CN110492599A - 一种应急状态社区自主供电智能调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应急状态社区自主供电智能调控系统包括：市网充电单元，用于利用市电电网供电对蓄电单元进行充电，以使所述蓄电单元保持满电量待用状态；蓄电单元，与公共设施输电单元和业主住宅输电单元连接，所述蓄电单元用于通过所述公共设施输电单元和业主住宅输电单元对外供电；公共设施输电单元，用于向社区公共设施进行供电；业主住宅输电单元，用于向业主住宅进行供电；物联网供电控制中心，用于监测所述蓄电单元的剩余电量以及所述业主住宅的累积用电量，并控制通过所述公共设施输电单元和业主住宅输电单元的供电。本发明在物联网的基础上实现对整个应急自主供电系统的智能化调控。

Description

一种应急状态社区自主供电智能调控系统

技术领域

本发明涉及智能社区技术领域，特别涉及一种应急状态社区自主供电智能调控系统。

背景技术

在现代化的智能系统领域，智能化的处理与操作已经涉及到了社会生活的很多方面，给人们的生活带来了很大的方便。其中，社区作为人类生存的重要空间，引入智能化设备以提升社区的管理效率以及业主的生活水平，最终构建所谓“智慧社区”，成为了一个重要的发展方向，当前很多社区中已经开始推广智能设备，比如智能门禁和安防机器人的使用等。

目前，在市电电网中断的情况下，人们的生活往往也会受到影响，造成了在市电电网中断时人们对于用电问题的关注度更高。尤其是对社区内公共设施—例如应急照明灯、通风设施、通讯设施等—的供电中断，使得社区安全和基本服务需求得不到满足；对于业主住宅内的供电中断，也使得业主住宅的生活必需用电—例如照明、空调等—受到影响。此外，有些社区配置了基于蓄电池的备用电源，以及利用油料的社区自主发电系统；但是现有的紧急备用电源容量不是很大，基本无法支撑整个社区较长时间的用电需求，而社区自主发电的成本也非常高昂，以上两种方式都需要对其调控系统实施优化。

可见，对社区的应急自主供电系统实现智能化是当前亟待解决的问题。而且，无线物联网在社区范围内的覆盖，以及各类供电和用电设施的智能化，也为实现整个应急自主供电系统的智能调控建立了硬件网络基础。因此，现有技术迫切的需要一种应急状态社区自主供电智能调控系统，使得在市电电网中断的情况下，能够为社区内公共设施以及业主住宅供电，并且实现整个应急自主供电系统的智能化调控，达到自主供电量和用电量的优化匹配，从而在合理的成本范围内尽量保持应急供电的可持续性。

发明内容

（一）发明目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种应急状态社区自主供电智能调控系统，在市电电网中断的情况下，将智慧社区切换到应急状态，进而为公共设施进行供电，满足社区安全和基本服务需求，为业主住宅供电，满足业主住宅的生活必需用电；以及在物联网的基础上实现对整个应急自主供电系统的智能化调控，达到自主供电量和用电量的优化匹配和管理，从而在合理的成本范围内尽量保持应急供电的可持续性。

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种应急状态社区自主供电智能调控系统，本发明所述的蓄电单元内的蓄电电池组具有体积小容量大的特点。

（二）技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种应急状态社区自主供电智能调控系统，包括：

市网充电单元，用于在市电电网正常状态下利用市电电网供电对蓄电单元进行充电，以使所述蓄电单元保持满电量待用状态；

蓄电单元，与公共设施输电单元和业主住宅输电单元连接，所述蓄电单元用于在市网中断的应急状态下通过所述公共设施输电单元和业主住宅输电单元对外供电；

公共设施输电单元，用于向社区公共设施进行供电；

业主住宅输电单元，用于向业主住宅进行供电；

物联网供电控制中心，用于监测所述蓄电单元的剩余电量以及所述业主住宅的累积用电量，并根据所述蓄电单元的剩余电量控制对蓄电单元的充电，以及根据所述蓄电单元的剩余电量和业主住宅的累积用电量控制所述公共设施输电单元和/或业主住宅输电单元的对外供电；

社区发电系统，所述社区发电系统与社区自主充电单元连接，所述社区发电系统用于在市电电网中断的情况下自主发电，并通过所述社区自主充电单元向所述蓄电单元充电；每一社区自主充电单元与每一蓄电单元连接，社区自主充电单元在与其连接的蓄电单元需要充电时，对其进行充电；

