一種多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)研宄、建設(shè)的不斷深入，能夠利用清潔可再生能源的分布式電源以及新能源汽車的應(yīng)用越加廣泛，并且隨著其應(yīng)用成本的不斷降低，技術(shù)的不斷成熟，低功率、小體積的分布式電源以及混合動力汽車正逐漸走進一般的家庭用戶。傳統(tǒng)的單一向電網(wǎng)購電的家庭用電模式轉(zhuǎn)變形成了電能雙向流動的微電網(wǎng)型用電模式?，F(xiàn)有用能管理系統(tǒng)主要是針對傳統(tǒng)家庭用戶提出的，沒有考慮電能雙向流動情況下用戶與電網(wǎng)互動的用能管理。研發(fā)出一套針對家庭微電網(wǎng)的用能互動管理系統(tǒng)，對于新條件下提高用戶用能效率、降低用電成本、促進清潔可再生能源充分利用具有重要意義。
[0003]家庭用能互動管理系統(tǒng)的信號傳輸方式主要分有線和無線兩種，有線網(wǎng)絡(luò)信號傳輸穩(wěn)定，但布線麻煩、擴展性差，無線網(wǎng)絡(luò)則具有成本低、可靈活擴展的優(yōu)勢，卻存在信號傳輸穩(wěn)定性差的缺陷。目前，在家庭中應(yīng)用的有線技術(shù)主要包括以太網(wǎng)和PLC(電力線載波)技術(shù)，無線技術(shù)主要可分為低功率無線技術(shù)、WIFI技術(shù)和ZigBee技術(shù)。
[0004]家庭用電智能管理系統(tǒng)，通過傳感器的使用，實時監(jiān)測室內(nèi)人員情況、溫度、濕度、光亮度等，通過預(yù)設(shè)電價與工作模式，可以有效管理家用電器，節(jié)約電能使用。一種基于智能交互設(shè)備實現(xiàn)家庭用電管理系統(tǒng)，包括主站層、通訊層及終端層，實現(xiàn)了用戶用電的全方位可視化，可以為用戶提供用電方案。
[0005]現(xiàn)有家庭用能互動管理系統(tǒng)主要是針對傳統(tǒng)家庭用戶設(shè)計提出的，單一接受來自電網(wǎng)的購電電價信息，沒有考慮分布式電源接入后電能的雙向流動，同時現(xiàn)有的家庭用能系統(tǒng)大多只支持與單一通信協(xié)議的智能插座、智能電器設(shè)備進行通信，而單一通信限制了用戶選配智能通信設(shè)備的范圍，不利于系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。同時，特定的通信方式，使系統(tǒng)無法充分利用既有資源，存在系統(tǒng)建設(shè)成本高的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有家庭用能互動管理系統(tǒng)單一接受來自電網(wǎng)的購電電價信息，沒有考慮分布式電源接入后電能的雙向流動，支持與單一通信協(xié)議的智能插座、智能電器設(shè)備進行通信，限制了用戶選配智能通信設(shè)備范圍，不利于系統(tǒng)推廣應(yīng)用，建設(shè)成本較高的問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理方法，該多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理方法基于多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，依照各家用設(shè)備的特點，選擇合適的通信方式，實現(xiàn)各設(shè)備之間信息交互；利用智能監(jiān)控設(shè)備對用能設(shè)備、分布式電源設(shè)備和房間環(huán)境進行監(jiān)控；通過戶用網(wǎng)關(guān)與智能監(jiān)控設(shè)備及電網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)通信；通過用能管理服務(wù)器收集、分析智能監(jiān)控設(shè)備信息，得出最優(yōu)用能方案；通過控制智能監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)用能控制，并在移動終端與用戶進行交互，最終實現(xiàn)家庭微電網(wǎng)環(huán)境下，用戶與電網(wǎng)的有效互動、高效的用能管理和清潔可再生能源的充分利用。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)，該多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)包括家庭微電網(wǎng)用能管理終端、戶用網(wǎng)關(guān)、智能插座、分布式電源接入一體化裝置、溫、濕度傳感器、紅外傳感器、智能電表；
[0009]家庭微電網(wǎng)用能管理終端，用于綜合分析收集來的階梯電價信息、購/售電政策信息，家用電器、電動汽車負(fù)荷需求情況，風(fēng)機、光伏出力情況以及儲能設(shè)備的運行狀態(tài)，基于對分布式電源出力預(yù)測信息、戶內(nèi)環(huán)境信息、人員活動信息，按照用戶預(yù)設(shè)需求，得出涵蓋購/售電量、可中斷用電設(shè)備開斷、分布式電源出力以及儲能運行狀況的最優(yōu)化家庭用能調(diào)度方案；
[0010]戶用網(wǎng)關(guān)，與家庭微電網(wǎng)用能管理終端連接，用于整合不同模式的網(wǎng)絡(luò)通信，并通過以太網(wǎng)與家庭微電網(wǎng)用能管理終端相連，實現(xiàn)信息的上傳與控制指令的下放；
[0011]智能插座，通過Zigbee自組網(wǎng)連接戶用網(wǎng)關(guān)，用于采集空調(diào)、熱水器家用電器的通斷狀態(tài)、電壓、電流、功率和用電量信息；
[0012]分布式電源接入一體化裝置，通過PLC方式與戶用網(wǎng)關(guān)連接，用于發(fā)送分布式電源的出力情況，并接收控制指令，進行相應(yīng)運行方式的改變；將戶用風(fēng)機、光伏以及儲能裝置接入用戶；
