云边协同多功能智能化家庭能源管理系统技术方案

智能家居系统通过能源管理系统，优化能源消耗。 #生活知识# #科技生活# #科技改变生活# #新能源技术#

本发明专利技术公开了云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，包括：应用模块、平台模块、信算模块、接口模块、设备通讯模块和信息安全模块；平台模块根据对发电设备进行启停、功率控制、控制参数优化操作，对储能系统进行四象限功率控制、模式切换、控制参数优化操作，对电动汽车充电桩进行有序充电、双向充放电模式切换和功率控制操作，对可调控的传统家电和智能家电进行需求侧管理。本发明专利技术通过控制家庭中的各类能源设备和家用电器设备并聚合数据，实现了统一界面中对这些设备的精细化的实时监测、控制及优化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能化信息家电领域，尤其涉及云边协同多功能智能化家庭能源管理系统。

技术介绍

1、随着分布式能源和家庭能源系统的融合以及电动汽车的广泛应用，家庭生活中出现了大量的可再生能源发电设备、智能家电和传感测量装置，如家用光伏储能系统、小型风机、柴油机、电动汽车充电桩、智能空调、智能照明、智能开关、智能电表等。用户在实际应用中，可能面临同时管理和控制多种不同通讯渠道和控制面板的设备。例如，用户可能需要使用光伏系统或小型风机来产生电力，利用充电桩、智能家电、智能开关等调节负荷，提高可再生能源利用率或降低电费，同时还需要通过智能电表、储能系统来管理和控制家庭用电的电网友好性，恶劣气候下可能还会用到负荷预测和离网供电。需要通过搭建软硬件架构来有效的集成和管理这些设备，以及确保这些设备的安全和可靠运行。

2、当前，hems（home energy management system家庭能源管理系统）主要来自于光伏储能系统、智能家居或智能电表的配套软件，当新设备形态不断出现的时候，hems的软件架构出现复杂化的趋势，也产生了一些问题。例如，因为来自于不同设备供应商提供的软件有其监控和调控的侧重点，在生态应用上没有办法打通全部设备，需要经过协议转换再与很多其他渠道的设备进行通讯，所以添加新设备时存在很大的不便。或者，不同厂家受限于对电网和电力电子设备的理解以及设备协议，控制深度只能取决于设备商开放的控制权限，在ms级时间尺度缺乏对实时功率的控制能力。

3、此外，现有技术中，来自于智能家居服务商提供的软件，主要与智

4、现有技术中的能源设备商提供的能源监控软件，主要与光伏储能系统、小风机、智能电表等进行通讯，部分软件具备与充电桩、柴油机的通讯能力；但该类软件一般仅具备通过智能电表监测负载用电的能力，不具备对家庭负载的管理能力，需要通过智能家居软件、智能开关来调控智能家电、传统家电。

5、现有技术中，能源资产运营商形成的hems，该类软件相比于智能家居服务商或能源设备商的软件，可以获取天气、电价等外部数据的输入，实现对可再生能源发电量预测，并根据电价实现负荷的动态调整，例如，在最优时段为电动汽车充电，负荷参与电网的需求响应，在合理范围减少家庭的温度、照明等舒适度内以降低电费；但由于采用统一的标准化软件，缺乏应对不同场景下的线路过载、电压抬升、大负载冲击、非计划性孤岛、信息安全等电网及信息安全方面的新挑战，因此在可再生能源利用率、设备电网有好性、设备转换效率等方面存在不足。

6、现有的hems除了进行能源监控和设备调控外，还需要承担一些信息安全相关的功能。例如，bms采集电池温度、电压、电流等数据后，需要将电池数据上传至云端服务器，这其中存在对嵌入式设备、网络设备、软件应用及主机设备的信息安全规范，需要在一开始就分析现有流程并找出安全漏洞，同时确定应对对策，并在安全设计实施后进行测试与评估。因此，存在由于不断添加新设备而需要不断对其进行修改的问题。

7、此外，现有的hems通常采用zigbee、wi-fi等无线技术进行本地通讯，虽然提供了一种方便的设备连接和管理方式，但这些无线技术面临着可扩展性小、覆盖范围窄以及信号干扰等问题，不适合应用于别墅等大型住宅或复式建筑，因此在欧美市场推广存在缺陷。

技术实现思路

1、针对以上问题，本专利技术提出云边协同多功能智能化家庭能源管理系统。

2、为实现本专利技术的目的，提供云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，包括：应用模块、平台模块、信算模块、接口模块、设备通讯模块和信息安全模块；

