一种结合电能调度的智能家居系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及智能家居技术领域，尤其是一种结合电能调度的智能家居系统 及其控制方法。


背景技术：

2.由于生活水平的提高，一般家庭使用的电器越来越多，例如，各个房间内 安置空调，卫生间和厨房安置热水器，厨房内具有电饭煲、微波炉、电水壶等， 如此多的电器使用电力资源，而且每个电器使用的电能是不同的，用户无法了 解每个电器的用电量以及用电状况。中国发明公开号为cn107272431a的一种智 能家居用电安全监控系统，包括智能家居用电监测模块、智能家居用电监控平 台和智能终端，所述智能家居用电监测模块基于无线传感器网络采集智能家电 电量信息，并将采集到的智能家电电量信息发送到所述智能家居用电监控平台， 所述智能家居用电监控平台用于接收、存储、显示智能家电电量信息，并将智 能家电电量信息与正常阈值进行比较，若超过正常阈值，则输出报警信号；所 述的智能终端通过通信网络与智能家居用电监控平台连接，用于实时访问智能 家居用电监控平台中的智能家电电量信息。设有智能家居用电监测模块，智能 家居用电监测模块基于无线传感器网络采集智能家电电量信息，多个用电器需 要对应设置多个传感器，而传感器本身需要安装需要对户内线路进行更改，或 者对用电器接入端进行更改，是一种侵入式更改，一方面需要的传感器多，传 感器本身也是耗电的，消耗的电量也多；另一方面传感器质量参差不齐，缺少 对其监控，当传感器自身发生故障，则可能引起漏电，有安全隐患。在低压侧 例如每家每户的用电，商场的用电并没有一种很好的调控方法，中国人口众多， 基本每家每户都通电，每户人家的用电设备也增多了，低压侧用电增加，电网 峰值增大，高峰时间增强，然而其中有些设备并不需要长时间开启的，可以在 高峰期间关闭，以达到削峰的目的，每家减少1w功耗，有100万户就能减少100 万瓦，削峰很明显，然而现有技术缺少统一的对低压侧的调控设备，无法很好 实现电网高峰期削峰。


技术实现要素：

3.本发明解决了对家居用电安全监控中存在入侵式安装传感器导致电耗量 大、有安全隐患的问题，提出一种结合电能调度的智能家居系统及其控制方法， 不对户内线路以及用电器进行线路更改，以非侵入的而方式，将负荷识别安装 在总电表输入端，减少了大量传感器的使用，安全高效。本发明还解决了现有 技术缺少统一的对低压侧的调控设备的问题，通过载波通信，能够让国家电网 管理端统一调控自愿参与电网削峰的用户的负载，实现低压侧的电网削峰。
4.为实现上述目的，提出以下技术方案：
5.一种结合电能调度的智能家居系统，包括：
6.智能电表，用于接收用电器功率，并且与电网监控平台无线连接；
7.电网监控平台，用于判断用电器类型及绑定智能插头的唯一识别码到用电 器；
8.若干智能插头，用于连接用电器和市电插座，并且识别用电器的用电功率， 并将用电功率发送到智能电表；每个智能插头都设有唯一识别码；
9.台区宽带载波集中器，用于接收电网监控平台控制指令，发送设定载波信 号到智能电表；智能电表根据调度协议输出控制载波信号，智能插头设有继电 器，当智能插头接收到控制载波信号，继电器断开，用电器停止工作；
10.所述调度协议由电网监控平台与用户端共同制定，所述每个智能插头接收 的控制载波信号的频段不同，所述智能电表通过发出不同频段控制载波信号控 制不同智能插头的继电器通断。
11.本发明电网监控平台用于判断是否需要对低压侧的负载进行关闭，以达到 削峰的目的，当需要对低压侧负载进行关闭时，电网监控平台发送关闭指令到 台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送关闭信号到智 能电表，智能电表再通过载波通信将关闭信号发送到与其对应的智能插头，最 后由智能插头关闭对应的用电器，达到电网削峰的目的。低压侧用户多，整体 功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值，以及高峰期的持续时 间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用电器正常工作。
