浅析基于互联网的智慧能源管理系统

浅析基于互联网的智慧能源管理系统

发表时间：2019-09-21T21:09:07.813Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：涂建华

[导读] 摘要：近年来，智能家居的发展尤为迅速，智慧能源管理系统的复杂程度也越来越高，人们对智能家居节能的关注程度也越来越大。

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摘要：近年来，智能家居的发展尤为迅速，智慧能源管理系统的复杂程度也越来越高，人们对智能家居节能的关注程度也越来越大。本文阐述了基于互联网的智慧能源管理系统的研究意义，并对系统具体设计展开了探讨。

关键词：互联网；智慧；能源管理系统

引言

智慧能源管理系统作为智能家居子系统之一，其发展程度已成为智能家居成熟度的重要标志。随着人们对电力的需求量越来越大，电能浪费情况不断增高，如何有效缓解电气能耗与电力需求之间的矛盾，已成为亟待解决的重要课题。

一、智慧能源管理系统的研究意义

早在2012年《节能减排“十二五”规划中，便明确了大力发展能源管理推广工程、节能改造工程等节能减排重点工程。且伴随着人们的节能意识提高，智能家居的能源管理系统研究便极具使用价值与研究意义"。研究意义包括几点：（1）用户体验角度。智慧能源管理系统的设计前提在于不损害用户的体验度，确保用户使用电器便利性的同时，尽可能的降低电力能源消耗；（2）控制方式角度。实现实时在线控制工程，便于用户对电气的能源观测与控制，并完成无人值守时的节能功能；（3）节能角度。能源管理系统能大大降低电力能源的浪费与消耗，切实的减少用户电费总量。

二、基于互联网的智慧能源管理系统设计

2.1系统总体设计

本文研究的基于互联网的智慧能源管理系统，旨在通过远程控制实现节能目的，系统功能框架如图1所示。

智慧能源管理系统主要分为四个部分，即数据显示部分、智能：主控器部分、内部组网部分以及数据采集部分。其中，数据采集部分主要通过智能插座实现，电能参数进行采集，包括电器能耗、功率、电流、电压等。家庭内部组网通过ZigBee模块实现，完成命令传送与数据参数传输工作。智能主控器部分通过搭建的Linux操作系统实现的，负责智能预测算法运行、命令处理。数据显示部分通过互联网实现，负责电能参数储存于网页数据交互12。

2.2 ZigBee网络设计

ZigBee网络组建优先考虑网络稳定性、成本、延迟时间。从稳定性角度来说，网络拓扑结构越复杂，那么其自我修复能力越高，则稳定性越强。从成本、延迟时间来说，网络拓扑结构约简单，则用于路由功能的节点越少，成本越低，延迟时间越低。仅仅就智能家居而言，其对于网络数据的传输延迟时间要求较高，且整体成本是限制其是否能大规模普及的重要应为，但是对于稳定性要求并不高。本文ZigBcc控制芯片选用CC2530，是一款集中型的C51单片机内核，可在组网后控制家居电器开关.ZigBcc网络节点软件设计是在Z-Stack协议基础上的二次开发，用于应用层软件编写，设计终端节点和协调器节点。其中，终端节点软件设计负责传感器信息传输到协调器设备。协调器节点软件设计的功能在于组建、维护家庭内部局域网和主控模块的通信。接口网关控制器数据，通过点播通信传输到终端设备。

2.3智能网关主控器设计

（1）智能网关主控器是智慧能源管理系统的核心，功能是协调全体命令传输与任务调度，包括智能预测控制、网页交互命令传输以及数据储存等。首先，主控器应储存搜集到的能耗功率、电流、电压等参数，并进行详细分析，而得出多个特征值，并通过智能算法予以预测，随后，基于互联网，实现客户端与主控器的交互，并在网页上体现出采集数据，并根据网页指令做出动作。（2）智能网关主控器硬件设计方案主要包括JTAG下载电路、复位电路、电源电路、时钟电路、串口电路、网卡、SD卡、NORFLASH/NANADFLASH以及微处理器CPU。CPU作为任务执行核心，系统选用S3C2440A作为智慧能源管理系统CPU。（3）智能网关主控器软件设计涵盖控制子程序、电器的智能预测、电器模式识别子程序以及系统子程序。系统子程序用于完成节能系统的任务调度，确保各任务有条不紊正常运行。电器识别子程序用于识别电器的类型与状态，并根据结果返回主程序。电器的智能预测用于预测各电能参数，并通过模式识别子程序做出动作，实现智慧节能。

