CN114326416A - 一种基于电力载波通信的智能家居控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于电力载波通信的智能家居控制系统及方法，其中系统包括：台区宽带载波集中器，用于接收云端运营平台指令，发送第一载波信号到总控器；所述总控器设置在电表箱内，与进户总线连接，接收第一载波信号并发出第二载波信号到负载控制器；所述负载控制器设有继电器，当接收到第二载波信号时，控制继电器工作，切断负载的供电。本发明通过载波通信，能够让国家电网管理端统一调控自愿参与电网削峰的用户的负载，实现低压侧的电网削峰。

Description

一种基于电力载波通信的智能家居控制系统及方法

技术领域

本发明涉及载波通信技术领域，尤其是一种基于电力载波通信的智能家居控制系统及方法。

背景技术

负荷转移管理是电力营销的主要工作内容，其目的在于通过改变电力消费的时间和方式，促进均衡用电提高电网负荷率，改善电网经济运行，优化电力资源配置和合理使用，同时也使客户从中受益。

电力需求的多样性和不确定性，使得按满足客户最大需求设置的发供电能力，在需求低谷时段大量被闲置，不仅增加了发供电成本，而且也增加了客户的电费负担。电力企业为了改变这种状况，着手研究并采取了用电负荷管理措施。初期，通过指导企业调整生产班次或调整上下班时间，高峰停运大型用电设备，达到错峰用电，使电网负荷率得到改善。随后又研究推出了与客户利益挂钩的经济激励措施，进一步鼓励客户自愿去改变用电时间和用电方式，使电网负荷率获得进一步提高，同时，客户也从中减少了电费支出。而高峰停运大型用电设备，是属于高压侧的负荷控制策略，在低压侧例如每家每户的用电，商场的用电并没有一种很好的调控方法，中国人口众多，基本每家每户都通电，每户人家的用电设备也增多了，低压侧用电增加，电网峰值增大，高峰时间增强，然而其中有些设备并不需要长时间开启的，可以在高峰期间关闭，以达到削峰的目的，每家减少1w功耗，有100万户就能减少100万瓦，削峰很明显，然而现有技术缺少统一的对低压侧的调控设备，无法很好实现电网高峰期削峰。

发明内容

本发明解决了现有技术缺少统一的对低压侧的调控设备的问题，提出一种基于电力载波通信的智能家居控制系统及方法，通过载波通信，能够让电网管理端统一调控自愿参与电网削峰的用户的负载，实现低压侧的电网削峰。

为实现上述目的，提出以下技术方案：

一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，包括：

台区宽带载波集中器，用于接收云端运营平台指令，发送第一载波信号到总控器；

所述总控器设置在电表箱内，与进户总线连接，接收第一载波信号并发出第二载波信号到负载控制器；

所述负载控制器设有继电器，当接收到第二载波信号时，控制继电器工作，切断负载的供电。

所述1个台区宽带载波集中器对应若干个总控器，所述1个总控器对应若干个负载控制器，所述每个总控器和每个负载控制器均设有特定编号，所述第一载波信号设有对应每个总控制器的对应频段，所述第二载波信号设有对应每个负载控制器的对应频段。

本发明云端运营平台用于判断是否需要对低压侧的负载进行关闭，以达到削峰的目的，当需要对低压侧负载进行关闭时，云端运营平台发送关闭指令到台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送关闭信号到总控器，总控器再通过载波通信将关闭信号发送到与其对应的负载控制器，最后由负载控制器关闭对应的负载，达到电网削峰的目的。低压侧用户多，整体功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值，以及高峰期的持续时间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用电器正常工作。

作为优选，所述总控器包括总控模块，所述总控模块电连接有第一载波信号接收模块、负载识别模块、第一计时单元、第一载波信号发出模块和第一无线传输模块，

所述第一载波信号接收模块用于接收第一载波信号；

所述负载识别模块用于识别并记录输入负荷的变化情况；

所述第一计时单元用于总控模块计时；

所述总控模块根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线，再将负荷的变化曲线转换为数字信号，通过所述第一无线传输模块发送到云端运营平台；

