CN207249740U - 一种家庭用电分配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种家庭用电分配系统，包括家庭发电端，逆变器，电表系统，用电电路，电表系统包括智能电表和RFID监控模块，任一家电上均设置有RFID传感器，且RFID传感器与所连接的家电相匹配，RFID监控模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接；家庭发电端包括发电端通信模块，智能电表包括电表通信模块，发电端通信模块与电表通信模块之间以无线通信的方式连接；智能电表以能够断开的方式与电网连接，智能电表以能够断开的方式与逆变器连接，所述家庭发电端通过逆变器直接与用电电路连接，这对有发电能力的家庭，可以充分利用发电电力，在非必要的情况下保持智能电表与电网的断开状态，减少对电网电力的使用，合理地为用户家庭的用电进行分配。

Description

一种家庭用电分配系统

技术领域

本实用新型涉及一种家庭用电分配系统。

背景技术

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。

因此，近几年我国加大了对清洁能源和可再生能源的利用，同时对相关项目给予了大力支持与引导。其中，在政府的大力引导下，各地先后进行了家庭光伏发电改造、家庭风力发电改造、家庭沼气发电改造等多项以居民家庭为单位的发电改造工程，使得各个家庭在进行发电自用的同时，也能够向电网内出售家庭发电电力，不仅能有效地缓解目前能源紧张的形势，而且也有利于提高居民家庭的整体收入。

但在相关发电改造工程中，往往存在用户的家用电器同时使用发电电力和电网电力的情况，并没有设置家庭用电分配系统，这使得在用户的发电电力足以满足自用需求的前提下，为用户增加了电网电力的使用，增加了用户通过电网用电的购电费用，不利于用户家庭用电费用的降低；另外在将发电线路并入电网时，存在电路系统中同时设置发电电表和电网电表的情况，不仅增大了线路结构的复杂程度，也不便于对家庭用电进行有效地分配。

专利号为US2017176505(A1)的申请文件公开了一种以可独立存储的方式获得可再生能源的生产测量的系统和方法，其中，监控单元使用设备通信和计量，以规定的时间间隔定期进行可再生能源和能源存储的收入级生产测量，可再生能源的生产测量以与可更新安装相当的形式获得，无需存储，可进行准确的计费，维护和性能分析。但该申请文件中没有涉及到对可再生能源进行分配的问题，从而也没有涉及在具有发电能力的家庭中，如何对发电电力以及电网电力，进行家庭用电上的分配问题。

有鉴于此，在进行家庭发电改造过程中，急需设置一种家庭用电分配系统，确保满足用户家庭用电需求的前提下，合理地为用户家庭的用电进行分配，降低用户家庭的购电支出。

实用新型内容

本实用新型为了解决在具有发电能力的家庭中，如何充分利用发电电力，减少对电网电力进行非必要的使用问题，提出了一种家庭用电分配系统，以减少电网供电压力，降低用户家庭的购电支出。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种家庭用电分配系统，包括家庭发电端，逆变器，电表系统，用电电路，家庭发电端通过逆变器与电表系统连接，电表系统分别与电网、用电电路连接，家电通过电源插座与用电电路连接，所述电表系统包括智能电表和RFID监控模块，任一家电上均设置有RFID传感器，且RFID传感器与所连接的家电相匹配，RFID监控模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电的运行状态；

家庭发电端包括发电端通信模块，智能电表包括电表通信模块，发电端通信模块与电表通信模块之间以无线通信的方式连接，用于获取家庭发电端的发电信息；

智能电表以能够断开的方式与电网连接，智能电表以能够断开的方式与逆变器连接，所述家庭发电端通过逆变器直接与用电电路连接。

进一步的，家庭发电端还包括发电装置、发电功率统计模块；

发电装置包括太阳能光伏阵列、风力发电机、沼气发电设备中的至少一个，发电装置通过发电功率统计模块与逆变器连接；

发电功率统计模块与发电端通信模块连接，智能电表与发电通信模块之间以无线通信的方式连接，以获取发电装置产生的电力功率信息。

进一步的，所述智能电表包括电路基础模块与电控模块，电路基础模块分别与逆变器、电网、用电电路连接，且电路基础模块与电网之间设置有购电电路开关，电路基础模块与逆变器之间设置有售电电路开关；

