基于物联网技术的智能家用微网系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于物联网技术的智能家用微网系统。本发明专利技术的智能家用微网系统由能源系统及其控制平台组成。能源系统包括光伏电池、斩波模块、储能装置、整流模块和公共连接点(PCC)开关。控制平台包括CPU、存储模块、ZigBee无线组网装置(全能型ZigBee(FFD)主协调器、本地ZigBee万能遥控器、精简型(RFD)ZigBee终端节点)和外围接口，本发明专利技术的智能家用微网系统控制平台还广义地包括云计算后台服务系统。所述智能家用微网结合智能电网、微网和物联网技术，其一大特点是将ZigBee无线技术引入家用微网中，使系统能够灵活组网。本发明专利技术结合峰谷电价制度实现了自发电与电网电力相结合的可靠供电、分布式光伏发电智能调度、储能装置在不同状态下智能充放电、所述系统和电网之间的电力双向流动、电量信息的实时可视化，自动并网离网切换等功能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于物联网技术的智能家用微网系统。本专利技术的智能家用微网系统由能源系统及其控制平台组成。能源系统包括光伏电池、斩波模块、储能装置、整流模块和公共连接点(PCC)开关。控制平台包括CPU、存储模块、ZigBee无线组网装置(全能型ZigBee(FFD)主协调器、本地ZigBee万能遥控器、精简型(RFD)ZigBee终端节点)和外围接口，本专利技术的智能家用微网系统控制平台还广义地包括云计算后台服务系统。所述智能家用微网结合智能电网、微网和物联网技术，其一大特点是将ZigBee无线技术引入家用微网中，使系统能够灵活组网。本专利技术结合峰谷电价制度实现了自发电与电网电力相结合的可靠供电、分布式光伏发电智能调度、储能装置在不同状态下智能充放电、所述系统和电网之间的电力双向流动、电量信息的实时可视化，自动并网离网切换等功能。【专利说明】基于物联网技术的智能家用微网系统
本专利技术涉及一种基于物联网技术的智能家用微网系统，特别是一种基于智能电 网、微网和物联网技术的智能家用微网系统。
技术介绍
分布式光伏发电因其储量巨大、分布范围广、清洁、安全等特点，逐渐被认为是满 足日益增长的电力需求、减少温室气体排放和提高能源综合利用率的一种有效途径。光伏 发电尽管优点突出，但其是典型的间歇性能源，具有能源波动性大的特点。为充分挖掘分布 式能源为电网和用户所带来的价值和效益，学者们提出了微网（Microgrid)的概念。 微网将地域相近的一组能源、储能装置与负荷结合起来进行协调控制，对配电网 表现为单个可控集合，可以与大电网进行能量交换，在大电网发生故障时可独立运行，同时 又能够通过回收利用发电单元的余热满足用户对冷和热的需求。微网有助于分布式发电技 术的大规模推广应用，也有助于减少电网停电带来的危害，提高电力系统的安全性和可靠 性，增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网安全有重大现实意义。 经过近几年的发展与研究，微网技术已有了长足发展。各国研究机构在微网研究 中取得了诸多突破与创新，美国、日本、欧盟、加拿大等发达国家（地区）已经建立了一批微 网示范工程及实验室。微网研究与建设在中国也得到了高度重视，国家科技部863计划、 973计划等已将微网研发项目列入重点资助范围。 根据接入点的不同，光伏微网可分为光伏电站微网和用户侧光伏微网，前者一般 应用于输电网，而后者可应用于380V企业或住宅小区。目前涉及用户侧微网研究仍然较 少，家用太阳能利用主要为太阳能供热，国内家用光伏发电还处于起步阶段。 传统的家用光伏发电系统缺乏与智能家居系统、电力公司、用户之间的友好互动， 不能提供高标准实时的用电信息，无法适应峰谷电价制度；也无法实现与电网之间电能的 双向流动，缺乏必要的用户电力上网技术基础，造成资源浪费；此外，传统的微网中使用有 线通信，灵活性差；没有友好的用户交互界面；自动化程度低；无法适应智能电网背景下的 交互式通信、需求侧管理和实时电价等方面的要求。目前智能家居中的自发电系统也缺乏 实用的研究成果，无法在电网停电或故障中保证智能家居系统的正常运行，可靠性较差，也 没有针对储能装置提出实用的充放电策略。 将微网技术、光伏发电技术与智能家居技术相结合可以有效发挥各自优势，充分 利用广泛分布的太阳能资源，将家用微网作为智能家居的自发电系统，使其能够为用户提 供高效、节能、灵活、可靠的用电环境，协助电网削峰填谷，同时利用智能家居技术对智能家 用微网系统进行实时监控。