12.本发明通过设置智能插头非入侵式安装，节约监控成本，同时减少因传感 器自身故障而发生的安全隐患，安全高效。
13.作为优选，所述智能电表包括总控模块和电源模块，所述总控模块电连接 有负荷识别模块、计时模块、载波信号接收模块和载波信号输出模块，所述电 源模块连接市电输入，为智能电表供电，所述台区宽带载波集中器将设定载波 信号输送到载波信号接收模块，所述载波信号输出模块输出控制载波信号。
14.作为优选，所述智能插头包括分控模块、转换插头和转换插座，所述分控 模块电连接有载波信号接收单元、互感器和继电器，所述载波信号接收单元用 于接收控制载波信号；所述转换插头、继电器和转换插座依次串联，所述互感 器套设在转换插头的火线上，用于识别用电器的用电功率，所述分控模块用于 控制继电器的通断，同时用于将用电器的用电功率发送到负荷识别模块。
15.一种结合电能调度的智能家居系统控制方法，采用上述的一种结合电能调 度的智能家居系统，包括以下步骤：
16.sa，对未识别的柔性负荷用电器进行识别，将识别到的用电器通过电网监 控平台与智能插头的唯一识别码绑定，生成调度协议，发送给用户，所述调度 协议与用户的智能电表的户号信息绑定，用户勾选调度协议上的用电器即为同 意被勾选用电器能供电网监控平台调度，完成调度协议的制定；
17.sb，电网监控平台实时获取电网总功耗变化曲线，判断电网总功耗的功率 是否大于或等于调控功率阈值，若是，电网监控平台发送控制指令到台区宽带 载波集中器，所述台区宽带载波集中器通过载波通信，发送设定载波信号到智 能电表，智能电表根据调度协议勾选的用电器输出对应的控制载波信号，智能 插头设有继电器，当智能插头接收到控制载波信号，继电器断开，用电器停止 工作。
18.作为优选，所述对未识别的柔性负荷用电器进行识别，具体包括：
19.s1，由智能插头以频率f采集用电器的用电功率，获得采样点，根据采样 点拟合用
户日负荷曲线；
20.s2，提取用户日负荷曲线的正瞬变片段以及负瞬变片段，以
△
t内功率变化 的幅度超过预设值p1为判定瞬变的条件；
21.s3，将正瞬变片段以及负瞬变片段的两端作为第一类特征点，统计第一类 特征点的数量n1，以折线沿时间轴依次连接全部第一类特征点，构成折线图；
22.s4，以线段沿时间轴方向依次连接全部采样点，遍历采样点，判断连接采 样点两个线段之间的夹角是否大于预设值，若夹角大于预设值，则将该采样点 纳入第二类特征点，统计第二类特征点的数量n2；
23.s5，若n2与n1的差值超过预设值，则丢弃当日的用户日负荷曲线，第二 日从步骤s1重新执行，反之，进入步骤s6；
24.s6，将远离第一类特征点的第二类特征点删除，以折线连接剩余第二类特 征点，而后再拟合为曲线，作为调整负荷曲线；
25.s7，以调整负荷曲线，重新提取正瞬变片段以及负瞬变片段，
26.s8,根据正瞬变片段以及负瞬变片段建立功率瞬变表；
27.s9，根据功率瞬变表进行功率瞬变片段的配对，若在正瞬变片段的时间戳 后的设定时长s内，能够找到功率相当的负瞬变片段，则将该负瞬变片段与正 瞬变片段匹配，若存在多条匹配的负瞬变片段，则关联功率最为接近的负瞬变 片段，为匹配的正瞬变片段和负瞬变片段生成一条负荷识别记录，关联正瞬变 片段和负瞬变片段的时间戳后存储。
28.作为优选，所述功率瞬变表包括若干额定正瞬变功率的数值及其对应的总 数量，所述额定正瞬变功率为同一类正瞬变片段的平均功率，同一类正瞬变片 段的归类过程如下：
29.s801,在一段时间t内统计正瞬变片段的个数、正瞬变片段的功率以及负瞬 变片段的功率；
30.s802，对剩余正瞬变功率进行排序，以误差范围2％归类正瞬变片段；在归 类时还需去除功率变化小于1w的正瞬变片段及负瞬变片段。
31.作为优选，所述步骤s9具体包括：
32.当额定正瞬变功率的数量n大于或等于设定值n时，在设定时长s内，是 否存在与额定正瞬变功率配对的负瞬变片段的功率，若存在则生成一条负荷识 别记录，若不存在标记为未识别。