电控模块分别与电路基础模块、RFID监控模块连接。

作为优选，所述电路基础模块包括电路模块，电路模块分别与售电计量模块、购电计量模块连接，用于对用户售电电量、购电电量进行统计；

逆变器通过售电电路开关与售电计量模块连接，电网通过购电电路开关与购电计量模块连接；

电路模块与用电电路连接，将电网电力供给至用电电路中；电路模块与电网连接，将售电电力供给至电网中。

进一步的，所述电控模块包括中央处理器，中央处理器分别与售电电路开关、售电计量模块、电路模块、购电计量模块、购电电路开关连接，用于对电路基础模块进行控制；

所述电控模块还包括人机交互模块、存储模块、电表通信模块，人机交互模块与中央处理器连接，人机交互模块至少具有购电信息、售电信息的显示功能；

存储模块与中央处理器连接，用于存储家庭用电分配系统的相关信息；

电表通信模块与中央处理器连接，电表通信模块分别与发电端通信模块、用户终端以无线通信的方式进行连接。

优选的，用户终端至少具有通信功能和人机交互功能。

作为优选，RFID监控模块包括RFID读取模块、家电功率统计模块；

RFID读取模块与家电功率统计模块连接，RFID读取模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电功率信息；

家电功率统计模块与中央处理器连接，用于实时地对家电功率信息进行统计。

进一步的，所述RFID传感器被配置于家电与电源插座之间的电力线上，RFID传感器包括：

脉冲检测器，与电力线中生成的电脉冲以电磁方式耦合，以检测家电电功率状态改变时产生的感应电信号；

存储器，与脉冲检测器连接，存储有与感应电信号相对应的家电功率信息；

天线模块，与脉冲检测器连接，将家电功率信息以及相对应家电的标识数据发送到电表系统的RFID监控模块。

优选的，所述RFID传感器与电力线之间通过卡接、粘接、嵌入、一体成型中的任一种方式进行连接。

与现有技术相比，本实用新型提出一种家庭用电分配系统，对于具有发电能力的家庭，可以确保对发电电力的充分利用，同时将未利用的发电电力出售至电网，另外在非必要的情况下保持智能电表与电网的断开状态，减少对电网电力的使用，从而合理地为用户家庭的用电进行分配，减小了电网供电压力，降低了用户购电支出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述的一种家庭用电分配系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述的一种家庭用电分配系统的家庭发电端的模块示意图；

图3是本实用新型所述的一种家庭用电分配系统的电表系统的模块示意图；

图4是本实用新型所述的一种家庭用电分配系统的电表系统的另一个模块示意图；

图5是本实用新型所述的一种家庭用电分配系统的RFID传感器的模块示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

实施例1

如附图1所示，一种家庭用电分配系统，包括家庭发电端，逆变器，电表系统，用电电路，家庭发电端与逆变器连接，将家庭发电端生成的直流电转换为符合并入电网要求的交流电；家庭发电端通过逆变器与电表系统连接，同时电表系统与电网连接，从而通过逆变器转换后的交流电可直接通过电表系统并入电网，以实现用户向电网售点；另外，电表系统分别与电网、用电电路连接，即确保了用户的用电电路与电网连接，实现用户从电网购电；家电作为电路负载，通过电源插座与用电电路连接。

所述电表系统包括智能电表和RFID监控模块，任一家电上均设置有RFID传感器，且RFID传感器与所连接的家电相匹配，RFID监控模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电的运行状态；智能电表以能够断开的方式与电网连接，且智能电表与电网之间以断开状态作为常规状态，即在常规状态下，用户的用电电路不与电网连接。

