CN109888774A - 一种物联网能量路由器的优化调度系统及方法 - Google Patents

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孙瑞浩
李天格
彭书媛
张翔
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Abstract

本发明提出了一种物联网能量路由器的优化调度系统及方法。本发明系统包括交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC‑DC电路、蓄电池、第一buck‑boost变压器、直流母线、第二buck‑boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端。本发明方法为所述集中控制模块的运行模式通过所述客户端的控制指令进行运行模式切换；根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行并网能量路由控制；根据孤岛模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制。本发明实现能量管理以及综合利用，并提高家用电的经济性。

Description

一种物联网能量路由器的优化调度系统及方法
技术领域
本发明属于电力电子与通信技术领域，尤其涉及一种物联网能量路由器的优化调度系统及方法。
背景技术
随着近年来能源产业以及信息技术的发展与融合,能源互联网与智慧能源成为现阶段能源产业发展的重要方向。随着智能电网、分布式能源、智能家居、物联网技术等技术的迅速发展，对能源互联网中能源的管理方式也提出了更高的要求，目前采用分立的能量管理模块对电能进行转换和利用，无法很好的做到简便、快捷地对能量进行管理，增加了使用能源互联网技术的成本，阻碍了能源互联网技术在普通家庭中的普及，能量路由器能够实现能量的再分配和再传输，将能量流与信息流高度融合，通过可靠快速的通信网络，实现网络中各个节点信息的共享，但是传统的能量路由器只能实时反馈电能数据，用户无法对各个用电模块进行控制。因此，将物联网与家庭供电系统结合，利用能量路由器实时监测并控制家庭供电系统的能量流动情况，将是面向智能家居能量管理的核心单元，也将成为推动能源互联网技术发展的动力。
发明内容
本发明的目的是提供一种物联网能量路由器的优化调度系统及方法，且用户能对进行远程实时监测以及控制。
为实现上述目的，本发明系统的技术方案为一种物联网能量路由器的优化调度系统，其特征在于，包括：交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端；
所述交流电网与所述三相交直流变流器通过导线连接；所述光伏电池与隔离DC-DC电路通过导线连接；所述蓄电池与所述第一buck-boost变压器通过导线连接；所述三相交直流变流器与所述直流母线通过导线连接；所述隔离DC-DC电路与所述直流母线通过导线连接；所述第一buck-boost变压器与所述直流母线通过导线连接；所述直流母线与所述第二buck-boost变压器通过导线连接；所述第二buck-boost变压器与所述直流负载通过导线连接；所述直流母线与所述单相逆变器通过导线连接；所述单相逆变器与所述交流负载通过导线连接；所述多功能传感器分别与所述的交流电网、三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器、集中控制模块通过导线依次连接；所述集中控制模块分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器通过导线依次连接；所述集中控制模块与所述4G通讯模块通过导线连接；所述4G通讯模块与所述客户端通过无线通信方式无线连接。
所述交流电网用于提供三相交流电源；所述三相交直流变流器用于通过所述集中控制模块的控制将三相交流电整流为直流电；所述光伏电池用于提供光伏直流电源；所述隔离DC-DC电路用于实现光伏电池与直流母线间的电气隔离；所述蓄电池用于存储电能并提供直流电源；所述第一buck-boost变压器用于将蓄电池电压变换为与直流母线匹配的电压，将蓄电池电能汇入直流母线，或将直流母线电压变换为与蓄电池匹配的电压，从而对蓄电池充电；所述直流母线用于分配、汇总电能；所述第二buck-boost变压器用于将直流母线电压变换为与直流负载匹配的电压，从而对所述直流负载进行供电；所述单相逆变器用于将直流母线的直流电逆变为交流电，从而对所述交流负载进行供电；所述多功能传感器用于采集各模块的工作状态信息,各模块的工作状态信息包括所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压与电流信号、所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压与电流信号、所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压与电流信号以及所述直流母线的电压、电流信号、所述交流电网的电压以及频率；所述集中控制模块用于将各模块的工作状态信息传输至所述4G通讯模块，并控制并网模式和孤岛模式的模式选择，也用于根据远程客户端的控制指令进行模式切换；所述4G通讯模块用于将各模块的工作状态信息无线传输至所述客户端，从而使所述客户端可实时监测各模块的工作状态，并通过控制指令控制模式选择。
本发明方法的技术方案为一种物联网能量路由器的优化调度方法，具体包括以下步骤：
步骤1：所述集中控制模块的运行模式通过所述客户端的控制指令进行运行模式切换；
步骤2：所述集中控制模块根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行并网能量路由控制；
步骤3：所述集中控制模块根据孤岛模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制。
作为优选，步骤1中所述运行模式包括并网运行模式或孤岛运行模式；
步骤1中所述控制指令包括并网控制指令或孤岛控制指令；
