本發(fā)明涉及家庭網(wǎng)關(guān)，具體地，涉及一種計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷發(fā)展，智能家居控制技術(shù)和家庭能效管理技術(shù)越來越走進(jìn)人們的日常生活。同時，隨著化石能源的枯竭，分布式光伏發(fā)電也開始扮演著越來越重要的角色，不久的將來，戶用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必將走進(jìn)千家萬戶。
戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，對于解決家庭發(fā)電、邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)的部分生活用電，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要意義。在計及戶用分布式光伏電站的家庭能效管理系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關(guān)是起到核心組網(wǎng)作用的組件，家庭內(nèi)部的智能插座或智能設(shè)備都要與家庭網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)有效的信息交換，受家庭網(wǎng)關(guān)的控制，同時也需要與采集光伏的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行能效管理，因此家庭網(wǎng)關(guān)在在整個系統(tǒng)中至關(guān)重要。通常的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能性不強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集不全面等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)及方法。
根據(jù)本發(fā)明提供的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)，包括：光伏陣列、蓄電池、逆變器、直流電表、交流電表、家庭網(wǎng)關(guān)以及客戶端；
其中，所述光伏陣列連接所述逆變器的直流輸入端，所述蓄電池通過所述直流電表連接所述逆變器的直流輸入端；
所述逆變器的交流輸出端一方面用于通過交流電表連接電網(wǎng)，另一方面通過交流電表連接智能插座和/或智能設(shè)備；
所述客戶端通過所述家庭網(wǎng)關(guān)連接所述逆變器、所述直流電表、所述智能插座和/或智能設(shè)備。
優(yōu)選地，還包括ZigBee模塊；
其中，所述ZigBee模塊一方面連接所述智能插座和/或智能設(shè)備，另一方面通過所述家庭網(wǎng)關(guān)連接所述客戶端。
優(yōu)選地，所述逆變器設(shè)置有USB HID通信設(shè)備；所述家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)置有與所述USB HID通信設(shè)備相對應(yīng)的USB HID通信模塊；
所述USB HID通信模塊連接所述客戶端、所述USB HID通信設(shè)備。
優(yōu)選地，還包括RS485轉(zhuǎn)USB串口電路；
所述家庭網(wǎng)關(guān)通過RS485轉(zhuǎn)USB串口電路連接所述直流電表；
所述家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)置有串口通信模塊；所述家庭網(wǎng)關(guān)通過所述串口通信模塊與所述直流電表進(jìn)行串口通信。
優(yōu)選地，所述ZigBee模塊與所述家庭網(wǎng)關(guān)通過USB串口通信。
本發(fā)明提供的所述的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)的使用方法，包括如下任一或任多步驟：
-家庭網(wǎng)關(guān)通過ZigBee模塊采集智能設(shè)備的用電信息；
-家庭網(wǎng)關(guān)通過USB HID通信模塊與USB HID通信設(shè)備之間的HID通信，采集逆變器的運數(shù)據(jù)；
-家庭網(wǎng)關(guān)通過串口通信模塊與直流電表之間的串口通信，采集蓄電池的運行數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，所述用電信息包括每個智能設(shè)備的實時功率、開關(guān)狀態(tài)和每日用電量；
所述逆變器的運行數(shù)據(jù)包括光伏板的電壓、電流和并網(wǎng)功率；所述蓄電池的運行數(shù)據(jù)包括蓄電池的電壓、電流大小和電流方向。
優(yōu)選地，當(dāng)智能設(shè)備的數(shù)量為多個時，所述家庭網(wǎng)關(guān)通過ZigBee模塊依次向所述智能設(shè)備發(fā)送查詢信息；
當(dāng)智能設(shè)備接收到查詢信息后，返回相應(yīng)的用電信息。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
1、本發(fā)明家庭網(wǎng)關(guān)能夠全面采集了發(fā)電用電數(shù)據(jù)，包括光伏板電壓電流、并網(wǎng)功率，蓄電池電壓電流大小及方向，以及家庭中各個智能設(shè)備的用電功率等；