因此，设计一种智能家用微网系统来实现对家用光伏发电和电 能储存进行智能管理具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是融合先进的电力、通信、控制技术提供一种智能家用微网系统，用 于解决上述不足和缺陷，充分利用太阳能资源，结合峰谷电价制度，实现家居与电网之间的 电量双向流动，提高智能家居中自发电部分的的可扩展性、灵活性、可靠性和易用性。 为达到上述目的，家用微网系统包括能源系统及其控制平台。能源系统包括光伏 电池、斩波模块、储能电池、整流模块和公共连接点（PCC)开关。控制平台包括CPU、存储模 块、ZigBee无线组网装置和外围接口。 本专利技术采用ZigBee无线技术灵活组网，可灵活布局，具有良好的兼容性与扩展 性，便于维护。ZigBee设备用于控制平台与能源系统之间以及用户界面与控制平台之间的 数据传输，主要包括全功能型ZigBee (FFD)主协调器、精简型（RFD) ZigBee终端节点、本地 ZigBee万能遥控器，可用于在控制系统与设备之间发送与接受数据信息和控制信息。系统 利用分布于各重要节点的精简型ZigBee (RFD)终端节点搜集重要设备信息，如光伏电池的 实时发电功率、储能装置电量状态等，同时发送控制信息，如光伏电池 MPPT控制指令，储能 装置充放电指令等。 所述的公共连接点（PCC)开关用于智能家用微网与大电网的连接及开关控制。正 常状态下，所述智能家用微网系统可与电网进行双向电交换，智能电表根据电能交换情况 进行智能计费；在电网发生故障或停电时，公共连接点（PCC)开关在必要时断开，所述系统 进入离网运行状态，依靠自身发电和储能装置供电，维持智能家居正常运行，当电网恢复正 常供电时，系统将自动并网，恢复至并网运行状态。 所述外围接口包括用于同智能电表通讯的RS485接口；用于同终端设备无线通讯 的ZigBee无线通讯接口；用于接入Internet互联网和同家庭网络内其他终端通信的以太 网通讯接口；用于接收手机远程控制的移动通信接口。 所述RS485接口同智能电表通讯，智能电表为智能家用微网提供必要的数据信 息，从而实现系统与电网之间的双向互动。智能电表可接受和发送电网侧和用户侧信息。智 能电表接收电力公司发送的电网侧信息，包括浮动电价（支持实时电价，阶梯电价）、以及 用户感兴趣的电网服务信息（如停电计划信息）等。用户侧信息包括如微网倒送电能统计 数据、电能流向等。为公共连接点（PCC)开关、储能电池等的控制提供必要的依据。智能电 表可计算和结算用户和电网之间的电费信息，为用户送电上网提供必要的技术基础。 所述控制平台，可通过外围接口接受与发送数据。根据自身存储模块存储的数据 及程序做出判断形成控制指令，完成系统的运行控制。主要控制程序有光伏发电控制、储能 控制电池控制、公共连接点（PCC)开关控制等。 所述光伏发电控制包括光伏发电预测、最大功率跟踪（MPPT)等，可统计光伏电池 板发电数据。光伏发电预测统计包含了基于神经网络的光伏发电模型，可基于云端气象信 息和光伏电池特性进行发电量预测，用于计算储能装置充电时间及安排负荷用电；最大功 率跟踪用于对光伏发电进行最大功率跟踪控制。 所述储能控制可根据系统运行状况和自身剩余电量进行充放电控制。系统可结合 本地决策系统以及云后台的计算结果，根据电池使用情况动态调节控制中所用的存储电池 充放电阈值信息（阈值信息包括备用阈值、贮存阈值）及时调整，使储能电池工作在最佳状 态，防止电池过度放电或过度充电。为防止储能装置在不同状态间频繁跳变，其充放电控制 采用了继电特性。 进一步地，根据智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于物联网技术的智能家用微网系统，其特征在于，包括能源系统及其控制平台。能源系统包括光伏电池、斩波模块、储能装置、整流模块和公共连接点(PCC)开关。控制平台包括CPU、存储模块、ZigBee无线组网装置(全能型ZigBee(FFD)主协调器、精简型(RFD)ZigBee终端节点、本地ZigBee万能遥控器)和外围接口，本专利技术的智能家用微网系统控制平台还广义地包括云计算后台服务系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，杨世旺，王扬，裴少通，刘云鹏，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13