智能电网智能家居

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1、智能家居可再生能源管理系统摘要： 智能电网一个主要的属性的是在消费前提下把可再生能源资源和存储, 本文介绍了 设计、实现和测试的嵌入式系统,可将太阳能和存储能源资源的智能家居。该系统提供和管 理一个安装可再生能源的智能住宅能源要求; 调度和安排功率流在繁忙和非繁忙时期.此外, 双向通信协议是进化为使住房所有者和公用事业部门更好地优化能量流和消费效率。提出了 精确设计、实现和测试的系统原型,并使用受控负载银行来模拟相随机的房子消费行为。测 试了三种不同的场景，并报道了结果。1. 介绍职能家居管理系统，一个让家庭与能源提供者之间交换命令以达到优化能源消耗的系 统。这种能源股东之间的合作可以减少消费

2、者的电费账单，电力公共事业单位也可以更好地 管理高峰负荷。智能电网是一种新兴研发的概念，集成了传统电网与最近开发的信息和通讯 技术来提高发电、变电，输电与消耗系统的工作效率。智能电网的一个关键特性是基于消费 方面的能源回收与存储的集成。另一个关键特性是能够使消费者和团体相互沟通，共同承担 管理功率流和消耗的责任。本文介绍的家庭能源管理系统设计, 集成了传统电网和可再生能 源即太阳能和能源存储的电力资源。基于公共设备与户主中间的通信，根据房子的需要，用 一个单片机来复用给房子供电的三种电源。通信协议,能量流,需求与回应和计费系统的硬件 和软件都需要我们开发一个家用和公共服务器。家庭网关(H-Ga

3、teway)是一个在消费者的前 提下结合GSM调制解调器的嵌入式系统单片机。该公共服务器(U-Server)是一种高端个人电 脑，它安装在公用事业公司总部。消费者和单位可以利用基于GSM调制解调器的相互通信管 理能源遵循和能耗。图 1。显示了系统概念模型。thrauehiMblUMobtlB汛 Hone v|图 1 所提出的系统概念模型2. 系统需求系统的功能和非功能性需求描述。设计并优化一个硬件和软件架构,必须满足下列条件:2.1 系统需求系统的功能要求如下: 一个双向的沟通渠道必须建立在使用GSM调制解调器的H-Gateway和U-Server之间。 利用所建立的通道,H-Gateway必

4、须能够从U-Serve得到第二天的预测峰值间隔。 在单片机需要通过变压器测量仪表存储功耗的读数。 基于峰值的间隔，在单片机必须采取适当的选择,来供应、使用和控制替代能源。 已存储的能量消耗读数必须从H-Gateway发出，并存储在UServer数据库里 U-Server方面的软件必须运行24/7来分析通过GSM调制解调器接收到的读数，并把它 们存储在相应的数据库。 U-Server 方面必须要建立一个提供一个接口为家庭用户查看他们的电力消费行为的网 站。 利用短信可以增加额外的服务来控制家庭电力的负载。2.2 非功能性需求:系统的非功能需求是把更多注意力集中在可靠性和系统的可维护性。而且，提供

5、的服务的外观和感觉，比如网站，要用户友好并可让所有的用户都可以访问。最后，从web服务器 上加载web页面要快;因此托管网站在一个附近位置。3. 提出的系统硬件体系结构基于系统的要求，提出了系统硬件应该有两个基本构建模块即H-Gateway和U-Server。 图2 显示了这个系统的硬件体系结构。图 2. 提出的系统硬件体系结构H-Gateway 块由太阳能电池、电荷转换器、电池、 DC / AC 逆变器、能源仪表和 GSM 调制解调器组成。图3 显示的是实际的系统硬件的细节图。1E arreiy ChaigerjCurrent Tran s 丘irm亡 1:3Luvenei4JBattery

6、-ChirgexMicrccoutrdler71Load BankSSofar Pan elPjG&M Modem图 3 实验装置房子的动力来自两个来源即电网和太阳能电池。太阳能电池能源会被储存在电池里,然 后转换成交流电。阳光明媚时太阳能电池给蓄电池充电，如果有需要，电网也可以在非用电 高峰时给蓄电池充电。备用电源和电网电力场景收取和切换将在下一个章节讨论。GSM调制 解调器是用来提供 U-Server 和户主之间的通信。它利用移动电话服务提供商管理的公众移 动网络。U-Server模块位于电力公司总部，这是一个联网的高端个人电脑。主机拥有成熟能 源管理系统软件。公用事业家庭及个人业主允许通

7、过万维网和移动公共网络访问服务器和 H-Gateway。每个用户有已经注册的用户名、密码和权限等级。服务器软件操作将在后面的 小节中描述。图2 显示了系统硬件布局。4. 提出的系统软件模型该系统软件分为三个主要功能:能流控制、沟通和服务模块。下面是每个部分简短的描述:4.1 能流控制模块这个模块包括三个函数。这是安装在家里的 H-Gateway 控制器里。 Random_Behaviour ()函数:它赋予负载一些随机的行为，模拟房子里的负载。 Get_Power()函数:它读取当前数据的计算出功率，得出能源消耗。 Switch_Source()函数:根据高峰时间将负载连接到电网或替代能源上。

