家庭智能用电系统建模及优化策略分析

作为智能电网的重要组成部分,家庭智能用电系统对提高能源利用效率、促进可再生分布式发电的利用具有重要意义。针对家庭智能用电系统进行了相关的研究,分析了家庭智能用电系统各个组成部分的模型,建立了基于经济性目标、舒适性目标和计及分布式发电装置的优化模型,并利用粒子群算法对模型进行了求解。仿真结果验证了该优化策略的有效性。

智能电网中的家庭用电系统建模与优化分析

为了实现电网削峰填谷、节约居民用电成本的目的,需要对家庭用电负荷进行更加合理的引导。综合考虑家庭用电负荷的连续性、可中断性以及负荷之间的关联性、顺序性、强依附性等特性,以分时电价为背景,建立了计及储能系统的家庭智能用电系统模型,包括负荷运行模型、蓄电池充放电模型和经济性优化模型。提出利用0—1变量对模型决策变量进行编码,将优化问题转化为混合整数线性规划问题,并采用Gurobi数学规划软件包求解,大大降低了问题的求解难度。在Matlab环境下,对家庭用电负荷数据进行仿真计算,仿真结果表明,模型和优化策略能够实现转移家庭用电负荷以及降低用电费用的目的。

智能家居无线控制网络的设计与实现

针对智能家居系统存在布线难、功耗大、后期装修费用高等问题,结合IEEE 802.15.4e标准设计了一种无线自组织、终端自适应网络。同时,针对不同类型终端设备,设计了定时-外部中断休眠和定时-接收端发起这两种低功耗模式。以无线射频芯片CC2430为核心,搭建了一个基于IEEE 802.15.4e的自组织网络。通过上层界面、智能终端等对传感器节点进行环境、体征的实时监控及下行控制,使智能家居网络可以稳定、低功耗地运行,从而满足现代智能家居的实际应用需要。该方法对现代智能家居网络设计具有一定的指导意义。

家庭智能用电管理系统用电优化算法研究

为降低居民用户用电费用和提高用电效率,考虑分时电价价格激励的作用,对家庭智能用电进行了研究。构建了由智能家用电器、传统家用电器、电动汽车及其充放电设备、智能开关/插座、智能交互终端、智能手机、分布式能源和智能电表等组成的家庭智能用电管理系统。以一般家庭常用家用电器为优化对象,以用户用电费用最低为优化目标,采用遗传算法,根据用户设定的各家用电器的工作时间范围,提出了基于分时电价的家庭智能用电管理系统智能用电优化算法。以兼顾用户用电费用和负荷消耗功率均匀分布为优化目标,设定功率阈值,引入惩罚机制,提出了基于分时电价的改进智能用电优化算法。仿真结果表明,所提出的智能用电优化算法可为用户最大限度节省用电费用;所提出的改进智能用电优化算法可为用户适当节省用电费用,并可避免引入新的用电高峰。因此,该智能用电优化算法能实现既定优化目标,是有效、可行的。用户可根据实际需要确定优化目标,选用相应算法。

具有射频识别功能的嵌入式低功耗智能钥匙设计

针对多把钥匙和多个锁的匹配性问题,设计一种用于主动身份认证的低功耗智能钥匙。使用授权注册和主动双向认证方式实现钥匙对多把锁的管理,采用密码词典加密和准动态密码索引字确保认证过程的可靠性。根据钥匙低功耗要求,提出1 s周期定时休眠与0.005 s唤醒机制,以尽可能降低身份认证卡的功耗。实验结果表明,该智能钥匙睡眠模式功耗小于2μA,且满足多把钥匙与多个锁之间相互匹配和安全认证的要求。

