CN202975732U - 一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统 - Google Patents

一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统 Download PDF

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本实用新型公开了一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统;属于能源管理系统技术领域;其技术要点包括智能节点,其中智能节点包括若干zigbee无线智能节点和第一zigbee无线智能总节点,各zigbee无线智能节点与各用电设备一一对应,第一zigbee无线智能总节点设置在电网输出端干路上;各用户家庭中设有客户端控制器,客户端控制器通过运营商专用网关依序连接有Internet和电力企业服务器;客户端控制器与第一zigbee无线智能总节点以及各zigbee无线智能节点通过无线信号通讯;本实用新型旨在提供一种可以实现对家庭能源的智能管理的可远程交互的实时家庭能源智能管理系统;用于家庭能源管理。

Description

一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统
技术领域
本实用新型涉及一种能源管理系统,更具体地说,尤其涉及一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统。 
背景技术
在我国传统的居民用电计量上,采用在楼宇底层集中安装用户电表,由电力公司负责按月统计用电量并提供电费清单。这种用电信息反馈方式时间周期长,运营商与用户都不能及时了解和掌握用电变化,几乎处于一种完全被动而非主动的用电状态。同时还需专人上门登记每一用户的用电量,增加了人力物力的开销,为此又推出了载波表。但这仅仅解决了用电登记这一单一任务,仍然未能从根本上解决用户参与电能管理这一问题。 
这不利于建立用户良好的节能意识与行为,也不利于提高电能管理质量。如果采用各种室内反馈方案,如提供实时的室内显示或安全的网页浏览向消费者呈现能源消耗动态,进而辅助其管理自己的用电方案,这样用户的角色则从被动用电向主动用电的方式转变。在节约家庭电费开支的同时进而减少温室气体的排放量。这正是当前“绿色、节能、环保”的主题背景下世界各国正在大力推进 “智能电网”(smart grid)和“智能电表”(smart meter)的概念。智能电网的概念主张赋予消费者足够的权力参与到能源利用和管理上来,要求消费者全面转变消费观念与消费行为。换言之,消费者掌握能源的实时使用情况,包括消耗了多少能源、何时消耗的、花费多少等等,从而调整和配置其用电方案。方案供应商和电力公司同时向消费者进行宣传、教育,使消费者成为真正的理性消费者。而实现这一转变的基础性设备就是智能电表。智能电表可与所有家庭和商务应用的主机进行通信:空调、洗衣机、电视机等消费电子,甚至包括太阳能电池板及其储能设备。消费者可通过对设备的设定做到按需消费而实现节能。如果利用可再生新能源,同时还可向电力公司销售其自身的电能。 
中国专利ZL201210191070.0(公告日:2012年09月26日;公告号:CN102692560 A),公开了“一种用于智能电表的电路”,其目标是实现对用户用电量的准确计量,同时引入了RS485接口。如果将其作为家庭电器设备的单独测量装置,则因为大量网线的使用将变得不可取;如果作为总表,则不能测量各个用电器的能耗。 
中国专利ZL201220081218.0(公告日:2012年09月26日;公告号:CN202453420 U),公开了“一种多功能的智能电表”,其以MCU为核心,增加了网络接口模块和GSM短信模块, 利用短信模块实现电费管理员方便的获取每户家庭每月的用电量,属于集总型电表。 
中国专利ZL201120128359.9(公告日:2011年10月05日;公告号:CN202003448 U),公开了“一种智能电能检测系统”,其公布了一种集总型电能表,计量结果存于消费者个人电脑并通过它与网络连接。该发明存在一个致命缺陷,如果消费者家庭的主机不开机则无法记录和获取用电量信息,同时伴随着额外的能源浪费。而且仍然缺少对用电设备的独立跟踪以及通信控制功能,没有交互能力。 
中国专利ZL201120356570.6(公告日:2012年05月30日;公告号:CN202256488 U),公开了“一款用于家庭能耗管理的家用电器多参数量测智能电表”,其公布了一款集总型电能表,增加了多个参数测量功能,并通过Zigbee无线接入家庭网络而实现远程抄表。与专利CN102692560 A和CN202453420 U属于同一类型。 
