基于物联网的用户侧能耗管理系统设计

引言

近年来,随着智能电网和智能家居技术的发展,以及对节能减排要求的不断提高,如何高效利用及合理分配电能已然成为电网领域的研究热点。而处在电网环节末端的用户,其所消耗的电能一直以来在全国总耗电量中占据较大的比重。对此,许多国家陆续展开了家庭能源管理系统的研究,希望推动用户侧从被动参与角色到主动调控角色的转变,最终降低用户侧耗电量。本文设计的能耗管理系统主要实现对家用设备能耗的监测、分析及管理,同时给用户提供节能建议。

1需求分析

用户侧能耗管理系统首先需要获取各家电设备的用电信息,将获取到的信息作为分析的数据来源,再结合实时电价及设备的可控性提出节能建议。以调节设备工作情况对用户能耗需求的影响为基准,常用家电大体可分为可调节和不可调节设备两类,如安防设备、计算机、冰箱、电视机等为不可调节设备,而洗衣机、洗碗机、电动汽车等属于可调节设备[2]。除此之外,还有一些设备如照明、空调等,其可调节性受到环境因素的影响。如晴天自然光照较强,则可通过拉开窗帘引入自然光来降低室内照明设备的能耗:如果是阴天,照明设备的可调节性几乎没有。因此,家庭能耗管理系统还需实时获取环境变量,以实现对家电设备的联合控制。

考虑到不同用户的生活习惯不同,用户侧能耗管理系统还需获得用户的行为特征,如对照明强度、温度、湿度的习惯等,这些可通过预先设置或者根据历史数据分析得到。

2系统设计

2.1架构设计

如图1所示,整个能耗管理系统在架构上分为应用层、中间层和感知层3层。感知层主要为信息传感设备,实现能耗数据及环境数据的获取。虽然目前智能家居逐渐普及,但传统家居还是占多数,对此,可通过智能插座来实现对传统家居能耗数据的采集与控制:中间层主要完成设备与管理系统间的通信,通过建立家庭网关,借助智能插座,实现各智能家居、传统家居与管理系统的链接:应用层即为能耗管理系统,实现对能耗数据的展示、分析及设备的控制。管理系统配备云端服务器来存储数据,同时数据可通过互联网传入APP,实现设备管理的移动化、远程化。

2.2功能设计

能耗管理系统的功能结构如图2所示,整个系统分为三大功能模块,能耗监测、能耗分析和智能控制模块。能耗监测模块包括对各家电设备用电量、使用时间和使用率的监测,以及环境变量的监测,通过监测模块,用户可随时查看设备信息、设备状态、用电情况、环境信息。除此之外,用户还可通过系统获取实时的电价信息及电网公司服务信息等,也可将相关用电信息,如用电量、用电时间等通过系统反馈给电网公司,为电网工作人员制定电价政策提供依据。

能耗分析模块即对监测到的各项数据进行分析,并结合实时电价,以减少总能耗为目标,给出节能建议。如在深夜低电价时给电动汽车充电、洗衣服、洗碗,在用电高峰期,充分利用自然光源降低照明能耗,利用风力资源改善室内温湿度等。当然,考虑到用户的生活习惯,系统在给出节能建议之后,将会征求用户的建议,最终如何执行由用户决定。用户也可将部分操作权限授权给系统,使系统自动完成能耗的调节。

智能控制模块主要完成对各家电设备的操作控制,对于不可调节的设备,直接或通过智能插座控制其启动或关闭:对于可调节的设备,则可调节其工作模式。模式控制不仅包括单个设备的工作模式调整,也包括生活空间整体模式的设置,如最节能模式下,系统将获得对各家电设备的最高控制权,所有设备的调控均优先考虑能耗。

随着智能电网和人工智能的发展,越来越多的智能化、集成化应用进入千家万户。因此,用户侧能耗管理系统留有扩展功能及与其他管理系统通信的接口,方便完善系统功能,提高便民水平。

3结语

本文论述了一种基于物联网用户侧能耗管理系统的设计方案,该系统在能耗管控及改善浪费能耗的习惯方面具有实际意义,通过用户侧能耗的调节,可以帮助拉平负荷曲线,符合智能电网建设的目标。