邓斌　刘关林

摘要：随着社会经济的不断发展以及人们环境保护意识的逐渐兴起，如今社会对于家庭能源管理的需求性也在不断提升。据此，本文将提出一种智慧家庭能源管理系统架构设计，并对该系统的主要功能进行分析阐述，以期能够为业内人士提供理论参考。

关键词：智慧家庭;能源管理;系统设计

前言

智慧家庭能源管理系统作为一种面向全社会家庭居民的能源管理创新型应用系统，其需要以云计算技术为基础构建云数据服务中心为核心组成内容，进而通过智能插座、家庭网关、智能电网等智能设备对家庭用户的用电数据进行实际收集和控制，实现居民家庭对家中电力能源消耗情况进行自主管理，深化峰谷电和阶梯电的智能化应用，推进国家电网公司智能供电以及电力供应节能减排、可持续发展等目标的思想，并推进智能家电的改进和发展。

1 智慧家庭能源管理系统架构设计的驱动因素

随着社会经济的不断发展，如今用户的供电服务需求以及能源利用形式均发生了较大变化，电力用户的实际角色也从被动使用者向主动参与者进行转变，如此便对电网公司的服务水平提供了更高的实际要求。

电力用户角色转变作为一种客观规律，此过程中决定着用户对电网的服务种类和服务需求也会出现较大变化，再加上当今阶梯电价和峰谷电价的实行，当今用户的用电行为也逐渐发生改变，且对于电力使用成本也越加敏感，很多用户期望电网公司在提供服务的同时，能够准确的提供家庭用电信息，该些要求的实现均需要电网公司对现有的服务及相关技术进行优化完善，将原本的供电侧为主的供电服务转变为以需求侧为主的现代供电服务，为用户提高更加精准、高效的供电服务，提高用户的电力使用体验。

除此之外，随着电力用户能源利用方式的逐步改变，如今家庭中电动汽车等新型能源需求设备的接入量也在不断增加，该些新型用电设备的接入对于电网的有效调控和负荷提出了更好的实际要求，需要结合当今实际情况，提出相应的电网调控措施，降低新型用电设备接入对电网负荷所造成的影响。基于上述诸多要求，本文设计出一种以数据服务中心为核心，以家庭网关、智能插座等设备为支持的面向全社会家庭居民的能源管理创新型应用系统，即智慧家庭能源管理系统，从而实现家庭用电的分析、调控及管理，提高电网公司对区域用电的管理调控管理效果，满足当今电力用户供电需求，实现电力供应的可持续发展。

2 智慧家庭能源管理系统整体架构设计

智慧家庭能源管理系统是一种以数据服务中心为核心组成，以家庭网关、智能插座等设备为支持，最终所构成的一种面向全社会家庭居民的能源管理创新型应用系统。

在设计中，智慧家庭能源管理系统将会分为“端”、“管”“云”三部分进行实际部署，其中数据服务中心部署在“云”上，而家庭能源管理则分属于“端”，其主要由家庭网关、智能插座、用电设备等部分内容共同组成，数据服务中心通过互联网与家庭端的用电设备、家庭管理及智能插座相互连接，进而达成数据交互效果。智慧家庭能源管理系统整体架构设计如图1所示。

在设计中，家庭网关主要负责对家庭内部的信息进行采集和管理，而智慧家庭能源管理系统运行过程中所涉及到的地理信息、外围终端信息的处理和存储则会交由云数据服务中心来完成，为能够加强服务效果，云数据服务中心会根据区域、城市、丰富等诸多划分方式，构建不同使用范围的转移数据库，用于数据存储和处理，在积累大量的用户数据后，云数据服务中心会根据数据信息构建区域用电管理信息数学模式，并结合大数据技术对用户数据信息进行分析、分类、管理，进而以此为基础构建区域家庭用户用电需要辅助决策系统，为电网公司的电力调控提供重要支持及参考。另外，为确保电网公司与家庭用户间双向数据交互效果，数据服务中心还设置有数据交互接口，该接口不仅可以实现家庭用户信息的有效接入，还能够与电网公司自身的服务器达成数据交换，进而实现数据服务中心、家庭用户以及电网公司三方面的数据交互效果。

3 智慧家庭能源管理系统主要功能

3.1家庭用电数据管理

智慧家庭能源管理系统的核心功能就是对家庭用电数据进行数据采集、数据存储、数据分析以及数据应用，在实际管理过程中，智慧家庭能源管理系统需要具备区域不同数据来源，并根据各家庭用电数据的实际情况，采用不同的数据采集方式和应用方式的效果。鉴于用户用电信息具有数据量庞大，数据信息散乱等特点，所以智慧家庭能源管理系统在进行实际家庭用电数据管理时，应通过数据服务中心通过分批处理的方式，分批式地向家庭网关下达数据传递指令，家庭网关在接收到指令后，将家庭用电信息上传到数据服务中心，供数据服务中心对家庭用电数据进行分析、处理及应用。

