CN108258804A - 一种家庭智慧能源网关及能源管理*** - Google Patents

一种家庭智慧能源网关及能源管理*** Download PDF

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CN108258804A CN201711473289.9A CN201711473289A CN108258804A CN 108258804 A CN108258804 A CN 108258804A CN 201711473289 A CN201711473289 A CN 201711473289A CN 108258804 A CN108258804 A CN 108258804A
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Abstract

本发明公开了一种家庭智慧能源网关，包括：采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集；逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析，得到控制用电设备的启停指令，将控制用电设备的启停指令输出给数据显示模块和输出执行模块；数据显示模块，用于显示用电设备的启停状态；输出执行模块，用于根据用电设备的启停指令来控制配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的通断。本发明还公开了一种家庭智慧能源管理***，包括：电力供需服务平台；家庭智慧能源网关；能源终端设备。本发明提出一种家庭智慧能源网关及能源管理***，能够实现电网与用户侧的友好互动，降低家庭能耗以及降低居民用电峰谷差。

Description

一种家庭智慧能源网关及能源管理***
技术领域
本发明涉及能源领域，特别是指一种家庭智慧能源网关及能源管理***。
背景技术
信息采集技术主要是指用户用能过程中各种实时信息的采集和传输技术，包括按照用能负荷分类或用能区域分类采集的用能实时信息的采集和传输技术，用户内部电网故障监测实时信息采集和传输技术，谐波监测实时信息采集和实时传输技术等。对于电网公司“感知用户”所需要的非实时信息，匹配相应的数据规范和软件模块，实现非实时数据在用户和电网公司之间的平滑流动。“智能互动”作为智能电网的主要特点和建设目标，强调用户的积极参与，以及信息和电能的双向互动。在智能电网建设的大背景下，智能用电是构建坚强智能电网的重要支柱，是实现坚强智能电网各项功能的基础和物理载体，是建设坚强智能电网的着力点和落脚点。
传统的家庭用电管理存在不足：普通居民通过电表与供电公司进行月结，居民对这笔电费的消费构成没有清楚的认识。大多数居民只能根据日常用电经验来定性的管理家庭用电，缺乏科学性和合理性。随着智能电网的发展，供电公司发布的互动信息都将通过网络下发，而用户对供电公司的电价信息、优惠咨询、停电故障等都不能得到实时掌握，因此无法提前为家庭用电管理制定预案。这些都阻碍了用户对家庭用电设备的管理，给居民有效地管理家庭用电带来了不便。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种家庭智慧能源网关及能源管理***，能够实现电网与用户侧的友好互动，降低家庭能耗。
基于上述目的本发明提供的一种家庭智慧能源网关，包括：
采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据；
逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析，判断用电设备的当前使用状态，结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，将控制用电设备的启停指令输出给数据显示模块和输出执行模块；
数据显示模块，用于显示用电设备的启停状态；
输出执行模块，用于根据用电设备的启停指令来控制配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的通断。
可选的，所述采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集包括：采集不低于8路电路的交流模拟量。
可选的，逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析包括：对用电设备的电流、电压、功率，分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的汇集点的三相电压，分布式光伏***、电网、户用可控负荷储能的三相电流及电量，各线路的开关触点的分合状态进行分析。
本发明提供的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，包括：
家庭智慧能源管理***，用于将负荷聚合商对分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置传递给家庭智慧能源网关；
上述的家庭智慧能源网关；
能源终端设备，根据分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，将分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的数据计量并上传到家庭智慧能源网关。
可选的，家庭智慧能源管理***，还包括：根据家庭智慧能源网关上传的分布式光伏***、储能***与户用可控负荷的运行状态的信息，在保证区域/家庭负荷的情况下，结合区域用电可靠性，对区域的分布式光伏***、储能***进行优先就地消纳，并储存或馈入到电网公司或负荷聚合商；结合家庭用户舒适度，对家庭内部的用电设备的启停工作进行柔性负荷控制。