当所述客户端未发送控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均符合电网标准，则所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式，所述客户端发出孤岛控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收孤岛控制指令，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率，若PEV+PS≥PAC+PDC，则孤岛控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至孤岛运行模式；若PEV+PS＜PAC+PDC，则孤岛控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式仍保持并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为孤岛运行模式，所述客户端发出并网控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收并网控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均在正常范围内，则并网控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至并网运行模式；若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则并网控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式保持为孤岛运行模式；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则所述集中控制模块不需等待所述客户端的控制指令直接切换至孤岛运行模式。
作为优选，步骤2中所述根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行能量路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
所述集中控制模块通过PWM控制三相交直流变流器，将直流母线电压逆变为匹配交流电网电压等级的三相交流电；通过PWM控制单相逆变器，将直流母线电压逆变为匹配交流负载电压等级的单相交流电；通过控制隔离DC-DC电路的占空比，将直流母线电压变换为匹配光伏电池电压等级的直流电；通过控制第一buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配蓄电池电压等级的直流电；通过控制第二buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配直流负载电压等级的直流电；
若PEV≤PAC，此时所述交流电网以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，以PDC对所述直流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PEV-PAC向所述直流负载供电，所述交流电网以PAC-(PEV-PDC)补充所述直流负载缺少的电能，若所述蓄电池所能输出电压低于所述蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电。
若PEV＞PDC+PAC，此时所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述光伏电池以PEV-(PDC+PAC)为所述蓄电池充电；若所述蓄电池已充满，则所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，以PEV-(PDC+PAC)向所述交流电网馈电；
跳转至步骤1。
作为优选，步骤3中所述通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准：
若PEV≤PAC，则所述蓄电池以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，若所述蓄电池仍有多余电能，则以PS-(PEV-PAC)向所述直流负载供电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载进行供电，以PEV-PAC对所述直流负载进行供电，所述蓄电池以PDC-(PEV-PAC)补充所述直流负载所缺少的电能；
若PEV＞PAC+PDC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电，并以PS为所述蓄电池充电；
若所述交流电网的电压以及频率符合电网标准：所述光伏电池以及所述蓄电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电；
跳转至步骤1。
并网模式下所述三相交直流变流器与所述交流电网的三相交流电相连，可直接获取所述交流电网的电能，同时也可由光伏发电功率转换模块和内置和外置电池充电模块获取电能；孤岛模式下功率转换模块仅由光伏发电功率转换模块，内置和外置电池充电模块进行供能；并行模式下各光伏发电池和储能设备优先对直流负载供电，在可以满足直流负载，而无法完全满足交流负载电能求时，部分交流负载所需电能由电网供给。
在上述的一种应用于智能家居的物联网能量路由器的控制方法中，能量路由器中的控制通讯模块中的多功能传感器采集功率转换模块的电压电流数据，并通过4G通讯模块上传至客户端，客户端可查看家庭供电系统实时能量流动信息并发出控制信号，控制信号通过4G通讯模块传输到集中控制模块，由集中控制模块控制各个模块的运行状态，实现功率转换模块与控制通讯模块的能量管理和信息交互，从而使用户能远程实时监测、控制家庭电器的能量的大小和流动方向。
在上述的一种应用于智能家居的物联网能量路由器的控制方法中，能量路由器中的多功能传感器实时采集各负载模块的电能信息，在客户端未输入控制信号时，系统可根据功率转换模块的运行状态自行判断系统控制方案，并将数据实时传输到客户端，若发生故障，集中控制模块会自动进行保护动作切断供电再将故障数据上传至客户端。
在上述的一种应用于智能家居的物联网能量路由器的控制方法中，用户端输入控制信号后，客户端将控制信号发送到通讯控制模块，并判断用户期望的控制模式能否实现，若能实现，由集中控制模块对功率模块的能量流动方向进行控制，依次进行直流、交流负载和蓄电池的电能供给，并向用户返回控制成功信息；若此时功率模块的运行状态不支持用户指定的工作模式，则向用户返回控制失败信息，同时返回预设并网运行模式。
本发明的有益效果是：本发明利用物联网技术，将家庭供电系统的能量数据实时使上传至客户端，从而实现了家庭供电系统联网功能，使用户能从客户端及时准确的获得家庭中的电器能量大小及流动方向，并可以远程控制家庭供电系统工作模式，实现能量管理和信息交互，实现能量的综合利用，并提高家用电的经济性。
附图说明
图1：本发明系统结构框图；
图2：为本发明三相交直流变流器电路拓扑；
图3：为本发明隔离DC-DC电路拓扑；
图4：为本发明第一buck-boost变压器与第二buck-boost变压器电路拓扑；
图5：为本发明单相逆变器电路拓扑；
图6：本发明并网与并行模式选择流程图；
图7：本发明孤岛模式选择流程图；