所述物联网供电控制中心，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第一电量阈值时，控制所述社区自主充电单元对所述蓄电单元启动充电，并且控制所述社区发电系统启动发电；并且，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第二电量阈值时，切断所述蓄电单元通过所述业主住宅输电单元的对外供电；并且，所述物联网供电控制中心，用于在所述业主住宅的累积用电量达到用电配额时，控制所述业主住宅输电单元切断对所述业主住宅的供电。

一种可能的实施方式中，所述社区发电系统包括柴油发电机组、太阳能发电机组或风力发电机组中的任意一种。

一种可能的实施方式中，所述物联网供电控制中心通过物联网连接所述蓄电单元、所述业主住宅输电单元、所述社区自主充电单元、以及所述社区发电系统。

一种可能的实施方式中，在所述业主住宅内安装用电提示器，所述用电提示器用于对业主的剩余用电配额进行提示。

一种可能的实施方式中，所述蓄电单元采用蓄电电池组。

一种可能的实施方式中，所述公共设施包括：应急照明灯、通风设施和通讯设施。

（三）有益效果

本发明提供的一种应急状态社区自主供电智能调控系统，由市网充电单元利用市电电网供电对蓄电单元充电，在市电电网中断的情况下，由蓄电单元通过公共设施输电单向公共设施进行供电，以此满足社区安全和基本服务需求；由蓄电单元通过业主住宅输电单元向业主住宅进行供电，以此满足业主住宅的生活必需用电。根据蓄电单元的剩余电量状况，由社区发电系统自主发电，进而通过社区自主充电单元对蓄电单元充电，从而提供了蓄电单元的又一充电方式，使得公共设施以及业主住宅的供电得到进一步保障，使得自主发电成本与蓄电单元的持续性之间达到优化。

本发明提供的应急状态社区自主供电智能调控系统，由物联网供电控制中心在蓄电单元的剩余电量低于第二电量阈值时，切断所述蓄电单元对所述业主住宅输电单元的供电。优先保证公共设施供电，满足社区安全和基本服务需求，保障人们基本安全的需要。

并且，由物联网供电控制中心在业主住宅的累积用电量达到用电配额时，控制业主住宅输电单元切断对该业主住宅的供电。为每一业主住宅设置用电配额，在所述用电配额使用完毕时切断供电，有利于减少用电浪费的现象。在业主住宅内安装用电提示器，对业主的剩余用电配额进行提示。提示业主剩余用电配额，有利于业主合理用电，满足业主住宅的基本生活需要。所述蓄电单元采用高能量密度和大容量的蓄电电池组。蓄电电池组体积小容量大，使得该蓄电单元在满电量的待用状态时，能够在占用更小体积的同时，满足多个业主住宅以及公共设施的需要。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明提供的一种应急状态社区自主供电智能调控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面参考图1详细描述本发明提供的一种应急状态社区自主供电智能调控系统的第一实施例。如图1所示，本实施例提供的自主供电智能调控系统主要包括：市网充电单元、蓄电单元、公共设施输电单元、业主住宅输电单元和物联网供电控制中心。

市网充电单元，用于在市网正常状态下利用市电电网供电对蓄电单元进行充电，以使所述蓄电单元保持满电量待用状态。该系统内存在多个市网充电单元，每一市网充电单元与每一蓄电单元连接，市网充电单元可以在正常状态下利用市电电网供电对与其连接的蓄电单元进行充电，以使其保持满电量的待用状态。在市电电网可以使用的情况下蓄电至蓄电单元内，并在市电电网中断时供人们使用蓄电单元内的电量，满足了人们应急状态下的需要，方便了人们的生活。

蓄电单元，与公共设施输电单元和业主住宅输电单元连接，所述蓄电单元用于在市网中断的应急状态下通过所述公共设施输电单元和业主住宅输电单元对外供电。在社区内设置一定数量的蓄电单元，可以在社区内的每个楼层内均设置一个蓄电单元，每一蓄电单元可以为所在楼层内的公共设施输电单元和业主住宅输电单元供电。

公共设施输电单元，用于向社区公共设施进行供电。公共设施输电单元可以对其对应的供电范围内的公共设施供电，公共设施输电单元可以对社区内重要的公共设施供电——例如应急照明灯、通风设施和通讯设施，以满足社区安全和基本服务需求。