3、所述应用模块包括：设备状态管控模块和用户交互界面；

4、所述设备状态管控模块用于实时监测各设备的运行状态数据；所述用户交互界面用于显示所述各设备的运行状态数据；

5、所述平台模块：用于对储能系统进行四象限功率控制、模式切换、控制参数优化操作，对充电桩进行有序充电、双向充放电模式切换和功率控制操作，对能够调控的传统家电和智能家电进行需求侧管理；

6、所述信算模块：作为承载网络设备规范功能的通信终端时，用于将数据直接传输给所述平台模块；承担边缘计算功能时，用于对所述设备通讯模块的数据进行分析；

7、所述接口模块：用于采集电网的运行数据，汇总并得到所述设备通讯模块的数据；

8、所述设备通讯模块：用于收集发电设备、储能系统、充电桩、智能家电和传统家电状态及开关的运行数据；

9、所述信息安全模块包括：主机设备规范模块、软件应用规范模块、网络设备规范模块和嵌入式设备规范模块；

10、所述主机设备规范模块：用于规范显示终端硬件设备；

11、所述软件应用规范模块：用于规范所述信算模块的软件部分、云服务软件以及用户界面的软件；

12、所述网络设备规范模块：用于规范所述信算模块的硬件通讯设备、接口模块的协议转换模块；

13、所述嵌入式设备规范模块：用于规范所述发电设备、储能系统、充电桩、智能家电和传统家电。

14、进一步地，所述接口模块包括：电池管理系统bms、变流器pcs的对外通讯接口、智能开关和物联网iot部件。

15、进一步地，所述设备通讯模块包括：发电设备通讯模块、储能系统通讯模块、充电桩通讯模块、传统家电状态及开关采集模块和智能家电通讯模块。

16、进一步地，所述接口模块采用：有线协议ethernet、有线协议modbus、无线协议zigbee、无线协议wi-fi、无线蓝牙、无线协议z-wave、无线协议lora和无线协议nbiot中的任意一个或者任意多个组合。

17、进一步地，所述信算模块设置在云端服务器或者云边协同的微服务架构上；

18、所述平台模块包括：功能层、建模层和算法层；

19、所述功能层：用于实现监控、记录、管理、交互和报警的功能；所述功能层包括：监控功能模块、记录功能模块、管理功能模块、交互功能模块和报警功能模块；

20、所述建模层：用于针对所述云边协同多功能智能化家庭能源管理系统的功率控制策略和能量调控策略建立优化模型；

21、所述算法层：用于处理和管理算法；所述算法层包括：线性规划算法和非线性规划算法。

22、进一步地，所述建模层建立所述优化模型的过程包括：

23、将采集点和控制点信息上传到信算模块；

24、所述信算模块根据云端定义的通讯模板，将采集点、控制点信息以及本地计算处理得到的有效数据，通过映射或者脚本的处理，关联到设备所属的建模层模型的属性上。

25、进一步地，所述优化模型包括：自建的精细化模型和经过大数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，包括：应用模块、平台模块、信算模块、接口模块、设备通讯模块和信息安全模块；

2.根据权利要求1所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述接口模块包括：电池管理系统BMS、变流器PCS的对外通讯接口、智能开关和物联网IOT部件。

3.根据权利要求2所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述设备通讯模块包括：发电设备通讯模块、储能系统通讯模块、充电桩通讯模块、传统家电状态及开关采集模块和智能家电通讯模块。

4.根据权利要求3所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述接口模块采用：有线协议Ethernet、有线协议Modbus、无线协议ZigBee、无线协议Wi-Fi、无线蓝牙、无线协议Z-wave、无线协议Lora和无线协议NBIOT中的任意一个或者任意多个组合。

5.根据权利要求4所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，>

7.根据权利要求6所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述建模层还包括三个约束：负载约束、用户舒适度约束和其他自定义约束；

...

【技术特征摘要】

1.云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，包括：应用模块、平台模块、信算模块、接口模块、设备通讯模块和信息安全模块；

2.根据权利要求1所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述接口模块包括：电池管理系统bms、变流器pcs的对外通讯接口、智能开关和物联网iot部件。

3.根据权利要求2所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述设备通讯模块包括：发电设备通讯模块、储能系统通讯模块、充电桩通讯模块、传统家电状态及开关采集模块和智能家电通讯模块。

4.根据权利要求3所述的云边协同多功能智能化家庭能源管理系统，其特征在于，所述接口模块采用：有线协议ethernet、有线协议modbus、无线协议zigbee、无线协议wi...

【专利技术属性】
技术研发人员：董孟迪，王元元，汤依水，张正瑜，王国喜，鲍旭东，
申请(专利权)人：江苏为恒智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

网址：云边协同多功能智能化家庭能源管理系统技术方案 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/602211

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