可选的，家庭智慧能源网关，还包括：根据公共电网、分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，通过储能***的充放电控制，将家庭智慧能源网关与公共电网之间的公共连接点处的潮流维持平滑。
可选的，能源终端设备，还包括：将水表、燃气表和热表的数据计量并上传到家庭智慧能源网关；分布式光伏***、储能***通过逆变器计量，户用可控负荷数据通过智能插座计量，水表、燃气表和热表通过流量阀计量并利用微功率无线通信方式将数据计量上传到家庭智慧能源网关。
可选的，所述家庭智慧能源网关的上行口通过无线公网或物联网通信技术与家庭智慧能效管理***通信，所述家庭智慧能源网关的下行口通过无线通信技术与能源终端设备通信。
从上面所述可以看出，本发明提供的家庭智慧能源网关通过对用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据、对原始数据进行处理，得到实时的能源信息并结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，实现家庭用电量总计量、分路计量、远程分路控制、策略下发、分布式电源/储能管理等智能功能，并将控制用电设备的启停指令及时汇报给用户侧APP，第一时间通知用户及电网侧管理人员，实现电网与用户的友好互动，降低家庭能耗，降低居民用电峰谷差。本发明提供的家庭智慧能源网关还具备分路计量、过压、过流、过载、漏电保护、防雷保护等功能，以及具备户用分布式电源、电动汽车的接入能力，通过与智能插座等设备进行双向数据和指令交互，实现对负荷的智能管理、运行环境的智能调节及信息交互功能。
同时，本发明提供的家庭智慧能源网关以及能源管理***通过搭载RF433(无线收发模组)、WiFi等无线通讯技术，在不增加额外成本的基础上，有效连接家庭能源网络与家庭智慧能源管理***。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的网关架构示意图；
图2为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的外观示意图；
图3为本发明提供的家庭智慧能源管理***的实施例的管理架构示意图；
图4为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的主要电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例提出了一种家庭智慧能源网关及管理***，能够实现电网与用户侧的友好互动，降低家庭能耗。
家庭智慧能源网关是一种强电配电箱与通信、控制相结合的产品，包括带漏电保护的总空气开关、电源模块、电压电流互感器、综合故障及用能监控模块、前面板、自动开关、总控模块。其中综合故障及用能监控模块是包括能量检测、过载检测、过流检测、过热检测、短路故障及电弧故障等快速检测于一体的模块。
本发明提供的一种家庭智慧能源网关，包括：
采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据；
逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析，判断用电设备的当前使用状态，结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，将控制用电设备的启停指令输出给数据显示模块和输出执行模块；
数据显示模块，用于显示用电设备的启停状态；
输出执行模块，用于根据用电设备的启停指令来控制配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的通断。
进一步的，如图1所示，为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的网关架构示意图；本发明提供的一种家庭智慧能源网关，包括：
采集输入模块102，用于用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据；
逻辑控制模块103，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析，判断用电设备的当前使用状态，结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，将控制用电设备的启停指令输出给数据显示模块104和输出执行模块104；
数据显示模块104，用于显示用电设备的启停状态；
输出执行模块104，用于根据用电设备的启停指令来控制配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的通断。
开关阵列包括分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关。
作为一个较佳的实施例，逻辑控制模块103，分析得到当前分布式光伏***正在开启状态，并检测到用电设备有电流/电压产生，逻辑控制模块控制分布式光伏***的逆变器将光伏产生的电量直接供给给该用电设备，当检测到用电设备关停，逻辑控制模块控制分布式光伏***的逆变器与储能***的逆变器将光伏产生的电量供给储能***，进行电量存储。
所述逻辑控制模块103，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析包括：对用电设备的电流、电压、功率，分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的汇集点的三相电压，分布式光伏***、电网、户用可控负荷储能的三相电流及电量，各线路的开关触点的分合状态进行分析，实现各用电设备与DG(分布式电源)的远程分路管理。
所述逻辑控制模块103还包括：物理开关，用于在紧急情况下不得错误发出控制指令。