所述第一载波信号发出模块根据总控模块的指令，发出第二载波信号到负载控制器。

作为优选，所述负载控制器设置在进户总线与负载之间，包括主控模块，所述主控模块电连接有第二无线传输模块、第二计时单元和第二载波通信接收模块，

所述第二计时单元用于主控模块计时；

所述第二载波通信接收模块用于接收第二载波信号；

所述主控模块接收第二载波通信接收模块发送的第二载波信号，再发出控制信号到继电器，继电器接收控制信号并切断负载的供电；

所述主控模块通过第二无线传输模块将继电器切断负载的供电的时间发送到总控器。

作为优选，所述负载控制器包括壳体，所述壳体前端设有转换插头，后端设有转换插座，所述转换插头与主控模块电连接，所述转换插座与继电器电连接。

一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，适用于上述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，包括以下步骤：

S1，根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线；

S2，获取负载的开关时间，绑定负载的名称到对应的负载控制器；

S3，建立参与调控负载名单表；

S4，实时获取电网总功耗变化曲线，判断电网总功耗的功率是否大于或等于调控功率阈值，若是，总控器通过载波通信，发送关闭信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器关闭对应的负载，若否，不进行任何操作。

作为优选，所述S2具体包括：

S201，当负载开启时，负载控制器的主控模块获取第二计时单元记录的时间作为未命名的负载的启动时刻ti发送到总控器，总控器从负荷的变化曲线中获取启动时刻ti前后1s的功率差Pi；

S202，总控器将启动时刻ti及功率差Pi发送到云端运营平台；

S203，云端运营平台发出绑定请求到用户端，请求用户端绑定负载名称，若一定时间内用户端反馈负载名称，则将负载名称与负载控制器的编号、总控器的编号进行绑定，若一定时间内没有接收到用户端反馈，则不进行绑定。

作为优选，所述S3具体包括：

S301，云端运营平台记录所有绑定好负载控制器的编号、总控器的编号的负载名称，构建负载调控管理选择表，所述负载调控管理选择表包括负载名称、总控器的编号、负载控制器的编号和是否选择栏；

S302，云端运营平台将负载调控管理选择表发送至用户端，用户端选择完成后反馈回云端运营平台；

S303，云端运营平台根据反馈结果构建参与调控负载名单表。

作为优选，所述S4还包括：

判断电网总功耗的功率是否小于调控功率阈值Pt且大于开启功率阈值Pk，若是，总控器通过载波通信，发送开启信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器开启对应的负载，若小于开启功率阈值Pk，不进行任何操作。

本发明的有益效果是：当需要对低压侧负载进行关闭时，云端运营平台发送关闭指令到台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送关闭信号到总控器，总控器再通过载波通信将关闭信号发送到与其对应的负载控制器，最后由负载控制器关闭对应的负载，达到电网削峰的目的。低压侧用户多，整体功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值，以及高峰期的持续时间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用电器正常工作。

附图说明

图1是实施例系统的结构示意图；

图2是实施例负荷的变化曲线图；

图3是实施例电网总功耗变化曲线图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，参考图1，包括：

台区宽带载波集中器，用于接收云端运营平台指令，发送第一载波信号到总控器；总控器设置在电表箱内，与进户总线连接，接收第一载波信号并发出第二载波信号到负载控制器；负载控制器设有继电器，当接收到第二载波信号时，控制继电器工作，切断负载的供电。

1个台区宽带载波集中器对应若干个总控器，1个总控器对应若干个负载控制器，每个总控器和每个负载控制器均设有特定编号，第一载波信号设有对应每个总控制器的对应频段，第二载波信号设有对应每个负载控制器的对应频段。

总控器包括总控模块，总控模块电连接有第一载波信号接收模块、负载识别模块、第一计时单元、第一载波信号发出模块和第一无线传输模块，第一载波信号接收模块用于接收第一载波信号；负载识别模块用于识别并记录输入负荷的变化情况；第一计时单元用于总控模块计时；总控模块根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线，再将负荷的变化曲线转换为数字信号，通过第一无线传输模块发送到云端运营平台；第一载波信号发出模块根据总控模块的指令，发出第二载波信号到负载控制器。

负载控制器设置在进户总线与负载之间，包括储能电池，主控模块，主控模块电连接有第二无线传输模块、第二计时单元和第二载波通信接收模块，第二计时单元用于主控模块计时；储能电池给负载控制器供电，能通过电网充电。

