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基于Proteus仿真的家庭能量管理系统的设计摘要电网的运行由发电、变电、输电、配电、用电等环节组成，其中用户侧是电力系统的重要组成部分。在电网发展和建设的很长一段时期，用户侧一直被认为是单纯的消耗单元，总是通过增加发电量来满足用户侧需求。由于电能不能大量储存，因此过多的增加发电量在输送、分配等环节都造成了电能极大的损失和浪费，并使用电峰谷差值增大。随着对电网的研究进一步加深，我们发现，通过削减或转移用户侧负荷来解决供需矛盾是我们所要关注的重点。通过合理的分配用户的用电情况，不仅可以使用电效率得到极大提高，从而减少电能的输出，还可以使负荷曲线更加平缓，电网运行更加稳定。由此可见，用户侧在节能和调峰都有着非常重要的作用。伴随着社会的进步和科技的发展，智能电网已经成为未来电网发展的趋势。智能电网的发展更有利于用户侧与电力公司之间的信息交互，从而方便电力公司制定实施电价与用户合理分配用电情况。本文从家庭用户侧出发，通过建立一种家庭能量管理系统(Home Energy Management System，简称HEMS)，分析用电设备的最佳用电时间和用电时长，初步实现对用电设备的控制和监测，通过Proteus软件对系统电路进行设计和仿真，实现预期的目标，观察到整个系统的运行情况，并根据仿真电路拓展到硬件部分。在Proteus中对三类电器进行了仿真：第一，受温度、湿度、光线等外部环境条件控制，如空调等；第二，对运行条件无特定要求，可自由设定时间段、时长，如洗衣机等；第三，在低电价（用低电平模拟）时开启，高电价（高电平模拟）时关闭，如蓄电池等。关键词：节能；峰谷差；智能电网；家庭能量管理系统；Proteus仿真目录摘要I第一章绪论11.1课题研究背景11.2HEMS简介11.3HEMS在国内外的发展现状31.4研究的目的和意义41.5研究内容4第二章工具简介62.1C语言62.2 Proteus简介62.3 Keil C51编译器简介7第三章硬件设计及介绍93.1 HEMS整体流程93.2 单片机AT89C52103.3 液晶屏1602A113.4 矩阵键盘133.5 温度传感器DS18B20143.6 MAX232与串口163.7 整体电路图17第四章Proteus仿真184.1 初始电路184.2 完整电路19参考文献23致谢24第一章绪论1.1课题研究背景随着人们对生活质量要求的提高，家庭用电耗材电量在能耗中的比例越来越大，导致居民用电量增长非常明显，电力成了居民家庭中的主要能耗项目。以中国为例，2015城乡居民生活用电量7276亿千瓦时，同比增长5.0%。所以增加城乡居民的节约用电意识，引导居民节约用电，必要而又迫切。但是，很多情况下，由于用户忙碌的生活方式以及不好的用电习惯，节约用电似乎只是一句口号，行动上很难做到，依然造成了大量的电能浪费。比如，待机状态的电视机，夜晚工作的饮水机，着急上班忘记观点的厕所照明灯等等。从单个用户较看来说，这些电能是微不足道的。但对于全国全世界的用户来说，这些浪费的电能可能相当于一个发电厂连续几年的发电量，对于发电侧来说就要发出更多的电能来弥补。与增加发电机组的投入或建设新的发电厂来满足符合需求相比，在用户侧建立一种家庭能量管理系统，通过改变用户的用电习惯、自动控制电器运行是满足电力需求的一种新的观念。其实，通过增加发电量来满足用电的需求，与通过HEMS来转移和减少用电理论上的效果是一样的，不同的是，传统的方法是通过电力系统单方面努力不断满足用户需求，增加发电机的投入、新建发电厂会使资金投入加大，更大电能的输出在传输过程中也会造成更多的浪费、运输成本的增加，这是一种与“节能减排”背道而驰的方式。而HEMS是通过电力公司和用户侧双方的共同努力在尽量提高电力系统的运行效率和满足用户要求的基础上实现双赢的，这是一种更加灵活和廉价的方式。HEMS作为智能电网在需求侧响应的重要组成部分，是指以信息和通信技术为手段，用以监测和管理电器能量使用，使所有电器协调运行，从而达到节能最大化。我国一直在大力推进需求响应的发展，出台了若干政策。1998年在江苏成立国家电网公司电力需求侧管理指导中心；2000年《节约用电管理办法》正式发布实施；2002年第一部《电力需求侧管理办法》在江苏省出台；2004年发改委联合电监会印发《加强电力需求侧管理指导意见》；2010年发改委、电监会等六部委联合印发《电力需求侧管理办法》，本办法已于2011年1月1日开始实施；近几年大量的电力需求侧管理试点在北京和江苏等地开展1.2HEMS简介HEMS是一种应用于用户侧，集监测用户侧的用电情况、根据接收到的各种信息对电器运行进行最优化调度、自动控制电器运行状态等于一体的系统。HEMS作为智能电网在用户侧的重要组成部分，用户可根据各自需求修正其正在使