图8：本发明用户控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种物联网能量路由器的控制系统结构图，包括：交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端。
所述交流电网与所述三相交直流变流器通过导线连接；所述光伏电池与隔离DC-DC电路通过导线连接；所述蓄电池与所述第一buck-boost变压器通过导线连接；所述三相交直流变流器与所述直流母线通过导线连接；所述隔离DC-DC电路与所述直流母线通过导线连接；所述第一buck-boost变压器与所述直流母线通过导线连接；所述直流母线与所述第二buck-boost变压器通过导线连接；所述第二buck-boost变压器与所述直流负载通过导线连接；所述直流母线与所述单相逆变器通过导线连接；所述单相逆变器与所述交流负载通过导线连接；所述多功能传感器分别与所述的交流电网、三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器、集中控制模块通过导线依次连接；所述集中控制模块分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器通过导线依次连接；所述集中控制模块与所述4G通讯模块通过导线连接；所述4G通讯模块与所述客户端通过无线通信方式无线连接。
所述交流电网用于提供三相交流电源；所述三相交直流变流器用于通过所述集中控制模块的控制将三相交流电整流为直流电；所述光伏电池用于提供光伏直流电源；所述隔离DC-DC电路用于实现光伏电池与直流母线间的电气隔离；所述蓄电池用于存储电能并提供直流电源；所述第一buck-boost变压器用于将蓄电池电压变换为与直流母线匹配的电压，将蓄电池电能汇入直流母线，或将直流母线电压变换为与蓄电池匹配的电压，从而对蓄电池充电；所述直流母线用于分配、汇总电能；所述第二buck-boost变压器用于将直流母线电压变换为与直流负载匹配的电压，从而对所述直流负载进行供电；所述单相逆变器用于将直流母线的直流电逆变为交流电，从而对所述交流负载进行供电；所述多功能传感器用于采集各模块的工作状态信息,各模块的工作状态信息包括所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压与电流信号、所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压与电流信号、所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压与电流信号以及所述直流母线的电压、电流信号、所述交流电网的电压以及频率；所述集中控制模块用于将各模块的工作状态信息传输至所述4G通讯模块，并控制并网模式和孤岛模式的模式选择，也用于根据远程客户端的控制指令进行模式切换；所述4G通讯模块用于将各模块的工作状态信息无线传输至所述客户端，从而使所述客户端可实时监测各模块的工作状态，并通过控制指令控制模式选择。
所述交流电网选型为三相交流市电；所述三相交直流变流器选型为由FS150R12KT4英飞凌三相igbt芯片构成的三相电压型桥式PWM整流电路；所述光伏电池选型为电压容限0-300V、电流容限0-45A；所述隔离DC-DC电路选型为由74LV245A中六个igbt构成的ZVS移相全桥电路；所述蓄电池选型为电压容限200V-280V，电流容限0-45A；所述第一buck-boost变压器、所述第二buck-boost变压器选型为由74LV245A中的两个igbt构成的升降压斩波电路；所述直流母线选型为电压容限209V-231V、电流容限0-45A；所述单相逆变器选型为由74LV245A中的四个igbt构成的单相桥式逆变电路；所述多功能传感器选型为ACS758ECB-200B-PFF-T电流霍尔传感器；所述集中控制模块选型ARM处理器STM32F417ZG；所述4G通讯模块选型为4G串口设备与网络服务器收发器USR-G780V2；所述客户端选型为PC机。
能量路由器的工作模式下分为孤岛模式、并网模式。
本发明的控制方法分为三个步骤：
步骤1：所述集中控制模块的运行模式通过所述客户端的控制指令进行运行模式切换；
步骤1中所述运行模式包括并网运行模式或孤岛运行模式；
步骤1中所述控制指令包括并网控制指令或孤岛控制指令；
当所述客户端未发送控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均符合电网标准，则所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式，所述客户端发出孤岛控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收孤岛控制指令，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率，若PEV+PS≥PAC+PDC，则孤岛控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至孤岛运行模式；若PEV+PS＜PAC+PDC，则孤岛控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式仍保持并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为孤岛运行模式，所述客户端发出并网控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收并网控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均在正常范围内，则并网控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至并网运行模式；若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则并网控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式保持为孤岛运行模式；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则所述集中控制模块不需等待所述客户端的控制指令直接切换至孤岛运行模式；
如图6所示，应用于智能家居的能量路由器的用户控制信号流程图；
步骤2：所述集中控制模块根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行并网能量路由控制；
步骤2中所述根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行能力路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
