一种智能能量光伏管理系统的制作方法

本发明属于光伏智能控制技术领域，具体涉及一种智能能量光伏管理系统。

背景技术：

太阳能是一种可再生清洁能源，随着国内外对清洁能源的重视和能源结构调整等利好因素而越来越受到欢迎。因此，光伏产业有着良好的发展前景，尤其是分布式光伏系统，可以因地制宜地利用太阳能。随着光伏产业的发展，光伏系统的形态和组网模式进一步多样化，有很多问题亟待解决，智能化、可靠性、安全性需求都大幅提高。

光伏数据采集器是满足这些需求的解决方案。然而，当前国内市场上的光伏数据采集器产品采集数据来源单一，主要以采集逆变器数据为主，并没有做到组件级的数据采集和监控，同时一般光伏系统的并网箱中会有进入家庭的总电线，所以在采集光伏发电数据的同时，采集用户用电端的数据，并同时进行相应规划分析，提供给用户相应用电省电建议，是一举多得的事情。例如湖北大学的专利中的光伏数据采集器(公开号cn205003540u)，仅能够采集多台逆变器数据，但无法采集到每个光伏组件的数据。因此如何在采集逆变器和光伏组件数据的同时，采集客户的用电信息，以提高光伏系统的安全性，可靠性，易用性，提供给客户更直观的能源使用体验，是目前需要研究的课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能能量光伏管理系统，可以采集用电端和发电端的数据信息，提供给客户直观的能源使用体验。

本发明的技术方案为：一种智能能量光伏管理系统，包括用于将光能转换为电能的光伏组件以及用于将光伏组件产生的直流电转换为交流电的逆变器，还包括：

能量管理器，所述光伏组件和逆变器受控于能量管理器，所述能量管理器与光伏组件以及逆变器协议连接且可采集光伏组件以及逆变器的运行数据信息，

智能家居，受控于所述能量管理器，

用电端数据采集器，用于采集智能家居用电情况的数据信息，并将采集的用电情况的数据信息输送至能量管理器，

云平台，与能量管理器网络连接，

移动终端，与云平台网络通信连接；

所述能量管理器对光伏组件、用电端数据采集器以及逆变器上报的数据信息分别进行协议解码之后发送至所述云平台，所述云平台将接收的数据信息推送至移动终端；

所述移动终端可下发用于控制光伏组件、逆变器和/或智能家居的控制指令至能量管理器，所述能量管理器根据接收的控制指令对所述光伏组件、智能家居和/或逆变器发送相应的控制信号。

本发明中光伏组件、逆变器以及用电端数据采集器采集的数据均可发送至能量管理器，能量管理器可以根据不同的使用场所，采用不同的通信连接方式与云平台进行通信连接，例如可以通过gprs模块、wifi模块或4g模块连接，可以通过现有技术自定义通讯协议进行相互通讯，云平台接收能量管理器发送的数据信息之后，经由大数据分析之后，将分析结果推送反馈至移动终端，移动终端上可以设置对应的app，经由app进行相关数据的呈现及优化建议，即可使得用户可以通过移动终端远程了解用电情况，若遇到特定情况，例如优化建议为需关断设备、有系统危险或需要维修整改情况时，用户可以通过移动终端及时对光伏组件、逆变器以及智能家居等下发控制指令，以实现对光伏组件、逆变器以及智能家居的调控，若遇到高危险情况时，例如光伏组件温度过高时，可由能量管理器进行关断，并向云平台以及移动终端发出报警信号。

本发明中能量管理器可以通过与用电端数据采集器双向通信，将采样到的智能家居用电端总线信息存储在能量管理器的存储芯片中，采集的数据信息，例如其中可以包含了每秒的家庭总体电压、电流、总体负荷及频率等数据信息，根据南方电网科学院的《用于nilm的电器设备谐波特征研究》等相关文献中资料可以得知，利用非侵入式负荷检测技术，可以自动分析出家庭用电情况，提供给用户对自身用电情况，更加详细的了解。家中常用电器大致可以分为两大类：