业主住宅输电单元，用于向业主住宅进行供电。业主住宅输电单元可以通过向多个业主住宅供电，进而满足每一业主住宅的生活必需用电。

物联网供电控制中心，用于监测所述蓄电单元的剩余电量以及所述业主住宅的累积用电量，并根据所述蓄电单元的剩余电量控制对蓄电单元的充电，以及根据所述蓄电单元的剩余电量和业主住宅的累积用电量并控制所述公共设施输电单元和/或业主住宅输电单元的对外供电。

在自主供电启动后，物联网供电控制中心可以监测蓄电单元的剩余电量和/或业主住宅的累积用电量，以此来控制蓄电单元通过公共设施输电单元和业主住宅输电单元的对外供电，以及控制业主住宅输电单元对每一业主住宅的供电。物联网供电控制中心可以通过业主住宅输电单元监测到每一业主住宅的累积用电量。

所述应急状态社区自主供电智能调控系统，还包括：社区发电系统，所述社区发电系统与社区自主充电单元连接，所述社区发电系统用于在市电电网中断的情况下自主发电，并通过所述社区自主充电单元向所述蓄电单元充电。社区发电系统可以在市电电网中断的情况下自主发电，以此向蓄电单元供电，满足市电电网中断以及蓄电单元电量不足时的公共设施和业主住宅应急的需要。社区发电系统可以与多个社区自主充电单元连接，并向多个社区自主充电单元供电。每一社区自主充电单元与每一蓄电单元连接，社区自主充电单元在与其连接的蓄电单元需要充电时，对其进行充电。

正常状态下可以使用市网充电单元利用市电电网供电对蓄电单元进行充电；在市网中断的应急状态下使用社区发电系统自主发电，并通过社区自主充电单元对蓄电单元充电；还可以在市电电网未完全中断的情况下先使用市网充电单元利用市电电网供电对蓄电单元进行充电，并在市电电网中断后且蓄电单元内的剩余电量达到预设值时，使用社区发电系统自主发电，从而通过社区自主充电单元来对蓄电单元充电。

具体来说，社区发电系统包括柴油发电机组、太阳能发电机组或风力发电机组的任意一种。所述柴油发电机组由柴油机和发电机组成，具有体积小、灵活、轻便、便于操作和维护的特点，柴油发电机组可用于没有连接到电网的地方，或者在电网故障时用作应急电源，以及用于更复杂的应用，例如峰值跳闸，电网支持和电网输出；所述太阳能发电机组通过太阳光直接照在太阳能电池板上产生电能，太阳能发电机组发电可替代国家电网部分能源，无污染，安全；所述风力发电机组使用风能进行发电，由于风能为清洁的可再生能源，所以使用所述风力发电机组发电也有利于对环境的保护。多种自主发电方式可供选择，满足不同情况下发电的需要。

所述物联网供电控制中心，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第一电量阈值时，控制所述社区自主充电单元对所述蓄电单元启动充电，并且控制所述社区发电系统启动发电。所述预设值可以为第一电量阈值，物联网供电控制中心可以在监测到某一蓄电单元的剩余电量低于第一电量阈值时，控制社区发电系统启动发电，从而可以通过社区自主充电单元对该蓄电单元启动充电，使得该蓄电单元内的电量尽可能的保持在供公共设施输电单元向公共设施供电以及业主住宅输电单元向业主住宅供电的需要。

所述物联网供电控制中心，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第二电量阈值时，切断所述蓄电单元通过所述业主住宅输电单元的对外供电。物联网供电控制中心可以在监测到所述蓄电单元的剩余电量低于第二电量阈值时，切断该蓄电单元对应的所有的业主住宅供电，以优先保证公共设施的供电，这时应切断蓄电单元对业主住宅输电单元的供电，使得所述蓄电单元仅对公共设施输电单元供电。所述第二电量阈值低于上述第一电量阈值。

所述物联网供电控制中心，用于在所述业主住宅的累积用电量达到用电配额时，控制所述业主住宅输电单元切断对所述业主住宅的供电。物联网供电控制中心可以根据蓄电单元的满载电量、社区发电系统自主发电时的发电量的多少，以及公共设施的用电量，为每一业主住宅设置用电配额，所有业主住宅的用电配额可以相同。当监测到某一业主住宅的累积用电量达到用电配额时，可以控制业主住宅输电单元切断对该业主住宅的供电，以便其他业主住宅以及公共设施不受其用电过度的影响。