33.本发明的有益效果是：本发明电网监控平台用于判断是否需要对低压侧的 负载进行关闭，以达到削峰的目的，当需要对低压侧负载进行关闭时，电网监 控平台发送关闭指令到台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通 信，发送关闭信号到智能电表，智能电表再通过载波通信将关闭信号发送到与 其对应的智能插头，最后由智能插头关闭对应的用电器，达到电网削峰的目的。 低压侧用户多，整体功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值， 以及高峰期的持续时间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用 电器正常工作。本发明通过设置智能插头非入侵式安装，节约监控成本，同时 减少因传感器自身故障而发生的安全隐患，安全高效。
附图说明
34.图1是实施例的结构连接简图。
具体实施方式
35.实施例：
36.本实施例提出一种结合电能调度的智能家居系统，参考图1，包括：
37.智能电表，用于接收用电器功率，并且与电网监控平台无线连接；
38.电网监控平台，用于判断用电器类型及绑定智能插头的唯一识别码到用电 器；
39.若干智能插头，用于连接用电器和市电插座，并且识别用电器的用电功率， 并将用电功率发送到智能电表；每个智能插头都设有唯一识别码；
40.台区宽带载波集中器，用于接收电网监控平台控制指令，发送设定载波信 号到智能电表；智能电表根据调度协议输出控制载波信号，智能插头设有继电 器，当智能插头接收到控制载波信号，继电器断开，用电器停止工作；
41.调度协议由电网监控平台与用户端共同制定，每个智能插头接收的控制载 波信号的频段不同，智能电表通过发出不同频段控制载波信号控制不同智能插 头的继电器通断。
42.智能电表包括总控模块和电源模块，总控模块电连接有负荷识别模块、计 时模块、载波信号接收模块和载波信号输出模块，电源模块连接市电输入，为 智能电表供电，台区宽带载波集中器将设定载波信号输送到载波信号接收模块， 载波信号输出模块输出控制载波信号。
43.智能插头包括分控模块、转换插头和转换插座，分控模块电连接有载波信 号接收单元、互感器和继电器，载波信号接收单元用于接收控制载波信号；转 换插头、继电器和转换插座依次串联，互感器套设在转换插头的火线上，用于 识别用电器的用电功率，分控模块用于控制继电器的通断，同时用于将用电器 的用电功率发送到负荷识别模块。
44.本发明电网监控平台用于判断是否需要对低压侧的负载进行关闭，以达到 削峰的目的，当需要对低压侧负载进行关闭时，电网监控平台发送关闭指令到 台区宽带载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送关闭信号到智 能电表，智能电表再通过载波通信将关闭信号发送到与其对应的智能插头，最 后由智能插头关闭对应的用电器，达到电网削峰的目的。低压侧用户多，整体 功耗量大，做到低压侧削峰，能够大大减少电网的峰值，以及高峰期的持续时 间，有利于电网能够输出稳定的功率，保证必须使用的用电器正常工作。
45.本发明通过设置智能插头非入侵式安装，节约监控成本，同时减少因传感 器自身故障而发生的安全隐患，安全高效。
46.本实施例还提出一种结合电能调度的智能家居系统控制方法，采用上述的 一种结合电能调度的智能家居系统，包括以下步骤：
47.sa，对未识别的柔性负荷用电器进行识别，将识别到的用电器通过电网监 控平台与智能插头的唯一识别码绑定，生成调度协议，发送给用户，调度协议 与用户的智能电表的户号信息绑定，用户勾选调度协议上的用电器即为同意被 勾选用电器能供电网监控平台调度，完成调度协议的制定；
48.sb，电网监控平台实时获取电网总功耗变化曲线，判断电网总功耗的功率 是否大于或等于调控功率阈值，若是，电网监控平台发送控制指令到台区宽带 载波集中器，台区宽带载波集中器通过载波通信，发送设定载波信号到智能电 表，智能电表根据调度协议勾选的用电器输出对应的控制载波信号，智能插头 设有继电器，当智能插头接收到控制载波信号，继电器断开，用电器停止工作。