上述专利的方案的创新主要在于改变了用电量登记的方式和途径,并没有加入客户电能管理理念,仍然属于传统电表方案范畴 。 
中国专利ZL201210015773.8(公开日:2012年7月18日;公开号:CN102591276 A)公开的发明专利“一种用于智能电网的居民用户智能电表系统”,公开了在每户居民家居中装设一台具有双向计量功能的智能电表,每台家电和用户开关处均装设一台控制终端,智能电表和控制终端通过PLC通信网络互联;智能电表与主站通过以太网互联,与主站的高级测量体系AMI进行信息交互。该系统考虑到了对各电器设备的可控性,但并没跟踪各个电器设备功耗,即该智能电表仍然计量居民的总用电量,属于在集总型电表的基础上增设了电器设备状态控制的智能电表。由于没能对各个电器的耗电进行跟踪,不能为控制决策提供必需的信息。 
中国专利ZL201120083293.6,(公开日:2011年10月12日;公开号:CN202009392 U)公开了一种“用于智能家居的智能交互终端”,其包括微处理器及其外围接口电路,所述外围接口电路包括用于连接新能源设备和智能计量表信息采集装置的RS485接口;用于连接触摸屏的人机交互接口;用于接入Internet的以太网通信接口;该终端与智能电表的通信方式采用433MHz的无线射频接口实现。可见该交互终端仅仅属于智能电表的一个局部内容,并未涉及智能电表的实现以及电器设备的控制实现方案等。 
综上所述,现有智能电表更多的是增设了远程抄表功能,而对单独的电器设备的跟踪与控制有欠缺;同时对于智能电表内部网络通信媒介多半选择的是PLC和无线射频技术。事实上,无线传感器网络WSNs(Wireless Sensor Networks )尤其是近距离无线通信技术在智能小区、智能家居、医疗护理等应用正绽放其魅力具有优势,而Zigbee技术是最佳选择。随着 我国坚强智能电网的逐步实施,交互式智能电表与家庭客户端的开发迎来其前所未有的机遇。智能电表的应用将在减少能源浪费和改变人们的节能观念与行为习惯起到举足轻重的作用。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种结构紧凑、合理,可以实现对家庭能源的智能管理以及与运营商的数据交互的可远程交互的实时家庭能源智能管理系统。 
本实用新型的技术方案是这样实现的:一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,包括设置在进入用户家庭的电网输出端干路与需要计量与监控用电量的用电设备之间的智能节点,其中所述智能节点包括若干zigbee无线智能节点和第一zigbee无线智能总节点,所述各zigbee无线智能节点与各需要计量与监控用电量的用电设备一一对应,所述第一zigbee无线智能总节点设置在电网输出端干路上,所述第一zigbee无线智能总节点与各zigbee无线智能节点连接;所述各用户家庭中设有客户端控制器,所述客户端控制器通过运营商专用网关依序连接有Internet和电力企业服务器;所述客户端控制器与第一zigbee无线智能总节点以及各zigbee无线智能节点通过无线信号通讯。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述智能节点还包括第二zigbee无线智能总节点,所述的各zigbee无线智能节点通过第二zigbee无线智能总节点连接有分布式电源;所述第二zigbee无线智能总节点设置在分布式电源输出端的干路上。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述的客户端控制器依序连接有家庭网关和家庭主机。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述的智能节点主要由第一主控MCU以及分别与第一主控MCU连接的第一zigbee无线模块、第一时钟模块、电气控制模块和节点电源模块组成。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述的智能节点还包括电量计量模块和温湿度传感器。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述的客户端控制器主要由第二主控MCU以及分别与第二主控MCU连接的第二zigbee无线模块、WIFI无线模块、触摸屏、第二时钟模块、存储模块、RS485模块和电源模块组成;所述客户端控制器通过WIFI无线模块或RS485模块与Internet连接。 