2.4控制软件服务器设计

远程控制系统主要通过Internet实现网络通信，主要包括网页交互程序、系统数据库、网页服务器三部分组成，web服务器选用BOA服务器与SQlite数据库。

（1）BOA服务器设计：本文智慧能源管理系统控制终端为网页界面，故而要求有网页服务器程序用于与客户交互，因智慧能源管理系统的并发访问较少，故而选用BOA网页服务器作为网页服务器，处理网页用户数据，并上传于CGI程序进行信息处理，处理完毕后将结果返回，再开通过网页客户端传达内容。（2）SQlite数据库设计：智慧能源管理系统主要有两个数据库，即用户数据库与电能参数数据库，其中，电能参数数据库用于储存全部电器工作参数，如电器数据表、电气类型数据表、电气属性数据表、电气属性类型数据表、电气

属性名称数据表、电气属性模拟量数据表等，用户数据库用于储存使用者基本信息。（3）CGI程序设计：本文选用CGI程序实现BOA服务器与网页数据交互问题，为了提高控制软件可移植性与兼容性，选用C语言编写CGI处理软件。

三、互联网智慧能源发展现状及挑战

1、互联网智慧能源发展现状趋势

互联网智慧能源（即能源互联网）是一种能源产业发展新形态，相关技术、模式及业态均处于探索发展阶段。国家已经出台了互联网行动计划、互联网智慧能源指导意见等政策鼓励利用互联网理念，积极探索能源互联网与不同行业融合发展的新途径，鼓励利用互联网手段，在大型建筑、场馆、园区、岛屿、城镇等不同规模范围内开展能源互联网技术应用、商业模式和政策创新试点。内容包括多能协同能源网络优化建设与协同运营、清洁能源互联网化交易、绿色货币与绿色证书等能源衍生品交易运营管理、电动汽车与储能互联网化运营、能源大数据应用服务等。随着能源互联网概念的深入以及政策的推进，市场上各类主体纷纷行动，出现了各种形式的创新和结合。目前，有如下几种典型的发展趋势。

（1）传统能源公司与大数据通信公司互相渗透

在政策的推动下，一方面传统能源企业和互联网企业开始迅速寻求合作，各种模式的战略组合不断出现，另一方面传统能源企业开始自身向互联网企业转变，互联[网企业也开始向能源企业转变，形成互相渗透的格局，尤其是在可再生能源领域，光伏行业与互联网的结合是目前整合速度最快的领域。

加速整合是目前能源互联网最主要的趋势。比如一些传统发电企业开始与华为这样的互联网公司合作，通过用户大数据提炼出有价值的信息，进一步分析典型耗能用户的需求、更科学地做好用能预测，指导发电企业的战略布局。还有-类互联网公司，如阿里巴巴网络技术有限公司（以下简称阿里巴巴），在新能源领域已经与阳光电源、联合光伏等光伏企业在智慧光伏电站、能源互联网、互联网金融、云计算、大数据、信息安全等领域合作。在能源基础设施层面，阿里巴巴已经与浙江省电力公司、深圳供电局在能源互联网、互联网城市供电系统等领域合作。在终端能源消费方面，开始将电动汽车、家庭能源管理纳入阿里能源云计划。

