[发明专利]基于物联网技术的智能家用微网系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于物联网技术的智能家用微网系统，特别是一种基于智能电网、微网和物联网技术的智能家用微网系统。

背景技术

分布式光伏发电因其储量巨大、分布范围广、清洁、安全等特点，逐渐被认为是满足日益增长的电力需求、减少温室气体排放和提高能源综合利用率的一种有效途径。光伏发电尽管优点突出，但其是典型的间歇性能源，具有能源波动性大的特点。为充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，学者们提出了微网(Microgrid)的概念。

微网将地域相近的一组能源、储能装置与负荷结合起来进行协调控制，对配电网表现为单个可控集合，可以与大电网进行能量交换，在大电网发生故障时可独立运行，同时又能够通过回收利用发电单元的余热满足用户对冷和热的需求。微网有助于分布式发电技术的大规模推广应用，也有助于减少电网停电带来的危害，提高电力系统的安全性和可靠性，增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网安全有重大现实意义。

经过近几年的发展与研究，微网技术已有了长足发展。各国研究机构在微网研究中取得了诸多突破与创新，美国、日本、欧盟、加拿大等发达国家(地区)已经建立了一批微网示范工程及实验室。微网研究与建设在中国也得到了高度重视，国家科技部863计划、973计划等已将微网研发项目列入重点资助范围。

根据接入点的不同，光伏微网可分为光伏电站微网和用户侧光伏微网，前者一般应用于输电网，而后者可应用于380V企业或住宅小区。目前涉及用户侧微网研究仍然较少，家用太阳能利用主要为太阳能供热，国内家用光伏发电还处于起步阶段。

传统的家用光伏发电系统缺乏与智能家居系统、电力公司、用户之间的友好互动，不能提供高标准实时的用电信息，无法适应峰谷电价制度；也无法实现与电网之间电能的双向流动，缺乏必要的用户电力上网技术基础，造成资源浪费；此外，传统的微网中使用有线通信，灵活性差；没有友好的用户交互界面；自动化程度低；无法适应智能电网背景下的交互式通信、需求侧管理和实时电价等方面的要求。目前智能家居中的自发电系统也缺乏实用的研究成果，无法在电网停电或故障中保证智能家居系统的正常运行，可靠性较差，也没有针对储能装置提出实用的充放电策略。

将微网技术、光伏发电技术与智能家居技术相结合可以有效发挥各自优势，充分利用广泛分布的太阳能资源，将家用微网作为智能家居的自发电系统，使其能够为用户提供高效、节能、灵活、可靠的用电环境，协助电网削峰填谷，同时利用智能家居技术对智能家用微网系统进行实时监控。因此，设计一种智能家用微网系统来实现对家用光伏发电和电能储存进行智能管理具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是融合先进的电力、通信、控制技术提供一种智能家用微网系统，用于解决上述不足和缺陷，充分利用太阳能资源，结合峰谷电价制度，实现家居与电网之间的电量双向流动，提高智能家居中自发电部分的的可扩展性、灵活性、可靠性和易用性。

为达到上述目的，家用微网系统包括能源系统及其控制平台。能源系统包括光伏电池、斩波模块、储能电池、整流模块和公共连接点(PCC)开关。控制平台包括CPU、存储模块、ZigBee无线组网装置和外围接口。

本发明采用ZigBee无线技术灵活组网，可灵活布局，具有良好的兼容性与扩展性，便于维护。ZigBee设备用于控制平台与能源系统之间以及用户界面与控制平台之间的数据传输，主要包括全功能型ZigBee(FFD)主协调器、精简型(RFD)ZigBee终端节点、本地ZigBee万能遥控器，可用于在控制系统与设备之间发送与接受数据信息和控制信息。系统利用分布于各重要节点的精简型ZigBee(RFD)终端节点搜集重要设备信息，如光伏电池的实时发电功率、储能装置电量状态等，同时发送控制信息，如光伏电池MPPT控制指令，储能装置充放电指令等。

所述的公共连接点(PCC)开关用于智能家用微网与大电网的连接及开关控制。正常状态下，所述智能家用微网系统可与电网进行双向电交换，智能电表根据电能交换情况进行智能计费；在电网发生故障或停电时，公共连接点(PCC)开关在必要时断开，所述系统进入离网运行状态，依靠自身发电和储能装置供电，维持智能家居正常运行，当电网恢复正常供电时，系统将自动并网，恢复至并网运行状态。

所述外围接口包括用于同智能电表通讯的RS485接口；用于同终端设备无线通讯的ZigBee无线通讯接口；用于接入Internet互联网和同家庭网络内其他终端通信的以太网通讯接口；用于接收手机远程控制的移动通信接口。