2、本發(fā)明采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，并將ZigBee模塊集成于智能家居家庭網(wǎng)關(guān)之中，與家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部程序通過USB串口通信實現(xiàn)有效的信息交換，采集智能設(shè)備的用電信息，安全性、可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；
3、本發(fā)明利用USB HID通信模塊同逆變器進(jìn)行HID通信，由于自帶了HID類的驅(qū)動程序，而用戶無需去開發(fā)很麻煩的驅(qū)動程序，只要直接使用API調(diào)用即可完成通信；
4、本發(fā)明利用網(wǎng)關(guān)內(nèi)部串口通信模塊同連接在蓄電池電路中的直流電表進(jìn)行串口通信，采集蓄電池的運行數(shù)據(jù)(包括蓄電池電壓、電流大小及方向)，簡單方便，可靠性、穩(wěn)定性高。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
在本實施例中，本發(fā)明提供的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)，包括：光伏陣列、蓄電池、逆變器、直流電表、交流電表、家庭網(wǎng)關(guān)以及客戶端；
其中，所述光伏陣列連接所述逆變器的直流輸入端，所述蓄電池通過所述直流電表連接所述逆變器的直流輸入端；
所述逆變器的交流輸出端一方面用于通過交流電表連接所述電網(wǎng)，另一方面通過交流電表連接智能插座和/或智能設(shè)備；
所述客戶端通過所述家庭網(wǎng)關(guān)連接所述逆變器、所述直流電表、所述智能插座和/或智能設(shè)備。
本發(fā)明提供的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)，還包括ZigBee模塊；
其中，所述ZigBee模塊一方面連接所述智能插座和/或智能設(shè)備，另一方面通過所述家庭網(wǎng)關(guān)連接所述客戶端。
所述逆變器設(shè)置有USB HID通信設(shè)備；所述家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)置有與所述USB HID通信設(shè)備相對應(yīng)的USB HID通信模塊；
所述USB HID通信模塊連接所述客戶端、所述USB HID通信設(shè)備。
本發(fā)明提供的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)，還包括RS485轉(zhuǎn)USB串口電路；
所述家庭網(wǎng)關(guān)通過RS485轉(zhuǎn)USB串口電路連接所述直流電表；
所述家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)置有串口通信模塊；所述家庭網(wǎng)關(guān)通過所述串口通信模塊與所述直流電表進(jìn)行串口通信。
所述ZigBee模塊與所述家庭網(wǎng)關(guān)通過USB串口通信。
本發(fā)明提供的所述的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)的使用方法，包括如下任一或任多步驟：
-家庭網(wǎng)關(guān)通過ZigBee模塊采集智能設(shè)備的用電信息；具體為，家庭網(wǎng)關(guān)集成有ZigBee模塊，實現(xiàn)家庭內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)，ZigBee模塊通過USB串口通信與家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部嵌入的串口程序進(jìn)行有效的信息交換。若干智能插座或智能設(shè)備終端集成有CC2530芯片，家庭網(wǎng)關(guān)是主機(jī)，智能插座是從機(jī)，家庭網(wǎng)關(guān)可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向這些智能設(shè)備發(fā)送信息，智能設(shè)備接收到信息后，返回相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)(包括電壓、電流、功率、頻率和功率因數(shù))。設(shè)定家庭中目前接入有5個智能設(shè)備(分別編號為1-5號)，家庭網(wǎng)關(guān)按照1-5號的順序每隔2min向一個智能設(shè)備發(fā)送查詢信息，經(jīng)過這樣的輪詢，對于每一個智能設(shè)備而言，每隔10min刷新一次自身的電能信息。家庭網(wǎng)關(guān)接收到這些智能設(shè)備的電能信息，一方面在本地對刷新時間和實時功率進(jìn)行存儲，一方面進(jìn)行設(shè)備用電量的計算，根據(jù)某一時間段(如一天)內(nèi)的設(shè)備功率數(shù)據(jù)，計算該時間段內(nèi)的累計用電量。這樣，家庭網(wǎng)關(guān)就實現(xiàn)了用電數(shù)據(jù)的采集，以供能效管理使用。