上述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统中,所述的客户端控制器还包括与 第二主控MCU连接的智能卡模块;所述Internet连接有远程固定终端和远程移动终端;所述远程固定终端和远程移动终端通过智能卡模块与第二主控MCU连接。 
本实用新型采用上述结构后,充分利用若干个zigbee无线智能节点、第一zigbee无线智能总节点和第二zigbee无线智能总节点组建的家庭能源管理系统,可以实时的显示用户安装的所有用电设备和分布式能源设备的运行情况、能耗或能源供给和电费清单,用户可利用客户端即时调整用电策略,控制电气设备的工作状态;进一步地,为了更加方便操作,用户和电力公司均可以通过远程计算机或手机等固定终端或是移动终端,通过智能卡模块的配合,经智能卡模块识别授权后根据能源管理的需要即时调整家庭用电策略和控制各个电气设备的工作状态,实现用户主动参与能源管理和养成更好的节能减排的消费习惯。 
本实用新型的管理系统面向智能电网对客户端的能源管理需求,实现符合智能电网所规定的真正意义上的智能电表要求,即用户端系统CS((Customer Side Systems);以应对新能源发电与储能的渗透;处理实时交互信息;最优化地管理负载;应对用户对电能质量的需求;降低运行成本与损耗等;为电力管理提供一个与消费者进行双向通信的工具,为用户管理能源和降低能耗提供支持平台。 
附图说明
下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明,但并不构成对本实用新型的任何限制。 
图1是本实用新型的结构示意图; 
图2是本实用新型智能节点的内部结构示意图; 
图3是本实用新型客户端控制器的内部结构示意图。 
图中:智能节点1、第一主控MCU1a、第一zigbee无线模块1b、第一时钟模块1c、电气控制模块1d、节点电源模块1e、电量计量模块1f、温湿度传感器1g、zigbee无线智能节点2、第一zigbee无线智能总节点3、客户端控制器4、第二主控MCU4a、第二zigbee无线模块4b、WIFI无线模块4c、触摸屏4d、第二时钟模块4e、存储模块4f、RS485模块4g、电源模块4h、智能卡模块4i、运营商专用网关5、Internet6、电力企业服务器7、第二zigbee无线智能总节点8、分布式电源9、家庭网关10、家庭主机11、远程固定终端12、远程移动终端13。 
具体实施方式
参阅图1至图3所示,本实用新型的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,包括设置在进入用户家庭的电网输出端干路与需要计量与监控用电量的用电设备之间的智能节 点1,所述智能节点1包括若干zigbee无线智能节点2和第一zigbee无线智能总节点3,所述各zigbee无线智能节点2与各需要计量与监控用电量的用电设备一一对应,负责相应用电设备的电量计量和控制;所述第一zigbee无线智能总节点3设置在电网输出端干路上,负责家庭总用电量的计量与总开关的控制;所述第一zigbee无线智能总节点3与各zigbee无线智能节点2连接;所述各用户家庭中设有客户端控制器4,所述客户端控制器4通过运营商专用网关5依序连接有Internet6和电力企业服务器7;所述客户端控制器4与第一zigbee无线智能总节点3以及各zigbee无线智能节点2通过无线信号通讯。同时,为了使用更加灵活,灵活,例如在停电时可以使用家庭备用电源、照明电器等,所述的智能节点1还包括第二zigbee无线智能总节点8,所述的各zigbee无线智能节点2通过第二zigbee无线智能总节点8连接有分布式电源9;所述第二zigbee无线智能总节点8设置在分布式电源9输出端的干路上。 
进一步地,所述的客户端控制器4依序连接有家庭网关10和家庭主机11,客户端控制器4可与家庭主机11共享数据,因此家庭主机11可以作为数据备份设备与本地历史记录查寻设备和监控设备。 
在本实施例中,智能节点1主要由第一主控MCU1a以及分别与第一主控MCU1a连接的第一zigbee无线模块1b、第一时钟模块1c、电气控制模块1d和节点电源模块1e组成。根据具体用户的需要,智能节点1还可以包括电量计量模块1f和温湿度传感器1g,当然,也还可以选用例如空气质量传感器等装置,以提高设备的人性化设置。其中,第一主控MCU1a作为核心处理器,用于完成数据处理、存储,指令的执行和通信;第一Zigbee无线模块1b为用电设备与客户端控制器4的服务器节点,负责计量数据和被控对象的运行状态的采集以及指令的传达;第一时钟模块1c为电气计量数据和电气设备运行状态信息打上时间标签;电气控制模块1d是客户端指令的执行装置;节点电源模块1e用于为整个智能节点为1提供电源;电量计量模块1f完成用电或供电对象的电能消耗或供应量的计量;温湿度传感器1g检测室内环境的温度和湿度,空气质量传感器用于检测家庭环境内的空气质量。 
