基于云计算的家庭能源管理论文范文

1基于云计算的智慧家庭能源管理系统架构

智慧家庭能源管理系统可按照“端”、“管”、“云”来架构进行部署，数据（控制）中心部署在云上，家庭“端”主要由家庭网关，智能插座，家电等组成，数据云端通过互联网与家庭端进行相联。智慧家庭能源管理系统总体架构图如图1。家庭网关只对家庭内部的信息进行采集和管理，地理信息（省、市、县、区、居住地、电力公司等信息）等进行集中储存和管理。数据中心建立用户地理信息的专用数据库，分区域、分城市、分省份对家庭用电信息进行统计分析，在积累了大量的用户历史用电数据后，数据（控制）中心通过在内部建立用电管理信息的数学模型，对海量用电信息的分类、分时、分地的梳理分析，建立用电管理和调度的辅助决策系统，为地方政府、电力公司、相关企业提供有价值的电力及能源管理信息。为充分的提高数据的交换性，数据控制中设置有数据交换接口，用于在云平台（数据控制中心）上运行的数据同电力公司服务器实现数据交换。

2智慧家庭能源管理系统主要功能分析

2.1家庭总用电计量本项目中家庭网关具有智能电表的功能，可满足供电部门对家庭用户用电计量进行分析。家庭网关可直接向数据中心发送用电数据，同时数据中心可直接为电网公司提供数据接口便于调用家庭用电数据。

2.2家庭单电器用电计量通过智能化的电能用户管理系统，使居民家庭能够实时、全面了解自身用电的详细信息，有效利用和控制普通家庭中家用电器的使用时间和使用频率，最大限度利用电网公司的富余电力和城市分布式太阳能光伏系统的有效发电电能，最大限度有序控制居民小区及家庭在电网公司用电高峰时的电能使用，适量降低城市电网在用电高峰时的负荷压力，通过技术手段、信息共享和智能控制达到全社会共同参与节能减排的目的。

2.3家庭负荷控制对家庭内的用电设备进行分类管理，当夏季用电高峰出现电力缺口时，一是可以限定家庭用电总量的方式来保证家庭基本用电，用电高峰时可自动切断非必要使用电器的供电，另一种是通过限定家庭非必要使用电器来保证家庭基本用电，在限电模式下可以有效地解决拉闸限电所带来的弊端，真正意义上实现家庭需求的用电设备控制。

2.4家庭电器远程控制随着物联网和移动互联网的广泛应用，居民对家用电器的远程操控的需求会相应增长。用户可以利用智能终端设备，通过数据中心或家庭网关对用户远程控制指令信息对某个电器下达启用、关闭的命令，并实时查看某个电器工作状态的信息。

2.5峰谷电管理、阶梯电管理建立用户端调峰的新概念和辅助技术手段，在城市电网用电高峰时，用智能插座阶段性地控制部分高耗电的家用电器工作，在电网用电低谷的区间和小区太阳能发电的高峰期通过智能插座启动预设好的部分家用电器工作，在用电高峰来临前完成部分家用电器的非即时用电任务，实现在用户端辅助电网削峰填谷的功能。目前的家庭都是被动的接受峰谷电的使用，用户没有选择权，使用时也没有反馈功能。数据中心要设有峰谷电管理模块，当接到峰电负荷控制的信息时，根据事先设置的家用电器用电优先顺序，通知相关地区的家庭网关将一部分智能插座关闭继电器，暂时停止一部分电器工作。当数据中心接到谷电信息时，根据事先预约的家用电器用电用电请求，通知相关地区的家庭网关将一部分智能插座打开继电器，启动一部分电器工作。

2.6家庭用电分析利用数据中心所收集到的用户家庭历史用电信息，利用数据挖掘和强大的云平台计算能力，数据中心可以可以提供：分析每户各类家用电器耗电量占比；分析每户各类家用电器用电时间的比例；分析每户峰电和谷电的用电占比；分析每户网电和区电的用电占比；不同家庭的用电模式分析；不同电器用电量占比分析；不同品牌同一种电器耗电分析。

3数据中心

智慧家庭数据中心系统是一个运行在云平台上的一个独立的系统，是基于物联网的目标考虑的。按照千万级用户接入的目标进行的设计，为智慧家庭用户提供自主管理服务。数据中心的软件的系统布局分为前台管理系统和后台管理系统两大部分。前台管理系统主要面向居民家庭服务，以便捷操作为导向设计，后台管理主要为单位客户和运营中心操作人员服务，以数据安全及系统安全为导向。在日常运营系统中，按照数据挖掘分析进行日间运营、日终处理、月终处理、年终处理等实现不同的数据分析功能。数据中心同时为用户提供了采用各种主流的终端设备访问数据中心或家庭网关的途径。用户通过短信、手机客户端系统、智慧家庭门户网站，了解到诸如月度末的用电清单，阶梯用电限额信息，峰谷电信息或者是供电公司实时限电、停电等信息，这些信息采用主动推送或自助选择服务的方式，由数据中心发给用户。随着智能手机功能不断发展，数据中心还将逐步的拓展彩信、飞信等模式供越来越多的用户使用。

4家庭网关

家庭网关处于智慧家庭智能用电设备和位于小区内的区网控制中心之间。他一方面接收区网控制中心的调度控制命令，一方面安装预设程序负责智慧家庭的管理工作，通过对家庭用电情况的监测、分析和控制服务，实现有序用电管理和能效服务智能化的重要途径，达到家庭智能用电、进行家庭能源管理、实现智慧家庭的目的。家庭网关的主要功能是：实现数据采集，包括智能插座数据采集；家庭环境温度、光照度、燃气浓度、烟雾浓度的数据采集。数据管理和存储，包括家庭网关所采集到的各种信息的保存和处理，用电分析等。用电设备控制，包括近程控制、远程控制、家庭用电模式控制、峰谷电控制和定时控制等。数据通信，包括上行到楼宇集中器、小区区网的上报数据和接受其的指令；下行到智能插座的数据采集指令和控制指令等。数据接收和转发，包括通过Zigbee、Wifi等方式转发用户和其他职能设备发出的数据。家庭网关逻辑架构图如图2．

5智能插座

在物联网时代实现电力网络与智能家电的直接联互通，实现物与物之间的智慧相连，自动互动，推动物联网时代的四网融合。智能插座是未来智能电网实现对单个家用电器进行控制和管理的核心设备。智能插座的主要功能包括：计量显示电压，电流，功率，频率，累计电能等用电信息；提供带保护功能的插座；低于设定功率跳闸保护，定时跳闸功能；节能功能，检测待机通断电；提供带RS485，USB，无线等通讯接口的计量插座。智能插座根据使用的不同层面，分为不同系列的不同型号，在现有插座通电功能的基础上，增加通讯传输和智能控制功能，通过智能插座对各类智能及非智能家用电器的控制与管理。

作者：王伯勇单位：江苏联宏自动化系统工程公司