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家庭智能用电系统研究及智能控制器开发 学生：彭潇潇 目录 一、简介 二、背景 三、家庭智能用电系统 四、智能控制器开发 五、实验 简介 1 简介 与传统用电相比，智能用电强调用户的参与，鼓励用户与电网之间的信息双向互动。为了获取家庭内负荷级别的用电信息，加强用户与电网的双向互动，对家庭智能用电系统的实现进行了研究。构建了一种新型的家庭智能用电系统结构框架，其由智能电表，智能互动终端，智能控制器，家庭局域网等构成。开发了一种智能控制器装置，可以实时准确地获取各用电设备的耗电信息，将用电信息传送给互动终端，而且智能控制器可根据电价变化控制点电器设备的运行，实现验证了智能控制器可实现有效节能的效果。 背景 2 引言 近年来，随着智能用电逐步成为研究的热点，一些研究成果也越来越多的出现。例如，在专利CN102130507A 中提出了一种智能家居系统及能效管理方法，支持将新能源接入智能电网中；有学者提出了基于实时电价的智能用电系统，分析了电价政策对智能用电的影响；总之，智能用电的研究都围绕一个指导思想，即采用信息化手段，利用价格杠杆，通过互动化策略，调动电力用户参与需方响应，实现电力负荷需求的理想化。 引言 本研究侧重于用户侧， 对家庭智能用电体系进行研究并开发了适用于家庭智能用电的相关装置—智能控制器。 智能控制器是连接电器与电源的中间设备。一方面，它可以实时采集用电设备的电压、电流、功率、耗电量等用电信息，并将这些信息通过ZigBee 无线网络传给互动终端或高级量测体系（AMI），为电力公司提供详细的用电信息。另一方面， 智能控制器可接收电网侧传来的电价信息或互动终端发送的指令， 控制用电设备的运行。这样，用户可参与电网的需求响应和双向互动， 减少电费开支，提高家庭耗能效率。 家庭智能用电系统 3 家庭智能用电系统 家庭智能用电系统作为整个智能用电系统中的一部分，所面向的主要对象是用户侧，系统如右图所示。家庭智能用电系统是智能电网最末端与客户直接联系的环节，能够支持分布式能源、电动汽车等系统或设备的接入和计量，家用电器智能控制，综合家庭能耗监测和能源优化管理等功能。 家庭智能用电系统 智能电表 主要功能有： 1）电能计量。有功电能和无功电能双向计量，支持分布式能源用户的接入。 2）电能监管。具备阶梯电价，预付费及远程通断电功能。支持需求侧管理，与智能互动终端配合对用电设备及分布式电源进行管理，提高电力供应可靠性。 3）双向通信。接收电网的指令信息发布给用户，如实时费率，用电策略；同时将采集的家庭耗能数据传给电网。 家庭智能用电系统 智能互动终端 智能互动终端作为电网（力）公司与用户的交互门户，是用户感知智能电网新特性的主要体现点之一。用户通过该平台了解电能使用信息，并结合实时费率等资讯，对各用电器用电情况进行控制，调整自己的用电方案。其主要功能如下： 1）接收智能电表，智能控制器发送的大量数据信息并进行实时显示，使用户可获取详细的电能使用情况及其他相关信息。 2）对家用分布式能源和电器进行统一监控管理，实时获取家庭能耗状态并进行家庭能效分析管理。 家庭智能用电系统 家庭局域网络（HAN） 家庭局域网是 庭智能用电系统中重要的结构基础。HAN将智能电能表、智能互动终端和各种可控的用电设备连接起来，组成局域网络，可以实现多种能源管理功能。HAN 可采用有线和无线两种通信方式，相比有线网络，无线网络安装维护更为简便可靠。本文采用的短距离无线通信技术是ZigBee技术，其是一种新型的短距离、低功率无线网络技术，它是基于 IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。由于 ZigBee 技术具有低功耗、低成本和支持网络节点多的优势，因此家庭智能用电系统中多采用 ZigBee 无线技术构建 HAN。 家庭智能用电系统 智能控制器 目前，在家庭智能用电中，为了实现家庭能效分析管理，指导用户合理、经济用电，获取负荷级别的详细用电信息并实现各用电设备的组网是非常有必要的。智能控制器（智能开关）作为连接普通用电器与电源的独立设备，利用其采集负荷用电信息并对用电设备进行控制，使家用电器更好地参与需求响应。其具体功能如下： 1）计量功能。实时测量并采集各电器设备的用电信息（电压、电流、功率、等）、工作状态。 2）通信功能。采用无线 ZigBee 通信，上报电器的用电信息并使各电器接收互动终端的统一管理。 3）控制功能。接收互动终端的指令，对家电进行调节、控制等操作。 智能控制器开发 4 硬件设计 在硬件上，智能控制器主要由电源模块、电量测量模块、微处理