所述采集输入模块102，用于用电设备的点参数的采集包括：采集不低于8路电路的交流模拟量。
采集包括采集不低于8路电路的电压、电流等交流模拟量，支持家用分布式储能管理单元的数据采集。如图4所示，8路电路包括家庭分布式储能管理单元、分布式光伏、电视、台灯、电脑、微波炉、厨宝、电水壶、热水器、照明、空调1、空调2。
如图2所示，为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的外观示意图；本发明提供的家庭智慧能源网关能够实现用能数据采集及用电设备与分布式电源、能效管理***的智能管理、能量优化控制，支持不低于8路电路控制功能，支持3种及以上不同厂家空调、热水器等接入。家庭智慧能源网关能够配合智能插座完成家庭用户内部用电终端的控制及重要数据的获取，并将数据上传至家庭智慧能效管理***，***将获取的多元数据进行处理，形成控制策略、响应策略，从而完成用户侧与电网友好互动。
本发明提供的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，包括：
家庭智慧能源管理***，用于将负荷聚合商对分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置传递给家庭智慧能源网关；
上述的家庭智慧能源网关；
能源终端设备，根据分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，将分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的数据计量并上传到家庭智慧能源网关。
进一步的，家庭智慧能源管理***，还包括：根据家庭智慧能源网关上传的分布式光伏***、储能***与户用可控负荷的运行状态的信息，在保证区域/家庭负荷的情况下，结合区域用电可靠性，对区域的分布式光伏***、储能***进行优先就地消纳，并储存或馈入到电网公司或负荷聚合商；结合家庭用户舒适度，对家庭内部的用电设备的启停工作进行柔性负荷控制。
家庭智慧能源网关，还包括：根据公共电网、分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，通过储能***的充放电控制，将家庭智慧能源网关与公共电网之间的公共连接点处的潮流维持平滑。进一步的，根据公共电网、分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，进行动态平衡，目的是使家庭智慧能源网关与公共电网之间的公共连接点处的潮流在一定的时间内维持平滑，由于每刻的公共电网、分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态不是固定的，所以维持平滑的具体时间不一样。
本发明提供的家庭智慧能源网关将分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷结合在一起，使家庭智慧能源网关与公共电网处的潮流具有一定的可控性，并实现分布式光伏***、储能***、用电设备等多类型设备的即插即用。
能源终端设备，还包括：将水表、燃气表和热表的数据计量并上传到家庭智慧能源网关；分布式光伏***、储能***通过逆变器计量，户用可控负荷数据通过智能插座计量，水表、燃气表和热表通过流量阀计量并利用微功率无线通信方式将数据计量上传到家庭智慧能源网关。
如图3所示，为本发明提供的家庭智慧能源管理***的实施例的管理架构示意图；家庭智慧能源管理***的管理架构包括调控***层、核心设备层和互动终端层。
其中调控***层由家庭智慧能源管理***构成，用于将负荷聚合商对分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置传递给家庭智慧能源网关。
核心设备层由家庭智慧能源网关构成，家庭智慧能源网关根据分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，实时监测分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态；
互动终端层由家庭内部多种能源终端设备构成，如户用可控负荷终端、分布式光伏、家庭分布式储能管理单元、水表、燃气表、热表等。能源终端设备根据分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，将分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的数据计量并上传到家庭智慧能源网关。
如图4所示，为本发明提供的家庭智慧能源网关的实施例的主要电路结构示意图；图中虚线表示线路信号，实线表示能量信号。所述家庭智慧能源网关203的上行口通过无线公网或物联网通信技术与家庭智慧能效管理***204通信，所述家庭智慧能源网关203的下行口通过无线通信技术与能源终端设备通信。
所述家庭智慧能效管理***204与通信管理机205组成家庭能源网络201，所述家庭智慧能效管理***204通过通信管理机205与家庭智慧能源网关203通信，电网通过无线通信技术202与家庭智慧能源网关203相连。
所述家庭智慧能效管理***能够生成控制策略表，所述家庭智慧能源网关能够接收家庭智慧能效管理***所发的策略表将策略表执行于各分路设备，设有人机交互屏，能够调阅网关策略运行控制点位、控制方案、各分路相关能量数据等信息，并记录主站发出的所有调控信号、控制动作、设备状态量变化、通信故障等并生成日志。
本发明通过家庭智慧能源网关可有效连接接收家庭智慧能效管理***所发的策略表，实现能量、信息的标准化传输，一方面家庭智慧能源网关可以实现对用户负荷、分布式光伏发电***、储能***等信息的采集，并将信息上传至家庭智慧能效管理***；另一方面，家庭智慧能效管理***结合城区用户水电气及分布式能源等多源信息的状态感知，通过家庭智慧能源网关实现对家庭能源网络内部可控电源的出力、储能***与可调度负荷的运行时间、可控负荷的功率确定以及与上级电网或区域能源***内的能量交互进行优化协调控制，以最小化家庭能源网络的运行费用，最大化居民用户用能效率，并辅助提升可再生能源利用率为目标，实现大规模居民能效管理与需求响应服务。