基于ZigBee技术的智能水浸系统设计

为方便用户实时监测家庭内漏水情况,设计一种基于ZigBee技术的智能水浸系统,能检测出室内厨、卫等易漏水位置的漏水情况,实时向手机用户显示漏水信息。提出一种基于ZigBee无线网络的协调器与终端设备的设计方案,以CC2530芯片作为ZigBee无线网络收发模块,由水浸传感器采集漏水信息,通过ZigBee技术传递至云端服务器,通过消息队列遥测传输(MQTT)技术推送至手机客户端,实现手机端漏水信息的查看。该系统优化了ZigBee终端未能成功连接到网络时的寻网方式,有效降低了系统能耗。

基于智能家居环境的无线传感器网络结构研究

对星状网络、网状网络和星状网状混合网络的拓扑结构进行比较,并通过实验测试对3种拓扑结构在采集温度、光强数据以及功耗等方面进行分析,结果表明混合拓扑结构的网络对于智能家居环境具有更好的性能.

计及用户舒适性的家庭智能用电调度优化

随着智能家居、家庭分布式能源的广泛应用,以及分时电价的推广,家庭能源系统有了更多更高的功能需求。文中通过分析家庭用电行为和家庭负载工作方式的关系,建立了一种兼顾家庭用电的经济性和舒适性的调度优化模型,同时考虑了分布式能源和需求响应技术的应用,具有重要的实际意义。针对该模型采用了一种改进粒子群算法进行求解,并通过家庭用电的算例进行了验证。算例表明,该模型和算法能够很好地调度家庭电器的用电行为。

一种针对智能家居中数据采集的改进LEACH算法

针对无线传感网应用中智能家居数据采集的应用场景,提出一种改进的LEACH算法。该算法根据节点的坐标划分区域,在簇头选举中考虑节点剩余能量,实现分区成簇。在数据传输阶段,对簇头接收到的数据进行融合,并自适应地选择单跳或多跳的方式将数据发送给汇聚节点,降低了网络功耗,确保了传输的可靠性。用Matlab对SH-LEACH算法性能进行仿真,结果表明,该算法有效地均衡了簇头分布,降低了节点死亡的速度和能量的损耗,延长了网络寿命。

适用于自动需求响应的分体式智能用电测控终端

能源互联网中自动需求响应(Automated Demand Response, ADR)的实现离不开对终端用电设备的准确测控。为解决目前智能用电终端控制方式缺乏灵活性及数据采集处理能力偏弱的问题,研制了具备数字信号处理与红外精准控制功能的分体式智能用电监测控制终端。装置由装置本体和红外控制器两个分立的部分组成,其中装置本体包含 DSP 芯片、电气采样电路、ADC 芯片、WiFi 模块、ZigBee 模块和温湿度传感器,红外控制器包含单片机、ZigBee 模块、红外编码与收发模块以及锂离子电池。装置本体根据采集的用电和环境信息、综合需求响应要求向红外控制器下达指令,进而准确调整负荷电器运行状态。得益于分体式与可充电设计,此终端可适应复杂家居环境,为实现有效的家庭能量管理、推动家庭负荷参与需求响应(尤其是 ADR)打下硬件基础。

基于FPGA和ZigBee技术的智能家居系统

主要设计了一种智能装置——智能家居系统,提出了一种采用FPGA技术与ZigBee的无线技术来完成对智能家居系统的设计。该系统全部采用无线通信技术来完成,省去了重新布线的问题,能够实时采集温度、湿度和光照度信号,通过对信号的处理,使PDA、计算机或手机可以通过Internet或GSM手机网络。在家中无人的情况下,帮助主人实现远程家务:远程烧水,加热洗澡水,开头空调、窗帘等,从而为用户提供一种智能、灵活、方便的生活空间,并大大增强了系统的可扩展性,同样也实现了现代社会"以人为本"的全新家居生活体验。