1、阻性家用电器，功率因素可近似为1，如电暖炉、电饭煲等；

2、非阻性电器，其功率因素明显小于1，如洗衣机、电冰箱等。

采用现有的nilm方法对用电端情况进行智能分析，首先初始化模型输入，在初始化模型中包括有功、无功及其他参数信息，再通过采集用电端用电情况信息，将采集的数据与模型中的参数进行对比，找出变量，然后将数据及初步分析结果发送至云平台，经由云平台推送至移动终端的app上。

智能化得出家庭用电情况：例如本发明通过对于家庭总线的数据采集，对相应数据通过边缘计算分析运算，从而来显示在用户端，告知用户哪些电器设备正在接通中，不同电器设备耗电量统计等等。

本发明中能量管理器的结构形式有多种，作为优选，所述能量管理器包括mcu模块、无线通信模块、电源模块以及存储芯片。

作为优选，所述无线通信模块包括bluetooth模块、gprs模块、wifi模块、nb-iot模块、zigbee模块以及4g模块中的至少一种。

本发明中能量管理器既采集发电端数据采集以及用电端数据采集的指挥中心，其通过无线的方式搜集发电端及用电端的采样数据，并存储于本地，cpu经过初步筛选分析，将有效信息通过wifi/gprs/4g等方式发送至云平台，云平台通过大数据计算分析，将有效信息展现在用户的手机app上，同时，通过nilm的算法模型，对家居用电情况进行比对分析，提供给客户最准确的用电信息。

作为优选，所述用电端数据采集器与所述能量管理器之间通过zigbee模块进行信号连接。

作为优选，所述能量管理器还包括spiflash、与逆变器连接的485/232通讯接口、外部看门狗、用于统计时间的时钟芯片以及用于显示状态的状态指示灯。

作为优选，所述光伏组件与所述能量管理器之间通过zigbee模块进行信号连接。

作为优选，所述用电端数据采集器包括电压采集器、电流采集器以及频率采集器中的至少一种。

作为优选，所述移动终端为手机或平板电脑。

作为优选，所述mcu模块采用cortex-m3内核。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明可以同时采集发电端及用电端的数据，即能源的产生和试用两方面的数据，直观提供给消费者在发电端同时监控逆变器及光伏组件的信息，同时提供智能控制功能通过nilm的模型及边缘计算，能量管理器将主动分析用户用电习惯，结合云平台的数据分析提供给用户，及时优化的能源使用体验。本发明可在能量管理器的基础上，扩充其他智能设备，例如智能插座等，实现家庭整体控制优化，单独安装能量管理器的用户，可以通过app了解自身用电习惯及优化方案。

附图说明

图1为本发明的系统架构示意图。

图2为本发明用电端、发电端及能源管理器整体系统架构图。

图3为本发明中数据信息流通交互图。

图4为本发明中nilm基础算法模型及判别流程示意图。

图5为能量管理器的结构示意图。

图6为现有技术中nilm方法的分析流程图。

图7为现有技术中阻性家用电器的有功功率以及无功功率随时间变化的示意图。

图8为现有技术中非阻性电器的有功功率以及无功功率随时间变化的示意图。

具体实施方式

如图1～图3所示，本发明包括用于将光能转换为电能的光伏组件8以及用于将光伏组件8产生的直流电转换为交流电的逆变器9，还包括：

能量管理器1，光伏组件8和逆变器9受控于能量管理器1，能量管理器1与光伏组件8以及逆变器9协议连接且可采集光伏组件8以及逆变器9的运行数据信息，

智能家居2，受控于能量管理器1，

用电端数据采集器3，用于采集智能家居2用电情况的数据信息，并将采集的用电情况的数据信息输送至能量管理器1，

云平台4，与能量管理器1网络连接，

移动终端5，与云平台4网络通信连接；

能量管理器1对光伏组件8、用电端数据采集器3以及逆变器9上报的数据信息分别进行协议解码之后发送至云平台4，云平台4将接收的数据信息推送至移动终端5；

移动终端5可下发用于控制光伏组件8、逆变器9和/或智能家居2的控制指令至能量管理器1，能量管理器1根据接收的控制指令对光伏组件8、智能家居2和/或逆变器9发送相应的控制信号。