[0013]溫、濕度傳感器，與戶用網(wǎng)關(guān)連接，用于采集家庭溫、濕度信息；
[0014]紅外傳感器，與戶用網(wǎng)關(guān)連接，用于收集房間內(nèi)人員活動情況信息；
[0015]智能電表，與分布式電源接入一體化裝置連接，用于將市電引入用戶，同時以PLC方式與戶用網(wǎng)關(guān)相連，實現(xiàn)雙向計量和提供電價信息。
[0016]進一步，家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)根據(jù)家庭微電網(wǎng)用能管理系統(tǒng)各組成設(shè)備的功能不同，劃分為三層:采集層、通訊層、應(yīng)用層；
[0017]采集層包括:濕溫度傳感器、紅外線傳感器；智能插座；智能電表；分布式電源接入一體化裝置；
[0018]通訊層包括:Zigbee通信設(shè)備；低功率無線通信設(shè)備；PLC通信設(shè)備；以太網(wǎng)通信設(shè)備；WIFI通信設(shè)備；
[0019]應(yīng)用層包括:家庭微電網(wǎng)用能管理終端；多媒體人機互換設(shè)備；智能控制終端。
[0020]進一步，戶用網(wǎng)關(guān)包括電源模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、PLC通信模塊、低功率無線通信模塊和CPU模塊；
[0021]電源模塊為AC電源，功能是給戶用網(wǎng)關(guān)提供電能；CPU模塊與各個通信模塊、電源模塊相連，功能為匯總、處理各個通信模塊收集來的信息，并控制向各個通信模塊發(fā)送信息，協(xié)調(diào)控制各個通信模塊的工作；Zigbee通信模塊為戶用網(wǎng)關(guān)與智能插座的通信接口，同時作為通信接口與以太網(wǎng)通信模塊相連，利用Zigbee協(xié)議的自組網(wǎng)功能實現(xiàn)智能插座與戶用網(wǎng)關(guān)之間的上下行通信，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接口與以太網(wǎng)通信模塊實現(xiàn)信息互通；PLC通信模塊為電源接入一體化裝置、智能電表與戶用網(wǎng)關(guān)的通信接口，同時作為通信接口與以太網(wǎng)通信模塊相連，支持PLC協(xié)議，實現(xiàn)彼此之間的信息互通，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接口與以太網(wǎng)通信模塊實現(xiàn)信息互通；低功率無線通信模塊為溫濕度傳感器、紅外傳感器與戶用網(wǎng)關(guān)的通信接口，同時作為通信接口與以太網(wǎng)通信模塊相連，支持無線傳輸協(xié)議，實現(xiàn)彼此之間的通信，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接口與以太網(wǎng)通信模塊實現(xiàn)信息互通；以太網(wǎng)通信模塊在CPU的控制下，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，接收來自其他通信模塊的信息，并作為通信接口，基于以太網(wǎng)協(xié)議，與家庭微電網(wǎng)用能管理終端實現(xiàn)實時信息互通。
[0022]智能插座通過Zigbee通信模塊連接戶用網(wǎng)關(guān)，電源接入一體化裝置和智能電表通過PLC通信模塊連接戶用網(wǎng)關(guān)，家庭微電網(wǎng)用能管理終端通過以太網(wǎng)通信模塊連接戶用網(wǎng)關(guān)，溫、濕度傳感器5和紅外線傳感器通過低功率無線通信模塊連接戶用網(wǎng)關(guān)。
[0023]進一步，分布式電源接入一體化裝置包括逆變器模塊、控制模塊、PLC通信模塊和計量模塊；
[0024]逆變器模塊連接計量模塊，計量模塊連接PLC通信模塊，PLC通信模塊連接控制模塊。
[0025]逆變器模塊通過將風(fēng)機、光伏發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實現(xiàn)分布式電源接入戶用配電網(wǎng)；控制模塊通過接受來自家庭微電網(wǎng)用能管理終端的控制信息，實現(xiàn)對風(fēng)機、光伏工作狀態(tài)的實時控制；PLC通信模塊作為一體化接入裝置與戶用網(wǎng)關(guān)的通信接口，基于PLC通信協(xié)議，實現(xiàn)信息互通。
[0026]進一步，戶用網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)模塊連接無線路由器，在家庭內(nèi)部組建WIFI局域網(wǎng)，實現(xiàn)用電信息在電視、電腦、平板、手機多媒體終端的人機交互，路由器通過以太網(wǎng)與廣域網(wǎng)相連，接收來自電網(wǎng)信息服務(wù)平臺的最新用電政策以及風(fēng)、光預(yù)測信息，實現(xiàn)對家庭微電網(wǎng)用能情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。
[0027]本發(fā)明提供的多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)及方法，多網(wǎng)絡(luò)混合的家庭微電網(wǎng)用能互動管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了多網(wǎng)絡(luò)的融合互通，充分依據(jù)各家用設(shè)備的特點，通過適合的通信方式，實現(xiàn)了各設(shè)備之間信息交互以及對現(xiàn)有設(shè)備的高效利用，實現(xiàn)了成本投資下的家居智能化改造；通過安裝智能插座、智能電表、傳感器等智能監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)了對家庭主要用能設(shè)備、分布式發(fā)電設(shè)備、房間環(huán)境等信息的采集；通過戶用網(wǎng)關(guān)實