同时,客户端控制器4主要由第二主控MCU4a以及分别与第二主控MCU4a连接的第二zigbee无线模块4b、WIFI无线模块4c、触摸屏4d、第二时钟模块4e、存储模块4f、RS485模块4g和电源模块4h组成;所述客户端控制器4通过WIFI无线模块4c或RS485模块4g与Internet6连接;进一步地,所述的客户端控制器4还包括与第二主控MCU4a连接的智能卡模块4i;所述Internet6连接有远程固定终端12和远程移动终端13;所述远程固定终端12和远程移动终端13通过智能卡模块4i与第二主控MCU4a连接。第二Zigbee无线模块4b为家庭 无线传感器与执行器网络的服务器节点,负责计量数据和被控对象的运行状态的采集以及指令的传达;触摸屏4d用来实时显示用户需要查询的数据和信息以及对各个被测控节点的下达控制指令,是人机交互的通道;第二时钟模块4e为数据打上时间标签;存储模块4f用于存储计量数据和运营商的电费资费数据等,为电费计算提供依据;智能卡模块4i负责身份识别与安全管理,只有合法的用户才可以远程访问客户端以及执行远程控制;RS485模块4g和WiFi无线模块4c两个以太网模块可根据用户的网络资源灵活配置,选择其中一个与家庭网关9连接,另一个则直接与运营商专用网关5连接。 

Claims (7)

1.一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,包括设置在进入用户家庭的电网输出端干路与需要计量与监控用电量的用电设备之间的智能节点(1),其特征在于,所述智能节点(1)包括若干zigbee无线智能节点(2)和第一zigbee无线智能总节点(3),所述各zigbee无线智能节点(2)与各需要计量与监控用电量的用电设备一一对应,所述第一zigbee无线智能总节点(3)设置在电网输出端干路上,所述第一zigbee无线智能总节点(3)与各zigbee无线智能节点(2)连接;所述各用户家庭中设有客户端控制器(4),所述客户端控制器(4)通过运营商专用网关(5)依序连接有Internet(6)和电力企业服务器(7);所述客户端控制器(4)与第一zigbee无线智能总节点(3)以及各zigbee无线智能节点(2)通过无线信号通讯。
2.根据权利要求1所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述智能节点(1)还包括第二zigbee无线智能总节点(8),所述的各zigbee无线智能节点(2)通过第二zigbee无线智能总节点(8)连接有分布式电源(9);所述第二zigbee无线智能总节点(8)设置在分布式电源(9)输出端的干路上。
3.根据权利要求1所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述的客户端控制器(4)依序连接有家庭网关(10)和家庭主机(11)。
4.根据权利要求1所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述的智能节点(1)主要由第一主控MCU(1a)以及分别与第一主控MCU(1a)连接的第一zigbee无线模块(1b)、第一时钟模块(1c)、电气控制模块(1d)和节点电源模块(1e)组成。
5.根据权利要求4所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述的智能节点(1)还包括电量计量模块(1f)和温湿度传感器(1g)。
6.根据权利要求1所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述的客户端控制器(4)主要由第二主控MCU(4a)以及分别与第二主控MCU(4a)连接的第二zigbee无线模块(4b)、WIFI无线模块(4c)、触摸屏(4d)、第二时钟模块(4e)、存储模块(4f)、RS485模块(4g)和电源模块(4h)组成;所述客户端控制器(4)通过WIFI无线模块(4c)或RS485模块(4g)与Internet(6)连接。
7.根据权利要求6所述的一种可远程交互的实时家庭能源智能管理系统,其特征在于,所述的客户端控制器(4)还包括与第二主控MCU(4a)连接的智能卡模块(4i);所述Internet(6)连接有远程固定终端(12)和远程移动终端(13);所述远程固定终端(12)和远程移动终端(13)通过智能卡模块(4i)与第二主控MCU(4a)连接。 
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