-家庭網(wǎng)關(guān)通過USB HID通信模塊與USB HID通信設(shè)備之間的HID通信，采集逆變器的運數(shù)據(jù)；具體為，利用家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部USB HID通信模塊同逆變器進(jìn)行HID通信，采集到逆變器運行的具體數(shù)據(jù)(包括光伏板電壓、電流，并網(wǎng)功率等)。通過使用的逆變器內(nèi)部集成有USB HID通信設(shè)備，實現(xiàn)了逆變器內(nèi)部的運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，家庭網(wǎng)關(guān)要通過有效的USB HID通信，才能實時采集逆變器運行數(shù)據(jù)。此處家庭網(wǎng)關(guān)為主機(jī)，逆變器為從機(jī)，主機(jī)進(jìn)行正確的PID，VID設(shè)置，打開設(shè)備發(fā)送命令，就可以由逆變器進(jìn)行響應(yīng)，例如主機(jī)發(fā)送查詢逆變器數(shù)據(jù)的信息，逆變器回復(fù)數(shù)據(jù)AA 55 01 03 10 01 2C 00 03 00 DC 00 02 01 B8 25 B2(16進(jìn)制)，其中AA 55為包頭，01為從機(jī)地址，03為查詢功能碼，表示此條信息為查詢數(shù)據(jù)返回信息，08為返回的有用數(shù)據(jù)長度，01 2C表示當(dāng)前光伏板兩端電壓為300V，00 03表示當(dāng)前光伏板輸出電流為3A，00DC表示當(dāng)前電網(wǎng)電壓為220V，00 02表示當(dāng)前并網(wǎng)電流為2A，01B8表示當(dāng)前并網(wǎng)功率為440W，其中各個數(shù)字的符號已包含在每一個數(shù)據(jù)的首位二進(jìn)制數(shù)據(jù)中，表示當(dāng)前光伏板正在輸出電量，且逆變器正在向電網(wǎng)進(jìn)行供電，功率為440W，而25B2則是之前所有二進(jìn)制數(shù)據(jù)的CRC校驗碼，沒有實際意義。
以上通信過程，無需去開發(fā)很麻煩的驅(qū)動程序，只要直接使用API調(diào)用即可完成通信，簡單可靠，且家庭網(wǎng)關(guān)可以通過這一過程采集到光伏板出力及電網(wǎng)出力的運行數(shù)據(jù)，以供家庭能效管理使用。
-家庭網(wǎng)關(guān)通過串口通信模塊與直流電表之間的串口通信，采集蓄電池的運行數(shù)據(jù)。具體為，利用家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部嵌入的串口通信模塊，與連接在蓄電池電路中的直流電表進(jìn)行串口通信，采集蓄電池的相關(guān)數(shù)據(jù)(包括蓄電池電壓、電流大小及方向)。使用的直流電表可以實時顯示當(dāng)前電壓、電流等信息，也可以支持MODBUS-RTU協(xié)議，通過RS485串口向外發(fā)送。家庭網(wǎng)關(guān)需要連接RS485轉(zhuǎn)USB串口電路連接直流電表，此處家庭網(wǎng)關(guān)為主機(jī)，直流電表為從機(jī)，家庭網(wǎng)關(guān)向直流電表發(fā)送相應(yīng)指令，直流電表將采集到的蓄電池電壓、電流等信息加以返回。例如家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)出請求蓄電池電壓、電流指令，直流電表回復(fù)01 E0 00 02 13 74 01 00(16進(jìn)制)，01E0表示電壓的數(shù)值，00表示符號，02表示小數(shù)點位數(shù)，13 74表示電流的數(shù)值，00表示符號，00表示小數(shù)點位數(shù)，說明此時蓄電池電壓為48V，電流為4.98A，而且數(shù)值均為正號，表示此時蓄電池處于充電狀態(tài)。通過這樣的串口通信，家庭網(wǎng)關(guān)可以成功采集蓄電池的電壓電流信息，判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，以供家庭能效管理使用。
所述用電信息包括每個智能設(shè)備的實時功率、開關(guān)狀態(tài)和每日用電量；
所述逆變器的運行數(shù)據(jù)包括光伏板的電壓、電流和并網(wǎng)功率；所述蓄電池的運行數(shù)據(jù)包括蓄電池的電壓、電流大小和電流方向。
當(dāng)智能設(shè)備的數(shù)量為多個時，所述家庭網(wǎng)關(guān)通過ZigBee模塊依次向所述智能設(shè)備發(fā)送查詢信息；
當(dāng)智能設(shè)備接收到查詢信息后，返回相應(yīng)的用電信息。
當(dāng)使用本發(fā)明提供的計及戶用分布式光伏電站的智能家庭能效管理系統(tǒng)時，能夠獲取逆變器的運行數(shù)據(jù)和蓄電池的運行數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)夥嚵泻托铍姵剡M(jìn)行如下控制：
當(dāng)在用電高峰時段時，將光伏陣列的光伏發(fā)電全部用于為家庭用電負(fù)載的供電，若光伏發(fā)電大于家庭用電負(fù)載的負(fù)荷功率時，將多余電量送入電網(wǎng)；
當(dāng)光伏發(fā)電功率小于家庭用電負(fù)載的負(fù)荷功率時，通過蓄電池提供不足電量；
當(dāng)光伏發(fā)電功率和蓄電池的輸出功率小于家庭用電負(fù)載的負(fù)荷功率時，通過電網(wǎng)提供不足電量；
當(dāng)在用電低谷時段，通過電網(wǎng)對蓄電池進(jìn)行充電。
以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。