（2）传统能源公司开始向互联网金融拓展

金融行业在构建能源互联网中将扮演重要角色。金融是实现能源互联的重要抓手，从先期的基础设施建设，到后期商业模式、支付体系的变革都离不开金融资本的深度介入与助推。许多传统能源企业和信息技术企业都看到了互联网金融的重要作用和发展前景，通过打造各种能源互联网金融平台，建立起能源行业特别是光伏产业与金融资本对接的桥梁。民营资本打造能源+互联网+金融”体系的速度远远快于国有能源企业或电网企业，从2015年的能源互联网金融蚺型代表绿能宝”、微能云”到国鑫所”，民营资本构建的能源互联网金融体系已经越来越成熟，同时也带动了国有能源企业进军互联网金融。

（3）传统能源公司集体向能源服务商转型

在新电改政策的激励下，传统能源公司纷纷谋求向能源综合服务商转型。当前，各类能源企业都开始成立区域性售电公司，为开展后续能源服务做准备。据不完全统计，截至2016年5月底，全国31个省（市、区）至少成立了559家售电公司。数量虽多，但都是抢占市场的心态，运作方式、商业模式都尚未真正建立起来，各售电公司也都在观望和摸索的状态中。当前一些资源大省对电改热情高涨，更多是着眼于降电价红利，而不是市场化本身。改革实质进展并不如预料的那么迅速，在实施过程中各方利益博弈重重。

3.2 互联网智慧能源发展面临的挑战

（1）全社会认识程度和接纳程度尚需加强

互联网智慧能源是新生事物，打破了传统能源产业之间的供需界限，改变了传统的能源生产和消费方式，改变了用户的用能习惯和思维方式，是由单向消：费者向生产一消费一销售”者的转变，是能源行业产、消、售的全面大融合，将渗透进大众生活的日常，对大众生产生活方式进行全新重塑。互联网智慧能源的发展离不开大众的广泛认知和参与，但我国经济发展的地区差异决定了现阶段全社会对智慧能源的认识程度和接纳程度还需要深入培育，通过加强宣传提升大众参与程度，营造全民参与的氛围。

（2）技术层面尚需不断创新和突破

能源互联网是能源技术、互联网技术和物联网技术的深度融合，当前仍面临诸多技术的挑战。多领域、多层级的融合发展需要技术创新的引领和关键技术的不断突破。互联网智慧能源的发展不仅需要突破多能互补分布式系统发电、储能、智能微网、主动配电网、柔性直流等能源领域关键技术，还需要探索物联网、大数据、云计算等信息通信技术在能源领域的深度应用。随着电力交易市场的放开，计量、结算、智能用电管理等技术；与能源系统的跨行业融合等技术需要进一步探索。能源互联网的发展尚处于起步阶段，所需的技术体系、标准体系尚未确定，以信息通信、电力电子、可再生能源等多种技术为核心的交叉融合技术需要不断的创新和突破。

（3）跨界融合带来监管问题不容忽视

互联网智慧能源通过互联网将能源的生产、运输、消费、存储和金融的融资、交易、结算以及用户端的用能需求、用能行为等多主体紧密结合在一起，由于领域的不同、环节的增多，协调机制更加复杂，势必带来安全问题，跨界融合带来的监管问题不容忽视，需要从安全角度加强监管和风险管控。互联网智慧能源系统内的用户信息、数据、设备在网络中的传递、保存、分发，都基于互联网的智慧能源交易平台均需要安全的保证，因此，必须充分认识监管的重要性和必要性，密切把握能源互联网行业发展动态，适时调整监管的政策和范围。

结束语

综上所述，本文设计了基于互联网的智慧能源管理系统，用户可通过互联网远程界面，控制家居电器动作，并展示电器运行状态，尽可能的降低电器能耗，实现智能控制家居电器的目的。

参考文献：

[1]张丹，沙志成，赵龙.综合智慧能源管理系统架构分析与研究[J].中外能源，2017

[2]利用云计算改进建筑能源管理控制平台[J].姜永东. 建设科技.2016

[3]天津科技大学能耗管理平台建设[J].孟庆新. 建设科技.2016