基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统的制作方法

1.本发明涉及能源互联网技术领域，特别涉及一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统。


背景技术：

2.随着户用光伏及电动汽车渗透率的不断增加,使电力系统的运行特性发生了显著变化,系统转动惯量持续下降,调频、调压能力不足。大量用户试图通过安装户用光伏实现自身能源的自发自用,并将多余发电量向电网馈送。然而受到太阳辐照强度、温度、云层等因素影响,户用光伏发电量具有间歇性、波动性,叠加频繁变化的用户负荷,导致光伏发电资源与用户用电需求呈现出时空不匹配特性,从运行实际看,满足电网高峰负荷需要的主要仍是常规电源,电动汽车等大功率负荷的随机使用反而增大了用户节点的功率波动,导致节点电压明显波动甚至越限。
3.能源需求的不断增长以及节能减排压力的不断上升,推动了户用光伏与电动汽车技术的研究和发展。我国低压配电网中,并网户用光伏与电动汽车的数量及容量均呈现快速增长态势,但现有的传统电网结构不足以进行大规模消纳。一方面,由于光伏电源随机、波动等不确定特性,导致用户节点电压日夜差距明显,另一方面,电动汽车的大规模随机充电,容易导致其接入节点用户负荷峰谷差异更加明显,容易造成电网电压越限问题更加严重。因此,为了解决这类问题,实现户用光伏和电动汽车的友好接入,需要能源路由器的投入使用。
4.社区分布式能源发电普及度越来越高，现有家庭会配备低碳自行车以达到锻炼身体的目的，但此自行车仅为空转，浪费由人体的生物智能所转化的机械能；风力发电在我国边疆及风力能源充沛的地区大力发展，但由城市特殊形式所导致的风洞效应一直被认为是需要去除的，但结合目前已有城乡规划我们认为可以利用此效应在此基础上加装小型立式风力发电机，使得有相应，如何实现社区能源互联和能源管理，直接影响到社区光伏、风电、人力发电等分布式能源的消纳、电能的高效变换的高效利用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，包括家庭能源供电单元、家庭能源路由器、家庭能量终端、能源管理与控制中心；所述家庭能源路由器的输入端与家庭能源供电单元电性连接，其中家庭能源路由器的输出端与家庭能量终端连接；所述家庭能源路由器为能量优化控制管理中心，其中家庭能源路由器用于协调家庭能源供电单元的能量比例；所述家庭能量终端用于接收经家庭能源路由器协调后的所述家庭能源供电单元提供的电能；所述家庭能源路由器与能源管理与控制中心连接，其中能源管理与控制中心利
用tcp/ip协议将家庭能源路由器接入互联网。
8.优选地，所述家庭能源路由器包括电能管理单元和电力变换模块，其中电力变换模块的输入端与家庭能源供电单元电性连接，该电力变换模块的输出端与电能管理单元连接；所述电能管理单元包括控制模块、用能监控模块和信息存储模块，其中控制模块与电力变换模块连接，该控制模块根据电力变换模块输送的信号控制其它模块工作；所述用能监控模块与电力变换模块连接，其中用能监控模块用于实时监控家庭能源供电单元的电压、电流、功率参数，采集分析电路中的电能参数和数字信号；所述信息存储模块用于对用能监控模块采集的数据进行实时存储。
9.优选地，所述家庭能源供电单元包括风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车，其中风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车分别与电力变换模块的输入端连接。
10.优选地，所述电力变换模块用于将风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车的电能输入/输出中的交直流变换、升降压变换、电能质量调节，将电网与用户互联。
11.优选地，所述家庭能量终端包括电器和储电单元，其中电器和储电单元分别与电能管理单元连接；所述储能单元包括蓄电池和超级电容，通过蓄电池和超级电容对家庭能源供电单元提供的电能进行存储。
12.优选地，所述电力变换模块包括与市电连接的隔离型双向ac/dc模块，与交流用电设备连接的单向dc/ac模块；所述电力变换模块包括与风力发电机连接的单向ac/dc模块，与光伏百叶窗连接的单向dc/dc模块，与健身发电自行车和抖腿发电椅连接的单向ac/dc模块，与电动汽车连接的双向dc/dc模块。
13.优选地，所述电力变换模块还包括与直流用电器连接的单向dc/dc模块和与储电单元连接的三端口dc/dc模块。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过家庭能源路由器实现了对风能、光能和人力等多种能源就地统筹管理和协调调度，根据对光伏、风力和人力发电出力和用能情况进行实时监测，将人类对低碳自行车所做的机械功转化为电能并网利用，缓解家庭电网压力；利用cfd辅助建筑布局，在已有基础上在风速大的墙面安装立式风力发电机，最大限度利用城市优势回收部分风能，将其转化为电能，并入电网；在满足用能需求的条件下优化管理社区的用能设备、储能设备、社区能源互联网络的能源交易，充分就地消纳了可再生能源风能、太阳能和绿色健身房发出的电能，避免了分布式能源并网给电力网络带来的不利影响，大大降低了社区及家庭的用能成本，打造的节能环保的居住环境，提升了家居环境的舒适感。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；
