基于物聯(lián)網(wǎng)的用戶側(cè)能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

近年來,隨著智能電網(wǎng)和智能家居技術(shù)的發(fā)展,以及對節(jié)能減排要求的不斷提高,如何高效利用及合理分配電能已然成為電網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而處在電網(wǎng)環(huán)節(jié)末端的用戶,其所消耗的電能一直以來在全國總耗電量中占據(jù)較大的比重。對此,許多國家陸續(xù)展開了家庭能源管理系統(tǒng)的研究,希望推動用戶側(cè)從被動參與角色到主動調(diào)控角色的轉(zhuǎn)變,最終降低用戶側(cè)耗電量。本文設(shè)計(jì)的能耗管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對家用設(shè)備能耗的監(jiān)測、分析及管理,同時給用戶提供節(jié)能建議。

1需求分析

用戶側(cè)能耗管理系統(tǒng)首先需要獲取各家電設(shè)備的用電信息,將獲取到的信息作為分析的數(shù)據(jù)來源,再結(jié)合實(shí)時電價及設(shè)備的可控性提出節(jié)能建議。以調(diào)節(jié)設(shè)備工作情況對用戶能耗需求的影響為基準(zhǔn),常用家電大體可分為可調(diào)節(jié)和不可調(diào)節(jié)設(shè)備兩類,如安防設(shè)備、計(jì)算機(jī)、冰箱、電視機(jī)等為不可調(diào)節(jié)設(shè)備,而洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電動汽車等屬于可調(diào)節(jié)設(shè)備[2]。除此之外,還有一些設(shè)備如照明、空調(diào)等,其可調(diào)節(jié)性受到環(huán)境因素的影響。如晴天自然光照較強(qiáng),則可通過拉開窗簾引入自然光來降低室內(nèi)照明設(shè)備的能耗:如果是陰天,照明設(shè)備的可調(diào)節(jié)性幾乎沒有。因此,家庭能耗管理系統(tǒng)還需實(shí)時獲取環(huán)境變量,以實(shí)現(xiàn)對家電設(shè)備的聯(lián)合控制。

考慮到不同用戶的生活習(xí)慣不同,用戶側(cè)能耗管理系統(tǒng)還需獲得用戶的行為特征,如對照明強(qiáng)度、溫度、濕度的習(xí)慣等,這些可通過預(yù)先設(shè)置或者根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得到。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示,整個能耗管理系統(tǒng)在架構(gòu)上分為應(yīng)用層、中間層和感知層3層。感知層主要為信息傳感設(shè)備,實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取。雖然目前智能家居逐漸普及,但傳統(tǒng)家居還是占多數(shù),對此,可通過智能插座來實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)家居能耗數(shù)據(jù)的采集與控制:中間層主要完成設(shè)備與管理系統(tǒng)間的通信,通過建立家庭網(wǎng)關(guān),借助智能插座,實(shí)現(xiàn)各智能家居、傳統(tǒng)家居與管理系統(tǒng)的鏈接:應(yīng)用層即為能耗管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的展示、分析及設(shè)備的控制。管理系統(tǒng)配備云端服務(wù)器來存儲數(shù)據(jù),同時數(shù)據(jù)可通過互聯(lián)網(wǎng)傳入APP,實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的移動化、遠(yuǎn)程化。

2.2功能設(shè)計(jì)

能耗管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示,整個系統(tǒng)分為三大功能模塊,能耗監(jiān)測、能耗分析和智能控制模塊。能耗監(jiān)測模塊包括對各家電設(shè)備用電量、使用時間和使用率的監(jiān)測,以及環(huán)境變量的監(jiān)測,通過監(jiān)測模塊,用戶可隨時查看設(shè)備信息、設(shè)備狀態(tài)、用電情況、環(huán)境信息。除此之外,用戶還可通過系統(tǒng)獲取實(shí)時的電價信息及電網(wǎng)公司服務(wù)信息等,也可將相關(guān)用電信息,如用電量、用電時間等通過系統(tǒng)反饋給電網(wǎng)公司,為電網(wǎng)工作人員制定電價政策提供依據(jù)。

能耗分析模塊即對監(jiān)測到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并結(jié)合實(shí)時電價,以減少總能耗為目標(biāo),給出節(jié)能建議。如在深夜低電價時給電動汽車充電、洗衣服、洗碗,在用電高峰期,充分利用自然光源降低照明能耗,利用風(fēng)力資源改善室內(nèi)溫濕度等。當(dāng)然,考慮到用戶的生活習(xí)慣,系統(tǒng)在給出節(jié)能建議之后,將會征求用戶的建議,最終如何執(zhí)行由用戶決定。用戶也可將部分操作權(quán)限授權(quán)給系統(tǒng),使系統(tǒng)自動完成能耗的調(diào)節(jié)。

智能控制模塊主要完成對各家電設(shè)備的操作控制,對于不可調(diào)節(jié)的設(shè)備,直接或通過智能插座控制其啟動或關(guān)閉:對于可調(diào)節(jié)的設(shè)備,則可調(diào)節(jié)其工作模式。模式控制不僅包括單個設(shè)備的工作模式調(diào)整,也包括生活空間整體模式的設(shè)置,如最節(jié)能模式下,系統(tǒng)將獲得對各家電設(shè)備的最高控制權(quán),所有設(shè)備的調(diào)控均優(yōu)先考慮能耗。

隨著智能電網(wǎng)和人工智能的發(fā)展,越來越多的智能化、集成化應(yīng)用進(jìn)入千家萬戶。因此,用戶側(cè)能耗管理系統(tǒng)留有擴(kuò)展功能及與其他管理系統(tǒng)通信的接口,方便完善系統(tǒng)功能,提高便民水平。

3結(jié)語

本文論述了一種基于物聯(lián)網(wǎng)用戶側(cè)能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,該系統(tǒng)在能耗管控及改善浪費(fèi)能耗的習(xí)慣方面具有實(shí)際意義,通過用戶側(cè)能耗的調(diào)節(jié),可以幫助拉平負(fù)荷曲線,符合智能電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)。