针对智能家居应用中的LEACH协议改进

针对智能家居应用中的结构特点,在LEACH协议的基础上做出改进,并提出JC-LEACH算法。该算法分区成簇,将网络空间分为几个小区域,根据节点的坐标位置成簇,每个簇群里有且仅有一个簇首;在簇首选举上将节点剩余能量最多的节点设置为新的簇首,防止能量不足的节点成为簇首。有效改善了传统LEACH协议在智能家居应用中簇首分配不均,节点能耗不均的问题。通过Matlab仿真实验可以看出,该算法改善了节点能耗,有效提高了整个网络的生命周期。最终通过在智能家居实验箱上的实验,更进一步说明该算法的可行性与实用性。

基于Internet的楼宇用电量监控系统设计

随着社会的发展和人民生活水平的提高,人们对居住环境的要求也越来越高,便捷的智能化空间将成为人们的理想居住目标。用电量关系到居民的日常生活,因此,智能家居中的用电量监控和电能质量分析非常重要。目前,主要采用无线抄表和人工抄表相结合的方式获得楼宇用电量数据。为实现对楼宇电量的监测与分析,设计了一种基于Internet的楼宇电量的监控系统。该系统主要包括数据采集终端和Wi Fi无线传输模块,其功能是将采集到的数据传输至控制中心。中心内搭建的Windows Server 2003和Apache网络平台,利用My SQL数据库管理楼宇电量网络运行数据。该系统已经完成对楼宇用电量的采集及传输,并实现了楼宇的电量数据的管理和维护。该研究对智能家居的楼宇电能优化控制具有一定的现实意义。

基于NB-IOT的智能家居系统的构建

为了增强智能家居系统的通信距离、降低节点传输耗能和实现远程实时控制,基于云平台技术,提出了一款NB-IoT无线通信技术的智能家居系统。通过嵌入式技术、传感器技术、无线通信技术和云计算技术的结合,选择STM32作为主控制器,使用低功耗的NB-IoT无线通信技术,进行硬件设计和软件设计,实现对室内各家居设备进行有效远程实时控制。用户可借助计算机、手机、平板电脑等,查询家用电器的运行状态。该系统耗能比较低,具备可扩展性及人机交互的特点,而且成本低,极易实现,时刻处于稳定的运行状态,很少发生各类故障,极为实用。通过实验测试,对系统的可靠及稳定与否进行验证,看其是否符合实际设计要求。经过一段时间验证,在科学的实验环境下,测试结果与预期效果一致,达到了智能化的目的。测试结果表明,该系统实现了智能家居的智能化控制,提升了系统的可控性。

智能电网中的WiFi无线智能家庭系统

介绍了一种基于WiFi及时实现的家电智能控制系统,通过对普通家用电器的智能化改造,实现无线通信,再通过智能终端和移动终端构成一个完整的家电智能控制系统。

面向智能电网峰值负荷降低的用电数据分析

随着用电负荷需求不断增加所引发的峰值负荷过载问题,文中建立了智能家居(SH)和智能电网(SG)服务器之间数据通信模型,给出了配电网负荷需求管理的总体条件,并提出了一种面向智能电网(SG)的负荷数据分析DR管理方法,通过对用户的SH收集用电数据进行分析,设计了峰值负荷情况下的DR决策,分别从用户、电力公司和瞬时负荷变化三个角度设计了不同的峰值负荷降低算法。仿真结果表明,所提出的方法在很大程度上有效地降低了配电网的峰值负荷。

基于LoRa的身体障碍者物联网智能家居系统设计

针对传统智能家居系统没有考虑身体障碍者生活特点和思维行为方式等问题,本研究设计了一款基于LoRa的身体障碍者物联网智能家居监控系统,解决了智能家居环境参数和设备状态参数采集、信息传输中通信可靠性问题及智能设备内部通信线布局复杂问题。试验验证结果表明:该系统具有功耗低、监测数据准确、控制可靠性高等优势。该系统的应用将凸显身体障碍者的主体地位,使身体障碍者能够真正体验并且接受智能家居为生活带来的福利,使生活质量提高,缓解情感压力。