16.图2是本发明家庭能源路由器拓扑结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
18.请结合参见图1、图2，一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，包括家庭能源供电单元、家庭能源路由器、家庭能量终端、能源管理与控制中心；所述家庭能源路由器的输入端与家庭能源供电单元电性连接，其中家庭能源路由器的输出端与家庭能量终端连接；所述家庭能源路由器为能量优化控制管理中心，其中家庭能源路由器用于协调家庭能源供电单元的能量比例；所述家庭能量终端用于接收经家庭能源路由器协调后的所述家庭能源供电单元提供的电能；所述家庭能源路由器与能源管理与控制中心连接，其中能源管理与控制中心利用tcp/ip协议将家庭能源路由器接入互联网，实现用户端云平台与家庭能源路由器的信息交互。
19.具体的，家庭能源路由器包括电能管理单元和电力变换模块，其中电力变换模块的输入端与家庭能源供电单元电性连接，该电力变换模块的输出端与电能管理单元连接；所述电能管理单元包括控制模块、用能监控模块和信息存储模块，其中控制模块与电力变换模块连接，该控制模块根据电力变换模块输送的信号控制其它模块工作；所述用能监控模块与电力变换模块连接，其中用能监控模块用于实时监控家庭能源供电单元的电压、电流、功率参数，采集分析电路中的电能参数和数字信号；所述信息存储模块用于对用能监控模块采集的数据进行实时存储。
20.家庭能源供电单元的电能来自配电网和光伏发电、风力发电和人力发电等，电能由配电网和光伏发电、风力发电和人力发电装置协调供给。当光伏发电、风力发电和人力发电产生的电能充足时，家庭能量终端内电器所需电能则由家庭能源供电单元的发电装置提供，多余的能量则储存在储电单元中。在阴雨天或光照强度不足的条件下，电器所需电能则由配电网、光伏发电、风力发电和人力发电装置以及储电单元共同提供，主要由配电网供给电能，所述光伏发电、风力发电和人力发电装置与储电单元配合密切，利用储电单元可以使光伏发电、风力发电和人力发电装置输出功率的波动性得到极大的平缓控制。
21.电力变换模块可以实现电能与电能间直接变换，用于稳定光伏发电、风力发电和人力发电的输出功率，特别地对于光伏发电则把太阳能电池组件的宽范围直流输出电压转换为稳定的直流母线电压，还可以根据电器负载性质如直流负载或交流负载对配电网进行电能参数变换和电能质量统一管理。用能监控模块实时监测家庭能源供电单元发电量、家庭能量终端电器负载运行状态、储电单元状态等，实现电力流网络共享和信息交互，响应家庭能量终端的能量需求，支撑智能家居能量管理系统安全、稳定运行。
22.具体的，家庭能源供电单元包括风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车，其中风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车分别与电力变换模块的输入端连接。健身发电自行车和抖腿发电椅是一种绿色健身设备，通过在健身设备上安装发电装置，通过人力做功产生电能的分布式能源。电力变换模块用于将风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车的电能输入/输出中的交直流变换、升降压变换、电能质量调节，将电网与用户互联。风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅工作则是间歇性的，根据光伏、风电和人力发电的预测模型对每个家庭分布式能源发电日前出力进行预测；根据家庭发电出力的预测数据及用能情况预测，基于能源路由器的社区能源协调调度模型进行能源预调度，制定调度计划并推送给用户端，对储能设备充放电时间、家用电器用电时间和电动汽车充电时间进行优化，并根据能源路由器采集到的实际发电出力情况对用能计划通过社区能源协调调度模型进行修正，实
现社区用能成本最低。
23.具体的，家庭能量终端包括电器和储电单元，其中电器和储电单元分别与电能管理单元连接，电器包括空调、电热水器、电视机、洗衣机、冰箱、电灯、计算机等；所述储能单元包括蓄电池和超级电容，通过蓄电池和超级电容对家庭能源供电单元提供的电能进行存储。
24.具体的，电力变换模块包括与市电连接的隔离型双向ac/dc模块，与交流用电设备连接的单向dc/ac模块；所述电力变换模块包括与风力发电机连接的单向ac/dc模块，与光伏百叶窗连接的单向dc/dc模块，与健身发电自行车和抖腿发电椅连接的单向ac/dc模块，与电动汽车连接的双向dc/dc模块。电力变换模块还包括与直流用电器连接的单向dc/dc模块和与储电单元连接的三端口dc/dc模块；所述隔离型双向ac/dc模块、单向dc/ac模块、单向dc/dc模块、双向dc/dc模块、三端口dc/dc模块均连接到360v直流母线上，其中连接节点处设置功率网络，功率网络对线路有功功率、无功功率、电压电流有效值、功率因数、相角和频率进行采集和计算。
