[发明专利]一种适用于智能电网的居民用户智能能量管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能家居和智能电网领域，尤其涉及适用于智能电网的居民用户智能能量管理系统。

背景技术

由于能源、环境、经济、政治等多方面因素的驱动，智能电网已成为未来电力系统的发展方向。目前，无论是发达国家还是发展中国家，都在积极进行传统电网向智能电网的改造。而节约能源、保护环境，是我国长期的重大方针，因此，我国正在大力开展智能电网建设。智能电网是互动电网，它要求供电部门和居民用户之间实现信息互动，让电力用户主动参与到电力市场及电力服务中，实现电力负荷的削峰填谷，以提高供电质量和供电可靠性。为此，供电部门势必推行实时电价，鼓励电力用户低谷用电，减少高峰用电；同时，供电部门鼓励电力用户接入分布式发电与储能设备参与削峰填谷。居民用户数量众多，用电时间选择余量大；而且，随着分布式电源的发展，分布式电源将深入千家万户。因此，设计根据实时电价实现居民智能家电和居民分布式电源智能控制的居民用户能量管理系统具有重要的意义。以往的相关技术仅限于智能电表的双向计费或对智能家电的自动控制，没有实现根据实时电价情况对居民家用电器进行智能控制，使居民电费支出最低。本发明可以控制居民用户家电在低谷用电，在高峰由分布式电源向电网回馈能量，使用户节约开支，使供电部门提高供电效率，同时，可以提高发电部门的发电机组的负荷率，提高机组的效率，降低发电成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统居民家电能量管理系统无法根据实时电价情况实现对家电的智能控制，使电费支出最低，同时，也无法根据实时电价情况实现对分布式电源的智能控制，使其收益最高的问题，提供一种适用于智能电网的居民用户智能能量管理系统，实现电力负荷的削峰填谷，提高供电质量和供电可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于智能电网的居民用户智能能量管理系统，在每户居民的家中装设一台智能能量管理控制器和智能电表，在每台可控家电和用户开关处均装设一台控制终端，在每台分布式电源处均装设一台分布式电源接入装置；控制器与控制终端和分布式电源接入装置间通过Zigbee无线通讯网络互连，智能电表则与分布式电源接入装置和可控家电连接，控制器与智能电表间也通过总线相互通信；智能电表还与电压互感器和电流互感器的二次侧连接，控制器与主站的高级测量体系AMI通过以太网互联进行信息交互；控制器分别控制控制终端、分布式电源接入装置的投切，控制终端将开关的状态通过Zigbee无线通讯方式上报控制器，使控制器监视开关的状态。

所述控制包括主控模块、数据处理模块、电气量输入模块、触摸屏模块、存储模块、实时时钟模块、以太网模块、Zigbee通讯模块和RS232/485模块；主控模块主要负责通讯和人机接口，实现触摸屏的输入和输出、历史数据的存储、以太网通讯、Zigbee通讯、RS232/485通讯和实时时钟输入；实时时钟模块实现万年历实时时钟输入；数据处理模块负责电流和电压电气量的数据采集，并对采集数据进行数字滤波，计算电压有效值、电流有效值、功率因数、有功功率和无功功率；根据历史实时电价预测当日各时间间隔的实时电价，并根据实时电价预测值、可控家电和分布式电源状况，获得可控家电和分布式电源的最优工作时间段决策；根据实时电气参数实现对家用电器的保护决策；将决策结果发送给主控模块，由主控模块实现对家用电器的最优控制。

所述数据处理模块包括DSP芯片和大规模现场可编程逻辑阵列FPGA，DSP芯片与主控模块间采用DMA方式通信，电压和电流信号经过模拟输入变压器或飞电容转换，然后滤波，再经过一个8选1CMOS多路转换器选择，多路转换器的输出由电压跟随放大器驱动，送入高速16位A/D转换器转换为数字量，A/D转换器的输出以串行数据流的形式送入DSP进行处理，采用每周波采样128个点；所述主控模块采用MCF5272芯片；所述存储模块采用256K字节的静态读写存储器SRAM、16M字节SDRAM、4M字节电可擦除的闪烁存储器FLASH RAM，其中，SDRAM是主控制器的工作内存，SRAM用于存储重要历史数据；闪烁存储器用于保存装置运行自举程序、操作系统、应用程序、DSP程序、配置文件。

所述控制终端采用具有Zigbee通信功能的片上系统MC13213，该终端通过Zigbee通讯方式接收控制器的通断电源命令后，通过输出驱动电路MC1413控制电磁继电器，进而控制可控家电的通断电源；电磁继电器的状态通过光电隔离器后送至MC13213，实现对可控家电的通断电源状态监测；家电的温度测量采用数字温度传感器DS18B20，通过串行数据流送入MC13213进行处理。