智能家居在智能电网方面的应用 成员：王宝、郭娅、武小暄、李竟诚 指导老师：段建东

前言 一、 现代智能电网 二、家庭能源管理系统 三、智能家居在智能电网方面的应用 四、结束语

前 言

长沙一座智能家居的设计

具有用电侧能源管理功能的 智能家居 系统是切实体验智能电网与用户互动的平台，它不仅将智能电网延伸到了用户家中，而且让用户在享受舒适便利的家庭智能化系统的同时还能节省能耗开支。电力部门也可以通过需求响应(Demand Response)，减少用电高峰段供电的额外开支，发电侧根据智能抄表体系采集的数据来分析和判断用户侧的电能需求从而按需合理发电，最终实现节能减排。

一、 现代智能电网

1 智能电网 概念：就是指通过新技术能形成业务流、信息流、能量流之间双向互动的未来电网，也叫“聪明电网”。 特点：是技术密集、资金密集集合体，将会带动新能源、信息、传感器等传统产业的创新和发展，具有很强的技术辐射性和经济带动性。

2 现代智能电网： 发电系统 监测系统 输电系统 保障 平台 涉及 控制系统 配电系统 管理系统 用电系统 工业用户 商业用户 实现 支撑平台：信息系统 发电系统 监测系统 输电系统 保障 平台 涉及 控制系统 配电系统 管理系统 用电系统 数字化 工业用户 信息化 服务于 实现 商业用户 自动化 居民用户 互动化

保护环境，对自然资源和谐友好， 实现客户至上充分满足用户对电力的需 求，为用户提供经济，舒适，方便的生 活环境。 基础： 坚强智能、安全可靠、清洁高效、 自愈可调 目标： 保护环境，对自然资源和谐友好， 实现客户至上充分满足用户对电力的需 求，为用户提供经济，舒适，方便的生 活环境。

3 家庭能源管理系统简介 家庭能源管理系统： 是智能电网向用电侧的产品延伸。用户通过对家庭能源的有效管理，可以大大提高能源使用效率，为家庭节约不菲的能源开支，同时还能够减少碳足迹的产生。 优点： 它不仅帮助用户跟踪和了解自己家庭的能源使用情况，而且可以帮助公共事业公司平衡能源的供求。

4 研究方向 如何实现用户和电网公司之间的互动和即时连接；实现电力数据读取的实时，高速，双向的总体效果；实现电力、通讯、电视、智能家电控制和分布式能源的储能等功能是很多研究机构和电力部门所关注的课题。

二、家庭能源管理系统

智能家庭网络随着集成技术、通信技术、互操作能力和布线标准的实现而不断改进，它涉及到对家庭网络内所有的智能和非智能电器、设备和系统的操作、管理以及集成技术的应用。 组成： 智能电表（Smart Meter） 家庭智能交互终端（Control Terminal） 智能插座（Smart Socket） 智能照明开关（Smart Light Switches） 网络设备（Network Devices） 智能家电（Smart Appliance） 家庭安防设备（Home Security&Safety Devices）

1 智能电表(Smart meter) 是能源管理系统的核心，较之普通的电表，它能够提供更多的电力使用情况细节。 智能电表的数据采集系统体系不止是—个简单的自动抄表系统，它涉及了很多不同的技术，包括实时或接近实时的传感器、通信技术、停电通知、电能质量检测等等，是组成智能电网的一部分。

2 家庭智能交互终端(Control Terminal)： 提供适当的人机界面，提供数据存储，管理，分析，状态存储等数据库服务，支持对家庭能源管理及智能控制网络的管理，对家庭用电设备的控制，信息接受或采集等功能。支持智能用电方案的设置及实施。 家庭智能交互终端实现家庭用电智能化

3 智能插座(Smart Socket)： 包括墙内嵌入式电源插座，电源适配插座，电源拖线板。在多数情况下，家庭用电设备通过这些插座接入电网。智能插座具有电能计量，网络通信，远程通断控制等功能。