49.对未识别的柔性负荷用电器进行识别，具体包括：
50.s1，由智能插头以频率f采集用电器的用电功率，获得采样点，根据采样 点拟合用户日负荷曲线；
51.s2，提取用户日负荷曲线的正瞬变片段以及负瞬变片段，以
△
t内功率变化 的幅度超过预设值p1为判定瞬变的条件；
52.s3，将正瞬变片段以及负瞬变片段的两端作为第一类特征点，统计第一类 特征点的数量n1，以折线沿时间轴依次连接全部第一类特征点，构成折线图；
53.s4，以线段沿时间轴方向依次连接全部采样点，遍历采样点，判断连接采 样点两个线段之间的夹角是否大于预设值，若夹角大于预设值，则将该采样点 纳入第二类特征点，统计第二类特征点的数量n2；
54.s5，若n2与n1的差值超过预设值，则丢弃当日的用户日负荷曲线，第二 日从步骤s1重新执行，反之，进入步骤s6；
55.s6，将远离第一类特征点的第二类特征点删除，以折线连接剩余第二类特 征点，而后再拟合为曲线，作为调整负荷曲线；
56.s7，以调整负荷曲线，重新提取正瞬变片段以及负瞬变片段，
57.s8,根据正瞬变片段以及负瞬变片段建立功率瞬变表；功率瞬变表包括若 干额定正瞬变功率的数值及其对应的总数量，额定正瞬变功率为同一类正瞬变 片段的平均功率，同一类正瞬变片段的归类过程如下：
58.参考下表：
59.额定正瞬变功率总数5w1312w2430w4180w23
……
60.s801,在一段时间t内统计正瞬变片段的个数、正瞬变片段的功率以及负瞬 变片段的功率；
61.s802，对剩余正瞬变功率进行排序，以误差范围2％归类正瞬变片段；在归 类时还需去除功率变化小于1w的正瞬变片段及负瞬变片段。
62.s9，根据功率瞬变表进行功率瞬变片段的配对，若在正瞬变片段的时间戳 后的设定时长s内，能够找到功率相当的负瞬变片段，则将该负瞬变片段与正 瞬变片段匹配，若存在多条匹配的负瞬变片段，则关联功率最为接近的负瞬变 片段，为匹配的正瞬变片段和负瞬变片段生成一条负荷识别记录，关联正瞬变 片段和负瞬变片段的时间戳后存储。
63.步骤s9具体包括：
64.当额定正瞬变功率的数量n大于或等于设定值n时，在设定时长s内，是 否存在与额定正瞬变功率配对的负瞬变片段的功率，若存在则生成一条负荷识 别记录，若不存在标记为未识别。
65.用户如果配合单个轮流开启家用电器，识别的过程将会简化，能够快速知 道对应负荷的家用电器，对于非柔性功率的家用电器即纯电阻家用电器，其功 率变化是恒定的可以直接识别得出，对于柔性功率的家用电器即变频工作的家 用电器，如电脑，空调等，其工作功率不固定，需要在一定时间内采集其功率， 建立功率瞬变表，根据功率瞬变表进行功率瞬变片段的配对，识别负荷信息和 用电量，不对户内线路以及用电器进行线路更改。
66.归类的正瞬变片段并以该归类的正瞬变片段的平均功率作为额定正瞬变功 率，有利于提高负荷识别准确度，同时去除功率变化小于1w的正瞬变片段，对 小范围功率变化的正瞬变片段进行过滤，有利于提高负荷识别的效率，在一个 月内进行统计，可以得到在一个月内家用电器的使用频率，有利于后续将用户 用电的情况更全面的进行分析。
67.对于柔性功率的家用电器即变频工作的家用电器，其开启和关闭过程的功 率相当，而工作过程中功率是不断变化的，其功率瞬变也是不一致的，当在一 段时间内额定正瞬变功率的数量n大于或等于设定值n时，即可认为此额定正 瞬变功率对应的归类的正瞬变片段属于一类变频工作的家用电器，若在设定时 长s内能够找到与额定正瞬变功率配对的负瞬变片段的功率，则能找到此一类 变频工作的家用电器的工作间段，生成一条负荷识别记录，能够让用户知道此 负荷识别记录对应的家用电器。
68.负瞬变片段的功率的绝对值与额定正瞬变功率的绝对值相差0
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2％则视为配 对成功。