所述集中控制模块通过PWM控制三相交直流变流器，将直流母线电压逆变为匹配交流电网电压等级的三相交流电；通过PWM控制单相逆变器，将直流母线电压逆变为匹配交流负载电压等级的单相交流电；通过控制隔离DC-DC电路的占空比，将直流母线电压变换为匹配光伏电池电压等级的直流电；通过控制第一buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配蓄电池电压等级的直流电；通过控制第二buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配直流负载电压等级的直流电；
若PEV≤PAC，此时所述交流电网以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，以PDC对所述直流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PEV-PAC向所述直流负载供电，所述交流电网以PAC-(PEV-PDC)补充所述直流负载缺少的电能，若所述蓄电池所能输出电压低于所述蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电。
若PEV＞PDC+PAC，此时所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述光伏电池以PEV-(PDC+PAC)为所述蓄电池充电；若所述蓄电池已充满，则所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，以PEV-(PDC+PAC)向所述交流电网馈电；
跳转至步骤1；
如图7所示，一种应用于智能家居的能量路由器的并网与并行模式选择流程图；
步骤3：所述集中控制模块根据孤岛模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制；
步骤3中所述通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准：
若PEV≤PAC，则所述蓄电池以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，若所述蓄电池仍有多余电能，则以PS-(PEV-PAC)向所述直流负载供电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载进行供电，以PEV-PAC对所述直流负载进行供电，所述蓄电池以PDC-(PEV-PAC)补充所述直流负载所缺少的电能；
若PEV＞PAC+PDC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电，并以PS为所述蓄电池充电；
若所述交流电网的电压以及频率符合电网标准：所述光伏电池以及所述蓄电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电；
跳转至步骤1；
如图8所示，应用于智能家居的能量路由器的孤岛模式工作流程图。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
尽管本文较多地使用了交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种物联网能量路由器的优化调度系统，其特征在于，包括：交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端；
所述交流电网与所述三相交直流变流器通过导线连接；所述光伏电池与隔离DC-DC电路通过导线连接；所述蓄电池与所述第一buck-boost变压器通过导线连接；所述三相交直流变流器与所述直流母线通过导线连接；所述隔离DC-DC电路与所述直流母线通过导线连接；所述第一buck-boost变压器与所述直流母线通过导线连接；所述直流母线与所述第二buck-boost变压器通过导线连接；所述第二buck-boost变压器与所述直流负载通过导线连接；所述直流母线与所述单相逆变器通过导线连接；所述单相逆变器与所述交流负载通过导线连接；所述多功能传感器分别与所述的交流电网、三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器、集中控制模块通过导线依次连接；所述集中控制模块分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器通过导线依次连接；所述集中控制模块与所述4G通讯模块通过导线连接；所述4G通讯模块与所述客户端通过无线通信方式无线连接。
2.根据权利要求1所述的物联网能量路由器的优化调度系统，其特征在于，
所述交流电网用于提供三相交流电源；所述三相交直流变流器用于通过所述集中控制模块的控制将三相交流电整流为直流电；
所述光伏电池用于提供光伏直流电源；
所述隔离DC-DC电路用于实现光伏电池与直流母线间的电气隔离；
所述蓄电池用于存储电能并提供直流电源；
所述第一buck-boost变压器用于将蓄电池电压变换为与直流母线匹配的电压，将蓄电池电能汇入直流母线，或将直流母线电压变换为与蓄电池匹配的电压，从而对蓄电池充电；所述直流母线用于分配、汇总电能；
所述第二buck-boost变压器用于将直流母线电压变换为与直流负载匹配的电压，从而对所述直流负载进行供电；
所述单相逆变器用于将直流母线的直流电逆变为交流电，从而对所述交流负载进行供电；
所述多功能传感器用于采集各模块的工作状态信息,各模块的工作状态信息包括所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压与电流信号、所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压与电流信号、所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压与电流信号以及所述直流母线的电压、电流信号、所述交流电网的电压以及频率；
所述集中控制模块用于将各模块的工作状态信息传输至所述4G通讯模块，并控制并网模式和孤岛模式的模式选择，也用于根据远程客户端的控制指令进行模式切换；
所述4G通讯模块用于将各模块的工作状态信息无线传输至所述客户端，从而使所述客户端可实时监测各模块的工作状态，并通过控制指令控制模式选择。
3.一种利用权利要求1所述的物联网能量路由器的优化调度系统进行权利要求1所述的物联网能量路由器的优化调度方法，其特征在于，
步骤1：所述集中控制模块的运行模式通过所述客户端的控制指令进行运行模式切换；
步骤2：所述集中控制模块根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行并网能量路由控制；
步骤3：所述集中控制模块根据孤岛模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制。