25.家庭能源路由器接入的能源种类和负载种类多样,运行工况较为复杂,对电能质量的要求也比较高,因此对双向ac/dc变换器的硬件电路与控制策略都有很高的要求,这也是家庭能源路由器系统维持稳定运行、实现能量路由的保证。研究面向能源路由器的双向ac/dc变换器的硬件实现方式、不同工作状态下的控制策略、功率解耦技术以及双向ac/dc变换器在能源路由器中的协调运行,对于能源路由器平台的稳定运行和能量路由算法的实现以及能源互联网理论的完善都具有非常重要的意义。
26.综上所述：本发明通过家庭能源路由器实现了对风能、光能和人力等多种能源就地统筹管理和协调调度，根据对光伏、风力和人力发电出力和用能情况进行实时监测，将人类对低碳自行车所做的机械功转化为电能并网利用，缓解家庭电网压力；利用cfd辅助建筑布局，在已有基础上在风速大的墙面安装立式风力发电机，最大限度利用城市优势回收部分风能，将其转化为电能，并入电网；在满足用能需求的条件下优化管理社区的用能设备、储能设备、社区能源互联网络的能源交易，充分就地消纳了可再生能源风能、太阳能和绿色健身房发出的电能，避免了分布式能源并网给电力网络带来的不利影响，使家庭用户有效地利用可再生能源，大大减小了家庭用户对配电网的依赖，在实现节能减排和降低用户的能源消耗和用能费用支出等方面具有重要的现实意义。
27.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，包括家庭能源供电单元、家庭能源路由器、家庭能量终端、能源管理与控制中心；所述家庭能源路由器的输入端与家庭能源供电单元电性连接，其中家庭能源路由器的输出端与家庭能量终端连接；其特征在于，所述家庭能源路由器为能量优化控制管理中心，其中家庭能源路由器用于协调家庭能源供电单元的能量比例；所述家庭能量终端用于接收经家庭能源路由器协调后的所述家庭能源供电单元提供的电能；所述家庭能源路由器与能源管理与控制中心连接，其中能源管理与控制中心利用tcp/ip协议将家庭能源路由器接入互联网。2.根据权利要求1所述的一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，其特征在于，所述家庭能源路由器包括电能管理单元和电力变换模块，其中电力变换模块的输入端与家庭能源供电单元电性连接，该电力变换模块的输出端与电能管理单元连接。3.根据权利要求2所述的一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，其特征在于，所述电能管理单元包括控制模块、用能监控模块和信息存储模块，其中控制模块与电力变换模块连接，该控制模块根据电力变换模块输送的信号控制其它模块工作；所述用能监控模块与电力变换模块连接，其中用能监控模块用于实时监控家庭能源供电单元的电压、电流、功率参数，采集分析电路中的电能参数和数字信号；所述信息存储模块用于对用能监控模块采集的数据进行实时存储。4.根据权利要求1所述的一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，其特征在于，所述家庭能源供电单元包括风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车，其中风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车分别与电力变换模块的输入端连接。5.根据权利要求4所述的一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，其特征在于，所述电力变换模块用于将风力发电机、光伏百叶窗、健身发电自行车、抖腿发电椅、电动汽车的电能输入/输出中的交直流变换、升降压变换、电能质量调节，将电网与用户互联。6.根据权利要求1所述的一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，其特征在于，所述家庭能量终端包括电器和储电单元，其中电器和储电单元分别与电能管理单元连接；所述储能单元包括蓄电池和超级电容，通过蓄电池和超级电容对家庭能源供电单元提供的电能进行存储。

技术总结
本发明公开了一种基于能源路由器的智能交互家居综合调度系统，包括家庭能源供电单元、家庭能源路由器、家庭能量终端、能源管理与控制中心；所述家庭能源路由器的输入端与家庭能源供电单元电性连接，其中家庭能源路由器的输出端与家庭能量终端连接；所述家庭能源路由器与能源管理与控制中心连接。本发明通过家庭能源路由器实现了对风能、光能和人力等多种能源就地统筹管理和协调调度，根据对光伏、风力和人力发电出力和用能情况进行实时监测，在满足用能需求的条件下优化管理社区的用能设备、储能设备，充分就地消纳了可再生能源风能、太阳能和人力发电发出的电能，降低了家庭的用能成本，打造的节能环保的居住环境，提升了家居环境的舒适感。环境的舒适感。环境的舒适感。


技术研发人员：谢天睿 胡芸蓉 何佳琦 张嘉旭
受保护的技术使用者：谢天睿 张嘉旭 胡芸蓉
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/20