8、4.2 通信模块这个模块的主要功能是为用户和供电单位即H-Gateway和UServer之间提供通信。 它是用来交换消息和推荐更好的优化家里的能源消耗。下面是每个函数一个简短的描述Connect_GSM()函数:使用GSM调制解调器在H-Gateways和UServer之间建立一个双向通信。Send_Peak_Hours()函数：把U-Server数据库里的峰值时间通过GSM调制解调器发送到 H-Gateway。Receive_Peak_Hours()函数:接收U-Server来的峰值时间，并为了控制目的把它们存储在单 片机里。Send_Consumptions(int消费)函数:将电力消耗做

9、成一个含有24个元素的整数数组，并发 送，数组的每个元素代表24小时中的一个小时。4.3 U-Service 模块这个模块是成熟的并存储在U-Sever里。以下是这个模块简短的描述： Store_Readings(int消费)函数:将数据存储在U-Server相应数据库的记录里。 Display_Consump tion ()函数:显示在网站用户的能源消耗。 Create_User()函数:创建一个用户并将他/她的信息存储在数据库中。 SMS_Con tr ol():通过短信控制家庭电力负载。5 能流场景消费者与供电单位之间的通信决定的系统一系列的动作。如图4所示，以下的序列动 作可以进行更好

10、的管理和优化电力功耗: 首先使用GSM调制解调器建立H-Gateway和U-Server之间的通信。 然后，单片机将接收次日预测的用电高峰时间，从而选择适当的电源。同时,U-Server将 更新每一天数据库的高峰时间， 并将这些值发送到所有客户的 H-Gateways。 之后， 基于接受的的峰值时间，单片机将做出决策， 选择电网供电、备用电源供电，还 是同时供电。它还将决定何时给电池充电、何时使用电池供电。 单片机获取并存储电力消耗数据。24小时后，这些数值将被送到U-Server，数据被分 析后，会存储在数据库的正确的记录里。对于提供给客户的服务，客户将能够从网上够检索他们的账单和消费情况。

11、消费者消费 情况通过不同类型的图表呈现，以使消费者得到更多的信息，从而管理他们的电力消费。户 主也可以通过短信控制家里的特定负载。H-Gateway接收到消息后对之进行整理并开启或关 闭相应的负载。图4显示了这个系统的序列图。Micro Con broiler1 Connect7: Gl Ccnsurrnlion10: Login Website AccourftntLoads fHd出-的BiEtaihiiriiHWHiaCiwiMlIvLAdiri4auM)| Fhw*w l.iiuiw i：空itfWt I!: S end PO-yw r Gonsumptl q i417: Fomard

12、 Conkol Command 帕：Turn CnJOFthe Sp戟Iftad L&adHarrs User12Rq quasi Sill11： Saod irta ir-,13: Forward Bi I Request14: R即丹vdh曰II In简15:占mid 目 llingi InfoK: Contml b Spedfltd Loaxl4: Foirward Pe ak HoursPower Sourc rGrWAIig6: Supply PartrerStnd Peak Hous3： Com&d5:Io AppepriartE Soute图 4 序列图的系统6 实现和测试在这项

13、研究中, 澳洲能源需求间隔的价格模型的已更新。定价区间出现分/千瓦时的相应价 格模型如表1 所示。该系统运行三个不同的随机消费行为和一个固定的定价区间，图5 - 7显示的是负载应用系 统之前和之后的家庭电力消费的时间扩展仿真。蓝条显示房屋使用系统之前的需求曲线,而 黄色条显示房屋使用该系统时的需求曲线。每个图的定价是基于表1。按之前所述，采用澳洲能源高峰时间间隔的价格模型，定价采用 澳元作为标准。下面的累积分布函数(CDF)的数据(图8 - 10)对应于之前的仿真负荷曲线。 从图 8 - 1 0,可以明显的看出消费者的账单明显下降了33.5%、35.7%、32.23% 。表 1 定价区间Tim

14、eRate in cents.-IcWTiPeak (2pm - Spin)40.04Shoulder (7am to 2pm and 8pm to lOpm)14.85Off-peak (al other times)8.36Latent Twrfl Day3 Consumption图 5 第一个模型4.50-2.SD-1 U=EE5H一一3.50-Latest Two Days Con sumptionL-Time (in HourE)20 22图6 第二个模型Latest Two Days ConsumptionTime (in Hours)图7 第三个模型I 2 3 4 5 6 M 9 I 0 J U 2 1J 1J 13 14 I m 19 2023 2424 hvurw5 # w$ o2 2 11HEW图 8 第一个模型图表 CDF 定价24 houiN5 0 5 0 5 03 s .1 Im=&=口匚T-uasAfteiI 235 6 7 9 0U 11 UN 15 IA H IV2II21 22 2J2J图9第一个模型图表CDF定价024 kvur图10第一个模型图表CDF定价7 结论可再生能源资源集成了公共电网,从而可以更好地管