第二载波通信接收模块用于接收第二载波信号；主控模块接收第二载波通信接收模块发送的第二载波信号，再发出控制信号到继电器，继电器接收控制信号并切断负载的供电；主控模块通过第二无线传输模块将继电器切断负载的供电的时间发送到总控器。

负载控制器包括壳体，壳体前端设有转换插头，后端设有转换插座，转换插头与主控模块电连接，转换插座与继电器电连接。

本发明设置转换插头和转换插座的目的是使负载控制器方便使用，转换插头和转换插座包括各种型号的插头和插座，满足不同类型负载接入，且满足负载控制器通过现有的插座直接接入电网，避免拆除现有插座，方便对现有电网供电系统进行改造。

本发明云端运营平台用于判断是否需要对低压侧的负载进行关闭，以达到削峰的目的，当需要对低压侧负载进行关闭时，云端运营平台发送关闭指令到台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送关闭信号到总控器，总控器再通过载波通信将关闭信号发送到与其对应的负载控制器，最后由负载控制器关闭对应的负载，达到电网削峰的目的。低压侧用户多，整体功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值，以及高峰期的持续时间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用电器正常工作。

本实施例还提出一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，适用于上述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，包括以下步骤：

S1，根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线，参考图2；

S2，获取负载的开关时间，绑定负载的名称到对应的负载控制器；S2具体包括：

S201，当负载开启时，负载控制器的主控模块获取第二计时单元记录的时间作为未命名的负载的启动时刻ti发送到总控器，总控器从负荷的变化曲线中获取启动时刻ti前后1s的功率差Pi；

例如图2所示，记录未命名第一负载的启动时刻t1，计算获取启动时刻t1 前后1s的功率差P1，记录未命名第二负载的启动时刻t2，计算获取启动时刻 t2前后1s的功率差P2，记录未命名第三负载的启动时刻t3，计算获取启动时刻t3前后1s的功率差P3；

S202，总控器将启动时刻ti及功率差Pi发送到云端运营平台；

将未命名第一负载的启动时刻t1及功率差P1、未命名第二负载的启动时刻 t2及功率差P2及未命名第三负载的启动时刻t3及功率差P3，发送到云端运营平台。

S203，云端运营平台发出绑定请求到用户端，请求用户端绑定负载名称，若一定时间内用户端反馈负载名称，则将负载名称与负载控制器的编号、总控器的编号进行绑定，若一定时间内没有接收到用户端反馈，则不进行绑定。

总控器的编号如001-100，负载控制器的编号如001-100，1个台区宽带载波集中器对应编号为如001-100的总控器，1个总控器对应编号为如001-100负载控制器。

本实施例如用户端反馈编号为001的总控制器中，编号为001的负载控制器对应负载名称为空调，编号为001的总控制器中，编号为002的负载控制器对应负载名称为热水器，编号为001的总控制器中，编号为003的负载控制器对应负载名称为地暖。

S3，建立参与调控负载名单表；S3具体包括：

S301，云端运营平台记录所有绑定好负载控制器的编号、总控器的编号的负载名称，构建负载调控管理选择表，参考表一，负载调控管理选择表包括负载名称、总控器的编号、负载控制器的编号和是否选择栏；

表一负载调控管理选择表

负载名称	总控器的编号	负载控制器的编号	是否选择
				空调	001	001	否
热水器	001	002	是
				…	…	…	…
地暖	001	003	是

S302，云端运营平台将负载调控管理选择表发送至用户端，用户端选择完成后反馈回云端运营平台；

S303，参考表二，云端运营平台根据反馈结果构建参与调控负载名单表。

表二参与调控负载名单表

负载名称	总控器的编号	负载控制器的编号	是否选择
				热水器	001	002	是
…	…	…	…
				地暖	001	003	是

S4，实时获取电网总功耗变化曲线，参考图3，其中曲线A是参与调控后的电网总功耗变化曲线，曲线B是未参与调控的电网总功耗变化历史曲线，判断电网总功耗的功率是否大于或等于调控功率阈值，若是，总控器通过载波通信，发送关闭信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器关闭对应的负载，若否，不进行任何操作。S4还包括：

判断电网总功耗的功率是否小于调控功率阈值Pt且大于开启功率阈值Pk，若是，总控器通过载波通信，发送开启信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器开启对应的负载，若小于开启功率阈值Pk，不进行任何操作。