本发明提供的家庭能效管理***以互联网技术为重要支撑，对小区、楼宇、家庭用能进行监测，实现用户用能信息查询、数据管理、能效分析、能效评估等。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的家庭智慧能源网关通过对用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据、对原始数据进行处理，得到实时的能源信息并结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，实现家庭用电量总计量、分路计量、远程分路控制、策略下发、分布式电源/储能管理等智能功能，并将控制用电设备的启停指令及时汇报给用户侧APP，第一时间通知用户及电网侧管理人员，实现电网与用户的友好互动，降低家庭能耗，降低居民用电峰谷差。本发明提供的家庭智慧能源网关还具备分路计量、过压、过流、过载、漏电保护、防雷保护等功能，以及具备户用分布式电源、电动汽车的接入能力，通过与智能插座等设备进行双向数据和指令交互，实现对负荷的智能管理、运行环境的智能调节及信息交互功能。
同时，本发明提供的家庭智慧能源网关以及能源管理***通过搭载RF433(无线收发模组)、WiFi等无线通讯技术，在不增加额外成本的基础上，有效连接家庭能源网络与家庭智慧能源管理***。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种家庭智慧能源网关，其特征在于，包括：
采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集，得到用电设备的原始数据；
逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析，判断用电设备的当前使用状态，结合分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置，得到控制用电设备的启停指令，将控制用电设备的启停指令输出给数据显示模块和输出执行模块；
数据显示模块，用于显示用电设备的启停状态；
输出执行模块，用于根据用电设备的启停指令来控制配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的通断。
2.根据权利要求1所述的一种家庭智慧能源网关，其特征在于，所述采集输入模块，用于用电设备的点参数的采集包括：采集不低于8路电路的交流模拟量。
3.根据权利要求1所述的一种家庭智慧能源网关，其特征在于，逻辑控制模块，用于对得到的用电设备的原始数据进行分析包括：对用电设备的电流、电压、功率，分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的汇集点的三相电压，分布式光伏***、电网、户用可控负荷储能的三相电流及电量，各线路的开关触点的分合状态进行分析。
4.一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，其特征在于，包括：
家庭智慧能源管理***，用于将负荷聚合商对分布式光伏***、储能***与户用可控负荷储能的逆变器开关设置和配电箱中的智能WiFi空开、用电设备侧的智能插座、多种能源表记的流量控制阀的开关设置传递给家庭智慧能源网关；
如权利要求1或2所述的家庭智慧能源网关；
能源终端设备，根据分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，将分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的数据计量并上传到家庭智慧能源网关。
5.根据权利要求4所述的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，其特征在于，家庭智慧能源管理***，还包括：根据家庭智慧能源网关上传的分布式光伏***、储能***与户用可控负荷的运行状态的信息，在保证区域/家庭负荷的情况下，结合区域用电可靠性，对区域的分布式光伏***、储能***进行优先就地消纳，并储存或馈入到电网公司或负荷聚合商；结合家庭用户舒适度，对家庭内部的用电设备的启停工作进行柔性负荷控制。
6.根据权利要求4所述的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，其特征在于，家庭智慧能源网关，还包括：根据公共电网、分布式光伏***、储能***以及户用可控负荷的运行状态，通过储能***的充放电控制，将家庭智慧能源网关与公共电网之间的公共连接点处的潮流维持平滑。
7.根据权利要求4所述的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，其特征在于，能源终端设备，还包括：将水表、燃气表和热表的数据计量并上传到家庭智慧能源网关；分布式光伏***、储能***通过逆变器计量，户用可控负荷数据通过智能插座计量，水表、燃气表和热表通过流量阀计量并利用微功率无线通信方式将数据计量上传到家庭智慧能源网关。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的一种家庭智慧能源网关的家庭智慧能源管理***，其特征在于，所述家庭智慧能源网关的上行口通过无线公网或物联网通信技术与家庭智慧能效管理***通信，所述家庭智慧能源网关的下行口通过无线通信技术与能源终端设备通信。
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