其中本发明中用电端数据采集器3可以包括电压采集器、电流采集器以及频率采集器中的至少一种，移动终端5为手机或平板电脑。mcu模块可以采用cortex-m3内核。

本发明中光伏组件8、逆变器9以及用电端数据采集器3采集的数据均可发送至能量管理器1，能量管理器1可以根据不同的使用场所，采用不同的通信连接方式与云平台4进行通信连接，例如可以通过gprs模块、wifi模块或4g模块连接，可以通过现有技术自定义通讯协议进行相互通讯，云平台4接收能量管理器1发送的数据信息之后，经由大数据分析之后，将分析结果推送反馈至移动终端5，移动终端5上可以设置对应的app，经由app进行相关数据的呈现及优化建议，即可使得用户可以通过移动终端5远程了解用电情况，若遇到特定情况，例如优化建议为需关断设备、有系统危险或需要维修整改情况时，用户可以通过移动终端5及时对光伏组件8、逆变器9以及智能家居2等下发控制指令，以实现对光伏组件8、逆变器9以及智能家居2的调控，若遇到高危险情况时，例如光伏组件8温度过高时，可由能量管理器1进行关断，并向云平台4以及移动终端5发出报警信号。

本发明中能量管理器1可以通过与用电端数据采集器3双向通信，将采样到的智能家居2用电端总线信息存储在能量管理器1的存储芯片中，采集的数据信息，例如其中可以包含了每秒的家庭总体电压、电流、总体负荷及频率等数据信息，根据南方电网科学院的《用于nilm的电器设备谐波特征研究》等相关文献中资料可以得知，家中常用电器大致可以分为两大类：

1、阻性家用电器，功率因素可近似为1，如电暖炉、电饭煲等，见图7；

2、非阻性电器，其功率因素明显小于1，如洗衣机、电冰箱等，见图8。

采用现有的nilm方法对用电端情况进行智能分析，如图4和图6所示，首先初始化模型输入，在初始化模型中包括有功、无功及其他参数信息，再通过采集用电端用电情况信息，将采集的数据与模型中的参数进行对比，找出变量，然后将数据及初步分析结果发送至云平台4，经由云平台4推送至移动终端5的app上。

智能化得出家庭用电情况：例如本发明通过对于家庭总线的数据采集，对相应数据通过边缘计算分析运算，从而来显示在用户端，告知用户哪些电器设备正在接通中，不同电器设备耗电量统计等等。

本发明中能量管理器1的结构形式有多种，如图5所示，本实施例中能量管理器1包括mcu模块、无线通信模块、电源模块以及存储芯片，能量管理器1还包括spiflash、与逆变器9连接的485/232通讯接口、外部看门狗、用于统计时间的时钟芯片以及用于显示状态的状态指示灯。其中，无线通信模块包括bluetooth模块、gprs模块、wifi模块、nb-iot模块、zigbee模块以及4g模块中的至少一种。本实施例中用电端数据采集器3与能量管理器1之间可以通过zigbee模块进行信号连接。光伏组件8与能量管理器1之间可以通过zigbee模块进行信号连接。

本发明中能量管理器1既采集发电端数据采集以及用电端数据采集的指挥中心，其通过无线的方式搜集发电端及用电端的采样数据，并存储于本地，cpu经过初步筛选分析，将有效信息通过wifi/gprs/4g等方式发送至云平台4，云平台4通过大数据计算分析，将有效信息展现在用户的手机app上，同时，通过nilm的算法模型，对家居用电情况进行比对分析，提供给客户最准确的用电信息。