同时智能电表以能够断开的方式与逆变器连接，且智能电表与逆变器之间以连接状态作为常规状态，即在常规状态下，逆变器转换后的部分电力通过电表系统并入电网。

家庭发电端包括发电端通信模块，智能电表包括电表通信模块，发电端通信模块与电表通信模块之间以无线通信的方式连接，用于获取家庭发电端的发电信息；

所述家庭发电端通过逆变器直接与用电电路连接，即家庭发电端通过逆变器转换后的交流电可以不经过电表系统，直接供给至用电电路中，以满足用户对电力的部分需求。

在本实施例中，电表系统通过RFID传感器获取家电运行状态信息，以及通过发电通信模块获取家庭发电端的发电信息，电表系统通过对家电运行状态信息和家庭发电端的发电信息进行分析后，判断家庭发电端的发电电力是否满足家电对电力的需求，当不满足时，智能电表与电网连接，且智能电表断开与逆变器之间的连接，将发电电力全部分配至用户的用电线路中，同时向用电线路中分配部分电网电力，以弥补家电对电力的需求；当满足时，智能电表与电网断开连接，同时智能电表与逆变器连接，从而在满足用户家庭用电需求的前提下，将发电电力的一部分分配至用户的用电线路，将发电电力的另一部分并入电网中，出售给电力公司，以增加用户的家庭收入。

对于具有发电能力的家庭，通过所述家庭用电分配系统，可以确保对发电电力的充分利用，同时将未利用的发电电力出售至电网，另外在非必要的情况下保持智能电表与电网的断开状态，减少对电网电力的使用，从而合理地为用户家庭的用电进行分配，减小了电网供电压力，降低了用户购电支出。

实施例2

如附图2-5所示，为了获取家庭发电端的发电信息，家庭发电端除了发电端通信模块以外，还包括发电装置、发电功率统计模块；发电装置包括太阳能光伏阵列、风力发电机、沼气发电设备中的至少一个，发电装置通过发电功率统计模块与逆变器连接；发电功率统计模块对发电装置产生的实时电力功率进行统计，发电功率统计模块与发电端通信模块连接，智能电表与发电通信模块之间以无线通信的方式连接，获取发电装置的发电功率信息。

与现有技术中将售电电表、购电电表分开设置在电路中不同，所述电表系统为售电、购电一体化的集成电表，包括智能电表和RFID监控模块，所述智能电表包括电路基础模块与电控模块，电路基础模块分别与逆变器、电网、用电电路连接，且电路基础模块与电网之间设置有购电电路开关，电路基础模块与逆变器之间设置有售电电路开关；电控模块分别与电路基础模块、RFID监控模块连接，用于获取并处理用电分配相关信息，并控制购电电路开关与售电电路开关的启闭，所述用电分配相关信息至少包括发电装置的发电功率信息、家电功率信息；其中，购电电路开关的开启状态为常规状态，售电电路开关的闭合状态为常规状态。

为了获取家电运行状态信息，所述RFID传感器被配置于家电与电源插座之间的电力线上，在本实施例中，RFID传感器是在UHF频带中(例如在从800MHz到960MHz的范围中或在HF频带中(例如在13.6MHz的区域中)工作的远场/长距离RFID标签。

此外，RFID传感器作为非特定近距离设备，也可以使用未经许可的频带。然而，RFID传感器使用的频段分布应遵守本地法规(ETSI、FCC等)：

-LF：125kHz-134,2kHz：低频率，

-HF：13.56MHz：高频率，

-UHF：860MHz-960MHz：甚高频率，

-SHF：2.45GHz：超高频率。

对于RFID传感器的结构而言，包括：

脉冲检测器，与电力线中生成的电脉冲以电磁方式耦合，以检测家电电功率状态改变时产生的感应电信号；存储器，与脉冲检测器连接，存储有与感应电信号相对应的家电功率信息；天线模块，与脉冲检测器连接，将家电功率信息以及相对应家电的标识数据发送到电表系统的RFID监控模块。

其中，RFID传感器可以使受其自身的电源部件供电的有源类型RFID设备或电池辅助的无源类型RFID设备。任一家电上配置的RFID传感器均设置有标识码，所述标识码与相连接得家电一一对应，使得RFID监控模块能够对其进行一一识别。所述RFID传感器与电力线之间通过卡接、粘接、嵌入、一体成型中的任一种方式进行连接。