4 网络设备(Network Devices)： 主要功能是提供网络连接，交换，转换等功能，例如连接家庭网络与外部网络的网关设备，服务器设备等。网络功能可以集成到上述控制终端中。 网络基础设施背后的智能设备

5 智能家电(Smart Appliance)： 智能家电内嵌电力线载波通信模块、智能用电及智能控制功能，通过交互终端或远程控制，可实施对家电的智能控制及状态查询，也可以配置智能用电方案。 6 家庭安防设备(Home Security＆Safety Devices)： 包括门禁，监视器，可视对讲，红外防盗传感器，一氧化碳，烟雾和湿度传感器等设备。此类设备的主要功能是通过家庭网络报告事件的发生，状态的变化等信息。

智能家居防盗器

以上设备或终端构成家庭网络中的节点，通过家庭网络相互连接，相互间可实施控制、被控制、信息交互。可以实现用电信息存储，处理及分析等功能，支持家庭智能用电管理及智能控制等功能。通过网关设备，家庭网络可以与公共电信网及互联网相连接，可实施家居设备的远程监控。

三、智能家居在智能电网 方面的应用

借智能电网发展的东风，智能家居将会带来一场变革 智能电网的发展无疑将带动电力线网络的发展，即使用普通家庭电力线作为家庭网络的连接。 网络是智能家居的“神经”，具备了家居环境的IP网络，才可以开展各具特色的智能家居体验。 借智能电网发展的东风，智能家居将会带来一场变革

存在的问题：目前连接智能家电的无线网络，传输速度只有大约250K，网速太低导致经常卡壳。 “没有智能电网的接入，智能家电 毫无用武之地。” 存在的问题：目前连接智能家电的无线网络，传输速度只有大约250K，网速太低导致经常卡壳。 改进方法： 接入智能电网的光纤，可极大地提高网速（可增至60~90M），届时智能家电的效果将非常好。 国家电网公司电力光纤到户规划显示：2011~2015年，在低压网，逐步建立光纤低压通信接入网，实现新增城区居民用户100%光纤覆盖；在高中压网，实现高中压网的光纤化。

智能家居的概念最早是在上世纪80年代提出。上世纪90年代，部分高端建筑中就已经有了智能家居的使用。但是直到现在，智能家居都没有得到大范围的推广和应用。主要有两个方面的原因： 资金：要单独建设这样一套智能家居系统．需要自己铺设网络，自己搭建系统服务器，还要自己开发控制系统。一 般人是绝对承受不了这么大的支出的。 对供电可靠性和网络稳定性的要求高：普通电网无法保证不停电。会停电的地方，智能家居无法使用。

智能电网的发展使智能家居的 大面积使用成为可能 智能电网的建设大大提高了供电的可靠性：通过智能变电站、智能配电同等设备，智能电网能够容忍自然灾害或设备故障造成的电网动荡，并自动切换供电线路，保证对用户的不间断供电。 智能小区的建设大大减低了智能家居的投资成本：有了智能小区，用户不需要自己购买服务器．也不需要自己搭建控制系统，只要通过电力光纤把电器接到小区的服务器上就可以了。这样智能家居的成本就实现了平民化。

智能小区的概念 智能小区是智能电网在用电环节的一个标志性应用；智能小区也是智能电网改善用户生活最直观的一个体现。 智能小区采用光纤复合电缆通信或电力线载波等先进技术，构造覆盖小区的通信网络； 通过用电信息采集系统、双向互动服务系统、智能家居、电动汽车充电设施、分布式电源接人系统、小区配电自动化系统，对用户用电设备、分布式电源、公用用电设施等进行监测、分析和控制。 为用户提供优质便捷的双向互动服务和“三网融合”服务，同时可以实现对小区安防等设备和系统的协调控制。

智能小区系统

电力线网络技术 电力线网络技术指将电力线作为高速互联网接入的物理媒介，用户只需添加一个特制的调制解调器(其数据线顶端是一个与常规电源插头规格相同的插头)。并将电脑的网卡与调制解调器接通，再将调制解调器插上电源插座，电脑即可上网。 使用这种方法传送信息的速度比ISDN要快30多倍； 同时它具有价格低廉、线路遍布整个住宅、连接方便、覆盖范围广的优势，能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起进行自由交换信息的局域网； 人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备，成为智能家居走进寻常百姓家的基础。