4.根据权利要求3所述的物联网能量路由器的优化调度方法，其特征在于，步骤1中所述运行模式包括并网运行模式或孤岛运行模式；
步骤1中所述控制指令包括并网控制指令或孤岛控制指令；
当所述客户端未发送控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均符合电网标准，则所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为并网运行模式，所述客户端发出孤岛控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收孤岛控制指令，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率，若PEV+PS≥PAC+PDC，则孤岛控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至孤岛运行模式；若PEV+PS＜PAC+PDC，则孤岛控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式仍保持并网运行模式；
若所述集中控制模块的运行模式为孤岛运行模式，所述客户端发出并网控制指令至所述4G通讯模块，所述集中控制模块通过所述4G通讯模块接收并网控制指令，若所述交流电网的电压以及频率均在正常范围内，则并网控制指令可执行，所述集中控制模块的运行模式切换至并网运行模式；若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则并网控制指令不可执行，向所述客户端返回错误信息，所述集中控制模块的运行模式保持为孤岛运行模式；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准，则所述集中控制模块不需等待所述客户端的控制指令直接切换至孤岛运行模式。
5.根据权利要求3所述的物联网能量路由器的优化调度方法，其特征在于，步骤2中所述根据运行模式通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行能量路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
所述集中控制模块通过PWM控制三相交直流变流器，将直流母线电压逆变为匹配交流电网电压等级的三相交流电；通过PWM控制单相逆变器，将直流母线电压逆变为匹配交流负载电压等级的单相交流电；通过控制隔离DC-DC电路的占空比，将直流母线电压变换为匹配光伏电池电压等级的直流电；通过控制第一buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配蓄电池电压等级的直流电；通过控制第二buck-boost变压器的占空比，将直流母线电压变换为匹配直流负载电压等级的直流电；
若PEV≤PAC，此时所述交流电网以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，以PDC对所述直流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PEV-PAC向所述直流负载供电，所述交流电网以PAC-(PEV-PDC)补充所述直流负载缺少的电能，若所述蓄电池所能输出电压低于所述蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述交流电网以PS向所述蓄电池充电；
若PEV＞PDC+PAC，此时所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，若所述蓄电池所能输出电压低于蓄电池高电压门限VHigh-Voltage，说明所述蓄电池电量未充满，则所述光伏电池以PEV-(PDC+PAC)为所述蓄电池充电；若所述蓄电池已充满，则所述光伏电池以PDC对所述直流负载供电，以PAC对所述交流负载供电，以PEV-(PDC+PAC)向所述交流电网馈电；
跳转至步骤1。
6.根据权利要求3所述的物联网能量路由器的优化调度方法，其特征在于，步骤3中所述通过光伏电池发电功率，蓄电池充放电功率，交流负载功率以及直流负载功率进行孤岛能量路由控制为：
所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压为Vout，所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的为电流Iout，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压为VEV，所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电流为IEV，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压为US，所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电流为IS，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压为UDC，所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电流为IDC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压为UAC，所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电流为IAC，所述直流母线的电压为VBUS，所述直流母线的为电流IBUS；
PEV＝VEV·IEV为光伏电池发电功率，PAC＝VAC·IAC为交流负载功率，PDC＝VDC·IDC为直流负载功率，PS＝US·IS为蓄电池充放电功率；
若所述交流电网的电压或频率不符合电网标准：
若PEV≤PAC，则所述蓄电池以PAC-PEV对所述交流负载进行供电，若所述蓄电池仍有多余电能，则以PS-(PEV-PAC)向所述直流负载供电；
若PAC＜PEV≤PDC+PAC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载进行供电，以PEV-PAC对所述直流负载进行供电，所述蓄电池以PDC-(PEV-PAC)补充所述直流负载所缺少的电能；
若PEV＞PAC+PDC，则所述光伏电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电，并以PS为所述蓄电池充电；
若所述交流电网的电压以及频率符合电网标准：所述光伏电池以及所述蓄电池以PAC对所述交流负载供电，以PDC对所述直流负载供电；
跳转至步骤1。
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