在本实施例中，智能电表通过发电通信模块实时获取发电装置的发电功率信息，RFID监控模块通过RFID传感器实时获取家用电路中的家电功率信息，电控模块通过对发电功率信息与家电功率信息进行分析后，判断当前发电功率是否满足当前所有家电的功率总需求，若当前家电的功率总需求小于或等于当前发电功率的第一预设比例值时，说明当前发电电力足以满足用户需求，且能够将部分发电电力并入电网进行出售，则电控模块控制购电电路开关保持开启状态，售电电路开关保持闭合状态；若当前家电的功率总需求大于或等于当前发电功率的第二预设比例值时，说明当前发电电力不足以满足用户需求，则电控模块控制购电电路开关调整为闭合状态，售电电路开关调整为开启状态，即用户在完全利用发电电力的基础上，购买电网电力进行用电补充；若当前家电的功率总需求介于当前发电功率的第一预设比例值与第二预设比例值之间时，说明当前发电电力恰好处于维持家电正常工作状态的安全阈值范围内，则电控模块控制购电电路开关保持开启状态，售电电路开关调整为开启状态，即将发电电力完全用于用户的用电电路中。

作为本实施例的优选，第一预设比例值为95％，第二预设比例值为105％。

实施例3

为了对电表系统的售电、购电一体化的集成结构进行进一步说明，如附图3-4所示，所述电表系统包括智能电表和RFID监控模块，所述智能电表包括电路基础模块与电控模块，所述电路基础模块包括电路模块，电路模块分别与售电计量模块、购电计量模块连接，用于对用户售电电量、购电电量进行统计；逆变器通过售电电路开关与售电计量模块连接，电网通过购电电路开关与购电计量模块连接；电路模块与用电电路连接，将电网电力供给至用电电路中；电路模块与电网连接，将售电电力供给至电网中。

所述电控模块包括中央处理器，中央处理器分别与售电电路开关、售电计量模块、电路模块、购电计量模块、购电电路开关连接，用于对电路基础模块进行控制；

所述电控模块还包括人机交互模块、存储模块、电表通信模块，人机交互模块与中央处理器连接，人机交互模块至少具有购电信息、售电信息的显示功能；存储模块与中央处理器连接，用于存储家庭用电分配系统的相关信息；电表通信模块与中央处理器连接，电表通信模块分别与发电端通信模块、用户终端以无线通信的方式进行连接。

RFID监控模块包括RFID读取模块、家电功率统计模块；RFID读取模块与家电功率统计模块连接，RFID读取模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电功率信息；家电功率统计模块与中央处理器连接，用于实时地对家电功率信息进行统计。

本实施例中所述的电表系统的相关部件均由设置在电表防护罩内部，电表系统构成用于承担出售和购买电力的计量功能、显示功能、用电分配功能、通信功能等功能一体化集成电表。

在本实施例中，从家庭发电端产生的电力，经逆变器转换后，可以直接进入用户的用电电路中，供家电使用；也可以依次经过售电电路开关、售电计量模块、电路模块后，并入电网中，同时售电计量模块对进入电网的电力进行计量，确定用户家庭向电网所售出的电量。

此外，在购电电路开关闭合的状态下，电网中的电力依次经过购电电路开关、购电计量模块、电路模块后，进入用户的用电电路中以供家电使用，同时购电计量模块对用户家庭使用电网的电力进行计量，确定用户家庭从电网中购买的电量。

实施例4

为了对电表系统的功能进行扩展，在本实施例中，所述中央处理器包括时钟单元和发电统计单元，发电统计单元与时钟单元连接，在电表系统从家庭发电端获取发电信息后，发电统计单元根据时钟单元提供的时间信息，对所述发电信息进行数据处理，生成时发电量、日发电量、月发电量以及相应的平均发电量等电量信息，同时存储模块对所述电量信息进行存储，中央处理器定期通过电表通信模块将相应的电量信息发送至用户终端，以便用户及时获知家庭发电情况。