所述物联网供电控制中心通过物联网连接所述蓄电单元、所述业主住宅输电单元、所述社区自主充电单元、以及所述社区发电系统。物联网供电控制中心可以通过物联网控制所述蓄电单元、所述业主住宅输电单元、所述社区自主充电单元、以及所述社区发电系统的工作状况，进而为公共设施和业主住宅调控供电，满足市电电网中断下的用电需求。

在所述业主住宅内安装用电提示器，所述用电提示器用于对业主的剩余用电配额进行提示。可以在每一业主住宅内安装一个用电提示器，该用电提示器可以对业主的剩余用电配额进行提示，以便业主能够根据剩余用电配额的多少合理用电，使得业主在市电电网中断的情况下所述剩余用电配额能够满足业主应急状态下的需要。用电提示器可以为显示屏，业主可以通过显示屏实时观察到剩余用电配额，从而能够进行电量的合理规划；用电提示器还可以为蜂鸣器，所述蜂鸣器可以在剩余用电配额达到特定值时发出声响，以便业主及时了解到剩余用电配额不多，并在此情况下优先选择特殊情况用电，比如可以在非工作学习等的特殊情况下调低灯的亮度来减少房间内的照明用电量；关闭洗衣机优先选择冰箱用电；或者用风扇代替空调等。

所述蓄电单元采用高能量密度和大容量的蓄电电池组。蓄电电池组为高能量密度，说明该蓄电电池组体积较小，该蓄电单元内的蓄电电池组具有体积小，容量大的特点，使得该蓄电单元在满电量的待用状态时，能够在占用更小体积的同时，满足多个业主住宅以及公共设施的需要。

所述公共设施包括：应急照明灯、通风设施和通讯设施。物联网供电控制中心可以优先保证公共设施的供电，所述公共设施可以为应急照明灯、通风设施和通讯设施等。优先为应急照明灯供电，使得在特殊状况下，应急照明灯仍然可以使用，避免发生踩踏、车祸等事件，保障社区安全；优先为通风设施供电，保持楼道、厕所等内的空气流通，避免异味过重等现象，满足社区内的基本环境需求；优先为通讯设施供电，保障人们在紧急状况下的通讯顺畅，比如家里有病人急需治疗时，可以拨打120等。

在本发明中，所述第一电量阈值决定了社区发电系统是否对蓄电单元启动充电；其中，第一电量阈值越高，则社区发电系统启动发电越频繁，则系统的运行成本越高，但保证了每个蓄电单元电量充足，也就进而保证了每个蓄电单元可以有效为外部供电的时长。为了确定适当的第一电量阈值，本发明建立目标函数G(x)=C(x)*T(x)，其中，C(x)为运行成本函数，T(x)为蓄电单元可维持有效供电的时间函数，x为第一电量阈值的数值。

运行成本函数C(x)与第一电量阈值成反比，而可维持有效供电的时间函数T(x)与第一电量阈值成正比。本实施例中的目标函数G(x)只作为理解该控制方案实施的举例，因此对G(x)的公式内容进行了简化，但并不以上述G(x)所包括的具体项目和因素作为对控制方案实施的限制。

建立目标函数G(x)的约束条件。第一约束条件为：使运行成本最低。第二约束条件为：满足有效供电时间的最大化。

通过两个约束条件，利用遗传算法在约束条件下对目标函数进行求解，得到第一电量阈值x的合理数值。

数量求解模块在对目标函数进行求解之前，建立适应度函数，以及初始化交叉概率、变异概率、种群规模、终止进化代数和适应值阈值中的一项或多项。

在求解之前，可以首先对交叉概率、变异概率、种群规模、终止进化代数和适应值阈值进行初始化设定。

在求解过程中，首先进行编码。以前述x∈[0，128]为例，并采用二进制编码，则可知解为七位二进制数。根据初始化的种群规模Pop=4随机产生四个初始个体，例如：第（1）初始个体0011010，对应十进制26，第（2）初始个体0000110，对应十进制6，第（3）初始个体1010000，对应十进制80，第（4）初始个体0010011，对应十进制19。

通过建立的用于评价个体适应度的适应度函数F(i)对四个初始群体进行适应度计算，适应度函数参考上述两个约束条件进行设置。

上述四个初始个体中，适应度p从大到小依次为（3）>（1）>（4）>（2），下一代个体的选择可以采用轮盘赌选择、随机竞争选择、最佳保存策略和锦标赛选择的任一种。本实施例中采用锦标赛选择法，其方式为：每次从种群中取出一定数量个体，然后选择其中适应度最好的一个进入子代种群，然后重复该操作，直到新的种群规模达到原来的种群规模（四个）。经过选择，得到新的四个个体，分别为第（1）个体1010000，第（2）个体0011010，第（3）个体0010011，第（4）个体1010000，其中原个体（2）由于适应度低而被淘汰。