通过图3曲线B能够看出，电网总功耗历史数据能够超出极限功率Pj，此时各负载的实际功率会下降，用电质量同时下降，而经过本实施例的方法的调控后，电网总功耗的峰值不会超过极限功率Pj，且高峰期时间减少，还能节约大量的功耗，曲线A和曲线B围城的面积的数值即为电网经过调控后减少的功耗。

Claims (8)

1.一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，其特征是，包括：

台区宽带载波集中器，用于接收云端运营平台指令，发送第一载波信号到总控器；

所述总控器设置在电表箱内，与进户总线连接，接收第一载波信号并发出第二载波信号到负载控制器；

所述负载控制器设有继电器，当接收到第二载波信号时，控制继电器工作，切断负载的供电。

所述1个台区宽带载波集中器对应若干个总控器，所述1个总控器对应若干个负载控制器，所述每个总控器和每个负载控制器均设有特定编号，所述第一载波信号设有对应每个总控制器的对应频段，所述第二载波信号设有对应每个负载控制器的对应频段。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，其特征是，所述总控器包括总控模块，所述总控模块电连接有第一载波信号接收模块、负载识别模块、第一计时单元、第一载波信号发出模块和第一无线传输模块，

所述第一载波信号接收模块用于接收第一载波信号；

所述负载识别模块用于识别并记录输入负荷的变化情况；

所述第一计时单元用于总控模块计时；

所述总控模块根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线，再将负荷的变化曲线转换为数字信号，通过所述第一无线传输模块发送到云端运营平台；

所述第一载波信号发出模块根据总控模块的指令，发出第二载波信号到负载控制器。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，其特征是，所述负载控制器设置在进户总线与负载之间，包括主控模块，所述主控模块电连接有第二无线传输模块、第二计时单元和第二载波通信接收模块，

所述第二计时单元用于主控模块计时；

所述第二载波通信接收模块用于接收第二载波信号；

所述主控模块接收第二载波通信接收模块发送的第二载波信号，再发出控制信号到继电器，继电器接收控制信号并切断负载的供电；

所述主控模块通过第二无线传输模块将继电器切断负载的供电的时间发送到总控器。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，其特征是，所述负载控制器包括壳体，所述壳体前端设有转换插头，后端设有转换插座，所述转换插头与主控模块电连接，所述转换插座与继电器电连接。

5.一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，适用于权利要求4所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制系统，其特征是，包括以下步骤：

S1，根据输入负荷的变化情况，以时间轴为X轴，功率为Y轴，建立负荷的变化曲线；

S2，获取负载的开关时间，绑定负载的名称到对应的负载控制器；

S3，建立参与调控负载名单表；

S4，实时获取电网总功耗变化曲线，判断电网总功耗的功率是否大于或等于调控功率阈值，若是，总控器通过载波通信，发送关闭信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器关闭对应的负载，若否，不进行任何操作。

6.根据权利要求5所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，其特征是，所述S2具体包括：

S201，当负载开启时，负载控制器的主控模块获取第二计时单元记录的时间作为未命名的负载的启动时刻ti发送到总控器，总控器从负荷的变化曲线中获取启动时刻ti前后1s的功率差Pi；

S202，总控器将启动时刻ti及功率差Pi发送到云端运营平台；

S203，云端运营平台发出绑定请求到用户端，请求用户端绑定负载名称，若一定时间内用户端反馈负载名称，则将负载名称与负载控制器的编号、总控器的编号进行绑定，若一定时间内没有接收到用户端反馈，则不进行绑定。

7.根据权利要求6所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，其特征是，所述S3具体包括：

S301，云端运营平台记录所有绑定好负载控制器的编号、总控器的编号的负载名称，构建负载调控管理选择表，所述负载调控管理选择表包括负载名称、总控器的编号、负载控制器的编号和是否选择栏；

S302，云端运营平台将负载调控管理选择表发送至用户端，用户端选择完成后反馈回云端运营平台；

S303，云端运营平台根据反馈结果构建参与调控负载名单表。

8.根据权利要求6所述的一种基于电力载波通信的智能家居控制方法，其特征是，所述S4还包括：

判断电网总功耗的功率是否小于调控功率阈值Pt且大于开启功率阈值Pk，若是，总控器通过载波通信，发送开启信号给参与调控负载名单表上的负载控制器，负载控制器开启对应的负载，若小于开启功率阈值Pk，不进行任何操作。

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