另外，根据实施例3中出售和购买电力的计量信息，同时结合时钟单元提供的时间信息以及存储模块中存储的电价信息，中央处理器可以控制人机交互模块显示购电总电量、售电总电量、当月购电电量、当月售电电量、当月购电支出、当月售电收入、当月实际购电费用(即当月购电支出与当月售电收入的差值)等显示信息，同时中央处理器可以定期通过电表通信模块将相应的显示信息发送至用户终端，以便用户及时获知电量以及电费情况。

为了进一步说明，用户终端至少具有通信功能和人机交互功能，用户通过用户终端获取相应的发电情况、电量以及电费情况，作为优选，用户终端为便携式智能设备，包括智能手机、电脑、智能手环、智能手表等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种家庭用电分配系统，包括家庭发电端，逆变器，电表系统，用电电路，家庭发电端通过逆变器与电表系统连接，电表系统分别与电网、用电电路连接，家电通过电源插座与用电电路连接，其特征在于，所述电表系统包括智能电表和RFID监控模块，任一家电上均设置有RFID传感器，且RFID传感器与所连接的家电相匹配，RFID监控模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电的运行状态；

家庭发电端包括发电端通信模块，智能电表包括电表通信模块，发电端通信模块与电表通信模块之间以无线通信的方式连接，用于获取家庭发电端的发电信息；

智能电表以能够断开的方式与电网连接，智能电表以能够断开的方式与逆变器连接，所述家庭发电端通过逆变器直接与用电电路连接。

2.如权利要求1所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，家庭发电端还包括发电装置、发电功率统计模块；

发电装置包括太阳能光伏阵列、风力发电机、沼气发电设备中的至少一个，发电装置通过发电功率统计模块与逆变器连接；

发电功率统计模块与发电端通信模块连接，智能电表与发电通信模块之间以无线通信的方式连接，以获取发电装置产生的电力功率信息。

3.如权利要求1所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，所述智能电表包括电路基础模块与电控模块，电路基础模块分别与逆变器、电网、用电电路连接，且电路基础模块与电网之间设置有购电电路开关，电路基础模块与逆变器之间设置有售电电路开关；

电控模块分别与电路基础模块、RFID监控模块连接。

4.如权利要求3所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，所述电路基础模块包括电路模块，电路模块分别与售电计量模块、购电计量模块连接，用于对用户售电电量、购电电量进行统计；

逆变器通过售电电路开关与售电计量模块连接，电网通过购电电路开关与购电计量模块连接；

电路模块与用电电路连接，将电网电力供给至用电电路中；电路模块与电网连接，将售电电力供给至电网中。

5.如权利要求3所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，所述电控模块包括中央处理器，中央处理器分别与售电电路开关、售电计量模块、电路模块、购电计量模块、购电电路开关连接，用于对电路基础模块进行控制；

所述电控模块还包括人机交互模块、存储模块、电表通信模块，人机交互模块与中央处理器连接，人机交互模块至少具有购电信息、售电信息的显示功能；

存储模块与中央处理器连接，用于存储家庭用电分配系统的相关信息；

电表通信模块与中央处理器连接，电表通信模块分别与发电端通信模块、用户终端以无线通信的方式进行连接。

6.如权利要求5所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，用户终端至少具有通信功能和人机交互功能。

7.如权利要求3所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，RFID监控模块包括RFID读取模块、家电功率统计模块；

RFID读取模块与家电功率统计模块连接，RFID读取模块与RFID传感器之间以射频识别通信的方式连接，用于获取家电功率信息；

家电功率统计模块与中央处理器连接，用于实时地对家电功率信息进行统计。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，所述RFID传感器被配置于家电与电源插座之间的电力线上，RFID传感器包括：

脉冲检测器，与电力线中生成的电脉冲以电磁方式耦合，以检测家电电功率状态改变时产生的感应电信号；

存储器，与脉冲检测器连接，存储有与感应电信号相对应的家电功率信息；

天线模块，与脉冲检测器连接，将家电功率信息以及相对应家电的标识数据发送到电表系统的RFID监控模块。

9.如权利要求8所述的一种家庭用电分配系统，其特征在于，所述RFID传感器与电力线之间通过卡接、粘接、嵌入、一体成型中的任一种方式进行连接。