下面举两个例子，说明智能家居在智能电网方面的应用 (1)用电侧智能家居解决方案 (2)智能电网中智能家居终端的设计

例--用电侧智能家居解决方案 具有用电侧能源管理功能的智能家居系统是切实体验智能电网与用户互动的平台，它不仅将智能电网延伸到了用户家中，而且让用户在享受舒适便利的家庭智能化系统的同时还能节省能耗开支。

家庭电力线载波网络 网络、通信及信息交互是家庭能源管理系统的核心。家庭电能智能控制与管理系统必须建立在一个统一的家庭网络之上，各智能用电设备及网关设备通过此网络相互连结，相互通信，并通过网关设备与外部网络(如互联网)通信。 基于电力线载波通信构建的家庭网络是实现家庭电能智能控制与管理的理想网络平台。

用电侧能源管理的家庭电力线载波网络如下图所示： 各种家用电器终端设备直接或通过电源插座连接在电力线上，物理上构成一个具有总线结构的网络，所有设备共享信道资源。

网络拓扑结构 在应用层上，家庭智能交互终端为家庭能源管理及智能控制系统的中心，负责管理整个家庭网络(HAN) ，但并不是所有设备节点间的通信都需要交互终端。 因此，在网络层上，家居智能控制网络具有网状拓扑结构．网络中任意节点之间都可以通信。

家庭电力线载波协议架构 统一的网络协议是实现智能家居网络中各不同的节点互联互通的关键。 家庭用电设备智能控制分层网络协议包括物理及链路层、接入控制层(MAC层)、网络层、应用层。

应用层--不依赖于底层网络协议，即可以通过各种具体的通信及传输技术实施，例如电力线载波、无线、有线等。应用层协议包括对各种家居智能控制及智能用电应用功能的定义，控制命令及格式的定义等。 网络层--充分考虑家居智能控制网络的特点，对应用层的各种功能提供支持，同时不依赖于底层传输协议，即可以通过各种具体的通信及传输技术实施，例如电力线载波、无线、有线等。 MAC层、链路层及物理层—是与具体传输技术有关的协议，为网络层数据提供透明传输服务。

系统实现方案及具体功能

本地控制功能 家庭智能能源管理：用户在家中可通过交互终端以及电脑进行家庭能源智能管理。主要功能包括是对插在智能插座上的家用电器的用电信息进行采集及通／断电控制，数据存储，历史数据查询，分析等。 智能家电控制：用户在家中可通过交互终端、无线遥控器对智能家用电器进行程序控制。 智能照明控制：用户在家中可通过智能灯控开关对家里的灯光进行场景设置投控制。 电视显示：家庭娱乐机顶盘可以将用电信息显示在电视屏幕上供用户浏览。

远程监控功能 用户远程可通过电话对家里的灯光进行场景控制。 用户远程可通过互联网对插在智能插座上的家用电器的用电信息(用电量)进行采集及通，断电控制。 用户远程可通过互联网或者电话对智能家用电器(例如空调和热水器)进行程序控制。例如在回家前利用短消息通知家庭交互终端进入“欢迎回家”模式，空调和热水器会在主人回家前按照预先设置的模式提前开启，为主人提供舒适的环境。

AMI与智能家居互动 智能电表将家庭用电量(分时电量)通过电力线载波通道发送给小区集中器，集中器将小区用户的用电量通过GPRS无线信道发送到电力部门主站。 用户可以使用自己的用户名和用户密码登录电力部门的主站互联网页浏览自己的电费清单和历史用电记录，并可以通过网上银行进行缴费。 需求响应是智能电网和智能家居互动的主要体现，需求响应的实现需要更加高速稳定安全的电网信息通讯技术以及统一的需求响应的规范标准和配套的智能家电的推广，现阶段需求响应功能还不能在现有电网和智能家居中实现。

