1、家庭智能用電系統(tǒng)研究及智能控制器開發(fā)家庭智能用電系統(tǒng)研究及智能控制器開發(fā)學生：彭瀟瀟一、簡介二、背景三、家庭智能用電系統(tǒng)四、智能控制器開發(fā)五、實驗簡介1 與傳統(tǒng)用電相比，智能用電強調(diào)用戶的參與，鼓勵用戶與電網(wǎng)之間的信息雙向互動。為了獲取家庭內(nèi)負荷級別的用電信息，加強用戶與電網(wǎng)的雙向互動，對家庭智能用電系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了研究。構(gòu)建了一種新型的家庭智能用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，其由智能電表，智能互動終端，智能控制器，家庭局域網(wǎng)等構(gòu)成。背景2 近年來，隨著智能用電逐步成為研究的熱點，一些研究成果也越來越多的出現(xiàn)。例如，在專利CN102130507A 中提出了一種智能家居系統(tǒng)及能效管理方法，支持將新能源接入智能

2、電網(wǎng)中；有學者提出了基于實時電價的智能用電系統(tǒng)，分析了電價政策對智能用電的影響；總之，智能用電的研究都圍繞一個指導思想，即采用信息化手段，利用價格杠桿，通過互動化策略，調(diào)動電力用戶參與需方響應，實現(xiàn)電力負荷需求的理想化。 本研究側(cè)重于用戶側(cè)， 對家庭智能用電體系進行研究并開發(fā)了適用于家庭智能用電的相關裝置智能控制器。 智能控制器是連接與的中間設備。一方面，它可以實時采集用電設備的電壓、電流、功率、耗電量等用電信息，并將這些信息通過ZigBee 無線網(wǎng)絡傳給互動終端或高級量測體系（AMI），為電力公司提供詳細的用電信息。另一方面， 智能控制器可接收電網(wǎng)側(cè)傳來的電價信息或互動終端發(fā)送的指令， 控制

3、用電設備的運行。這樣，用戶可參與電網(wǎng)的需求響應和雙向互動， 減少電費開支，提高家庭耗能效率。 家庭智能用電系統(tǒng) 3 家庭智能用電系統(tǒng)作為整個智能用電系統(tǒng)中的一部分，所面向的主要對象是用戶側(cè)，系統(tǒng)如右圖所示。家庭智能用電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)最末端與客戶直接聯(lián)系的環(huán)節(jié)，能夠支持分布式能源、電動汽車等系統(tǒng)或設備的接入和計量，家用電器智能控制，綜合家庭能耗監(jiān)測和能源優(yōu)化管理等功能。智能電表智能互動終端家庭局域網(wǎng)絡（HAN） 家庭局域網(wǎng)是 中重要的結(jié)構(gòu)基礎。HAN將智能電能表、智能互動終端和各種可控的用電設備連接起來，組成局域網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)多種能源管理功能。HAN 可采用有線和無線兩種通信方式，相比有線網(wǎng)絡，

4、無線網(wǎng)絡安裝維護更為簡便可靠。本文采用的短距離無線通信技術(shù)是，其是一種新型的它是基于 IEEE 802.15.4 無線標準研制開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的通信技術(shù)。由于 ZigBee 技術(shù)具有低功耗、低成本和支持網(wǎng)絡節(jié)點多的優(yōu)勢，因此家庭智能用電系統(tǒng)中多采用 ZigBee 無線技術(shù)構(gòu)建 HAN。 智能控制器 智能控制器開發(fā)4： ADE7763 將輸入的電壓、電流信號通過各自的模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號后，進行相乘，計算出瞬時功率 p(t)，再通過低通濾波器 LPF2 后，得到有功功率P，利用功率偏差校準寄存器 APOS 的值對有功功率進行校準，放入采樣波形數(shù)據(jù)寄存器中，然后對采樣波形數(shù)據(jù)寄

5、存器的值進行累加，將功率累加值（電能值）存放在電能寄存器 AENERGY 中最終，主要完成以下任務： 上電時，對 ADE7763 進行初始化設置，使其精確測量。讀取 ADE7763 的電能數(shù)據(jù)并存儲 向 LCD 輸出數(shù)據(jù)，控制 LCD 屏顯示。通過 UART 接口及外接 RS485 收發(fā)器與 ZigBee 模塊進行串口通信，獲取 ZigBee 模塊從互動終端接收的控制命令并執(zhí)行，將響應信息通過 ZigBee 返回給互動終端。根據(jù)接收命令控制繼電器通斷，進而控制電器設備的運行。 智能控制器的軟件設計主要由，和組成。主程序運行過程如下： 智能控制器上電，對定時器，ADE7763，LCD 等進行初始

6、化操作。設置并使能串口和定時器中斷。周期性地從計量芯片 ADE7763 中讀取數(shù)據(jù)并計算各電量實際值，將各電量信息顯示在 LCD 屏上。 等待UART端口接收數(shù)據(jù)和消息幀，多個字符數(shù)據(jù)組成一個消息幀，如果一條消息接收完成執(zhí)行下一步，否則，返回到。 對接收的消息幀進行校驗，如校驗正確則執(zhí)行相應命令，并產(chǎn)生響應信息返回到互動終端；否則返回到，依次循環(huán)執(zhí)行。包含。串口接收中斷用于將接收到的字符數(shù)據(jù)緩存到接收寄存器中，定時器中斷用于判斷一條消息幀接收完畢。當有新數(shù)據(jù)接收，則轉(zhuǎn)入串口接收中斷子程序，緩存接收的數(shù)據(jù)并計數(shù)，刷新啟動定時器計時。當定時器達到預定時間，響應定時器中斷，消息幀接收標志位置 1，計

7、數(shù)器清零，關閉定時器，這時一個消息幀接收完成，進行下一步操作。 主要是實現(xiàn)以下功能：讀取電量信息、電器工作狀態(tài)，控制繼電器通斷，產(chǎn)生遵循 ModBus-Rtu 數(shù)據(jù)幀格式的響應信息并發(fā)送。依照 ModBus-Rtu 通訊規(guī)約，執(zhí)行程序中所用部分功能碼定義如表所示。命令執(zhí)行前，先判定接收消息中的功能碼值，根據(jù)功能碼定義，調(diào)用并執(zhí)行相應的功能子函數(shù)，創(chuàng)建響應信息并傳給互動終端。實驗5 智能用電強調(diào)用戶的參與，鼓勵電網(wǎng)與用戶的雙向互動，峰谷電價、實時電價等措施的實施可使用戶更積極的參與電力需求響應，在電網(wǎng)高峰時實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)移。 在此模型基礎上，建立了一套演示系統(tǒng)來模擬家庭智能用電并測驗智能控制器的功能，如圖所示。演示系統(tǒng)由一個智能控制器、一臺飲水機、一臺模擬互動終端的 PC 和一個與 PC 連接的 ZigBee 通訊模塊組成。智能控制器實時采集飲水機的用電信息、運行狀態(tài)并可控制其