根据初始化的交叉发生概率Pc和变异发生概率Pm，决定是否需要对新的个体进行交叉以及变异，假设需要对该新的个体既进行交叉又进行变异，则随机选择第（1）个体与第（2）个体进行交叉，第（3）个体进行变异。交叉时，随机选择编码的其中一位或几位进行互换，例如将第（1）个体的左数第3～4位与第（1）个体的进行交换，第（1）个体变为1011000，对应十进制88，第（2）个体变为0010010，对应十进制18；变异时，随机选择编码的其中一位进行取反，例如将左数第2位取反，第（3）个体变为0110011，对应十进制51。

由此得到第一代的四个个体，然后计算第一代个体的适应度，并通过锦标赛选择，还可能有交叉、变异等，之后得到第二代个体，依此迭代遗传。遗传终止的条件有两种，第一种是直到代数超出了设置的终止进化代数G，第二种是直到某一代中的某个个体的适应度超出了设置的适应度阈值Tf。本实施例中选择第一种遗传终止条件，例如设置遗传代数G为1000代，最终得到一个适应度较佳的个体，例如1000111，对应十进制71，将其转化为所述第一电量阈值。

本发明所述的一种应急状态社区自主供电智能调控系统，由市网充电单元利用市电电网供电对蓄电单元充电，或者由社区发电系统自主发电，再通过社区自主充电单元对蓄电单元充电，从而由蓄电单元向公共设施输电单元供电，由公共设施输电单元向公共设施进行供电，以此满足社区安全和基本服务需求；由蓄电单元向业主住宅输电单元供电，由业主住宅输电单元向业主住宅进行供电，以此满足业主住宅的生活必需用电。并由物联网供电控制中心监测蓄电单元的剩余电量以及所述业主住宅的累积用电量，以此控制蓄电单元通过公共设施输电单元和业主住宅输电单元的对外供电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，包括：

市网充电单元，用于在市电电网正常状态下利用市电电网供电对蓄电单元进行充电，以使所述蓄电单元保持满电量待用状态；

蓄电单元，与公共设施输电单元和业主住宅输电单元连接，所述蓄电单元用于在市网中断的应急状态下通过所述公共设施输电单元和业主住宅输电单元对外供电；

公共设施输电单元，用于向社区公共设施进行供电；

业主住宅输电单元，用于向业主住宅进行供电；

物联网供电控制中心，用于监测所述蓄电单元的剩余电量以及所述业主住宅的累积用电量，并根据所述蓄电单元的剩余电量控制对蓄电单元的充电，以及根据所述蓄电单元的剩余电量和业主住宅的累积用电量控制所述公共设施输电单元和/或业主住宅输电单元的供电；

社区发电系统，所述社区发电系统与社区自主充电单元连接，所述社区发电系统用于在市电电网中断的情况下自主发电，并通过所述社区自主充电单元向所述蓄电单元充电；每一社区自主充电单元与每一蓄电单元连接，社区自主充电单元在与其连接的蓄电单元需要充电时，对其进行充电；

所述物联网供电控制中心，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第一电量阈值时，控制所述社区自主充电单元对所述蓄电单元启动充电，并且控制所述社区发电系统启动发电；并且，用于在所述蓄电单元的剩余电量低于第二电量阈值时，切断所述蓄电单元通过所述业主住宅输电单元的对外供电；并且，所述物联网供电控制中心，用于在所述业主住宅的累积用电量达到用电配额时，控制所述业主住宅输电单元切断对所述业主住宅的供电。

2.根据权利要求1所述的应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，社区发电系统包括柴油发电机组、太阳能发电机组或风力发电机组中的任意一种。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，所述物联网供电控制中心通过物联网连接所述蓄电单元、所述业主住宅输电单元、所述社区自主充电单元、以及所述社区发电系统。

4.根据权利要求1所述的应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，在所述业主住宅内安装用电提示器，所述用电提示器用于对业主的剩余用电配额进行提示。

5.根据权利要求1所述的应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，所述蓄电单元采用蓄电电池组。

6.根据权利要求1所述的应急状态社区自主供电智能调控系统，其特征在于，所述公共设施包括：应急照明灯、通风设施和通讯设施。