家庭能源管理发展趋势 随着电力线载波宽带技术的发展以及智能电网分布式能源接入和储能技术的完善，家庭能源管理系统和功能也会越加信息化，智能化，并且人性化。 (Demand Response) 需求响应功能的实现 (Distributed Energy Generation and Storage Devices) 分布式能源发电和储能设备 (PHEV Charge Socket)电动汽车充电

例--智能电网中智能家居终端的设计 针对智能小区家庭中智能家居终端的特点和功能进行了阐述，研究并提出了一款基于ARM芯片并以Linux为操作系统智能家居终端的设计方案和软硬件模型，理论上实现了智能家居终端的基本功能，为今后开发此类产品提供了一个思路方法。

智能家居平台系统的技术特点 1家居智能平台系统的组成 通过智能家庭网关、智能家居终端、具有采集电量和功率功能的插座及其系统软件建立家居智能平台系统。智能家庭网关是智能家庭局域网的核心部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和发送。 2通过通信模块和通信协议实现与家电的互联 为实现家电的控制和相关信息的采集，系统平台通过通信模块并按照特定的通讯协议借助串口发送和接收码流，从而实现家电的控制和信息采集。 3硬件中嵌入式系统的应用 随着功能的不断增加、性能的不断提升，对处理能力和速度提出了更高的要求，所以具有高性能的嵌入式芯片系统将应用到智能家居终端中去。

智能家居平台系统的结构

智能家居终端的功能 家 电 控 制 用 电 信 息 采 集 和 分 析 家 庭 安 防 视 频 通 话 便 民 信 息 服 务 增 值 服

智能家居终端的硬件设计

智能家居集成技术平台

智能家居终端的软件设计 在硬件结构基础上，软件系统采用了Linux嵌入式操作系统，内核版本为2.6.28。 鉴于所选ARM芯片的性能，从总体需求出发，软件部分采用多进程+进程中多线程的编程方案。 程序总体分为两个进程：主进程、Web—Service进程。 主进程包括3个线程：主线程、辅线程和次线程。

软件部分的总体框图

四、结束语

智能电网带来的好处 首先，用电客户和电网的信息交互是智能电网的一个重要环节，家庭能源管理系统是智能电网向用电侧的产品延伸。 其次，用户通过对家庭能源的有效管理，可以大大提高能源使用效率，为家庭节约不菲的能源开支，同时还能够减少碳足迹的产生。 智能电网带来的好处

智能家居系统未来的展望 在不远的将来，我们在回家前打开空调和热水器，以便回家之后就能进入到一个舒适的环境；在厨房做菜时将控制终端接人家庭网络，从PC机或Internet上调取相应菜谱显示指导做菜，同时还享用到互联网上丰富的和音视频节目；家里常用的食品由冰箱检测出需要采购，送出信息后就会有人送货上门；家里的电器可以根据个人的喜好进行程序升级；一旦电器发生了故障，家电厂商就会以最快的速度获取故障信息并组织上门维修。

智能家居系统未来的展望 一旦拥有了智能家居，就相当于对自己家庭组成部分的完全控制和外界信息的充分获取。单个智能化网络化产品对人们的生活的影响并不会很大，但在我们的家庭智能化网络化之后，就可以充分享受到智能家居给我们带来的好处，这也正是信息社会发展的必然。

智能电网之于智能家居的重要性 首先，智能电网的发展为智能家居行业带来了大面积推广的可能。在电力公司推广智能电网的过程中必将涉及用电环节的智能化。 其次，通过电力公司的大力投资，新建居民小区将实现小区控制系统的智能化。在此基础之上，智能家居的实现将会更加快速有效，更加廉价。随着智能电网的发展，如前所述,需求响应以及分布式能源发电和储能设备也会在不久的将来在家庭能源管理中得以实现。

智能家居代表着一种面向信息时代的全新居住模式，其目的是让用户有更方便的手段来管理家庭设备，为人们提供更为舒适、安全、环保、人性化的居住环境。 未来，智能家居终端及其配套设备将会得到不断的发展和完善，为人们提供更为安全、舒适、便利的生活环境。系统的使用也会更加方便、价格低廉、性能可靠。 结束语

谢谢大家