在设计中，数据服务中心会通过家庭网关、智能插座以及其他智能控制设备对家庭用电设备数据信息进行收集汇总，其中智能插座作为连接用电设备和家庭网关的关键阶段，其在系统中将会肩负着用电设备名称、用电设备编号、用电设备通断状态、温度监测及控制、光学监测及控制等效果，实时确定用电设备的运行工作状态，加强数据信息的收集效果。数据服务中心在每日会对家庭用电信息进行一次数据采集，具体采集数据信息包括有家庭用电设备当日总用电量/每小时用电量、单用电设备当日总用电量/每小时用电量、当日峰值用电量、当日低谷用电量。数据服务中心对家庭用电设备的数据采集通常由数据服务中心发起，但当用户端发起信息获取请求时，那么发起者便会转变为用户端，数据服务中心则会根据发起者的实际内容数据获取家庭用电信息，之后再反馈会发起用户端。城市电网作为家庭用电的主要供应方，家庭网关会在城市电网中获取区域用电峰谷信息、维修信息、电价信息、家庭用电信息、电网公司服务信息等诸多信息，并将该些信息通过短距离通信技术传递给用户端，使用户及时获取更加精准有效的服务，提高用户服务效果。

3.2设备管理

智慧家庭能源管理系统会分批次收集家庭中家庭网关、智能插座、用電设备等设备的数据信息，然后将该些数据信息分为内容信息管理和设备状态信息管理两大类数据信息，方便进行分析处理。其中内容信息一般会要求家庭用户在使用智慧家庭能源管理系统前进行一次性填写上传，若是在后续使用过程中存在数据更改情况，应及时进行内容信息替换，同时数据服务中心也会通过抓取家庭网关所传递的数据信息对内容信息进行及时档案替换更新，确保智慧家庭能源管理系统中用户数据信息的精准性和有效性。数据服务中心在对内容数据进行分析处理后，将会自行转化为控制指令发送给家庭网关，由家庭网关对家庭用电设备进行控制管理。

设备状态信息则会由用户端所发起，当用户需要对家庭用电设备进行远程操控的时候，那么智慧家庭能源管理系统便会实时向家庭网关传递信息查询指令，然后家庭网关会将所收集到的家庭用电信息传递给数据服务中心，再由数据服务中心转交给用户端，用户端可以根据家庭用电信息中用电设备的使用频率、使用时间、单用电设备能耗、家庭总体能耗等诸多数据信息，远程控制家庭用电设备的启停以及功率。通过该种方式，虽然可以在一定程度上增加智慧家庭能源管理系统对用户的服务时长，但却可以有效降低智慧家庭能源管理系统的负荷量和通信量，提高系统运行效果，为用户提高更为高效的服务。

3.3地理信息管理

智慧家庭能源管理系统会通过集中器来寻找特定的家庭网关，数据服务中心会对各用户的地理信息进行收集汇总，并根据用户的实际情况在数据库中构建数据信息档案，然后根据用户所在区域，分区域、分城市、分省份等对区域内家庭用电信息情况进行收集匯总，然后通过构建用电信息管理数据模型，深入分析区域家庭用电信息的实际特点，构建区域用电管理和调度辅助决策系统，为后续智慧家庭能源管理系统对家庭用电设备峰谷时段的有效调控提供重要支持。

3.4外围终端管理

智慧家庭能源管理系统的外围终端设备主要由手机、计算机以及其他智能终端显示设备组成。在实际应用过程中，用户可以基于该些外围终端设备，通过互联网与数据服务中心相连，进而达成后续的数据交互、家庭用电设备控制等诸多功能效果。在智慧家庭能源管理系统中，外围终端设备不同于家庭网关、集中器等专用智能终端，所以在实际应用过程中，还需要考虑到用户接入智慧家庭能源管理系统时的用户注册、用户登录等其他方面的管理内容，并且还要为用户信息的自主管理预留出管理空间。

4 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展，如今电力用户对电网公司服务提出了更高的实际要求。对此，本文提出一种以数据服务中心为核心，以家庭网关、智能插座为支持的智慧家庭能源管理系统整体架构设计，通过研究分析后确定该系统架构设计有助于相关系统的设计研究，所以具有较强的理论研究意义。不过受限于研究者自身的经验及技术水平，本研究还可能会存在一定的局限性，需要在后续研究中进行更加深入的研究分析。

参考文献

[1]祁兵，夏琰，李彬，等.基于边缘计算的家庭能源管理系统：架构、关键技术及实现方式[J].电力建设，2018（3）：33-41.

[2]王伯勇.基于云计算的智慧家庭能源管理系统架构及功能研究[J].绿色科技，2014（5）：277-279.

[3]曹筱欧，杨伟光，宋杰，等.考虑不确定性的家庭能源管理系统建模与优化方法研究[J].信息与控制，2017，46（003）：365-372.

[4]智能电网.英特尔首度推出面向家庭能源管理系统的参考设计[J].微型机与应用，2010（20）：32-32.

[5]张颖，聂佳.无线ZigBee技术在家庭能源管理系统中的研究与应用[J].低压电器，2013（15）：63-66.

基金项目

2018年度南宁市邕宁区科学研究与技术开发计划项目《智能家庭电力能源管理系统的开发与研究》（20180310A）。

作者简介

邓斌（1985.3），男，汉族，广西岑溪人，哈尔滨理工大学，本科，讲师，从事思想政治教育、创新创业教育研究。刘关林，（1993.6），男，汉族，广西岑溪人，南宁学院，本科，助理实验师，从事计算机科学与技术研究。