更多公众号：sh_heytz科技无边界最新文章相关作者文章搜狗：感谢您阅读物联网掀起家庭能源管理革命，本文由网友投稿产生，如果侵犯了您的相关权益，请联系管理员。近日，美国节能专家撰文称，智能电价、家庭能源管理和家庭储能等三项技术将成为家庭节能的主要方式。
智能电价可以随着用电量的日间和季节变化而不同，从而引导家庭进行合理的电力使用以节约能源支出。家庭能源管理主要依靠智能手机和家电等设备，帮助家庭对室内耗能设备的使用进行合理的时间安排。家庭储能则利用家用储能设备来满足家庭的电力需求变化，从而实现节能并减轻电网压力。
专家表示，目前美国6500万户家庭中仅有400万户采取了上述家庭节能措施，因此未来家庭节能市场的前景十分广阔。美丽中国(chinagl_org)　
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物联网掀起家庭能源管理革命 创造智能能源新价值
来源：物联之家 作者：日 09:57
[导读] 随着家庭局域网络及智能移动手机普及，加上物联网应用快速发展，使得智能家庭能源管理产品变得更亲民且功能更强大，大幅降低一般家庭参与电力需求面管理的进入门坎与成本。
面对气候变迁、全球暖化日趋严重的现实压力，全球正兴起一场新能源革命，在此大环境下，发展&智慧节能&已成为世界趋势，并开始延伸至家庭中。相较于传统电力系统电业单向供电模式，将物联网概念应用于家庭能源管理系统（Home Energy Management System，HEMS），可让电力公司及消费者进行实时联系与双向互动，从而有效管理与控制居家能源使用，以实现节约能源目的。
电力需求持续增加，是现今全球电力公司共同面临的问题，以中国为例，全社会用电量自2009年的36，430亿千瓦时增长到2014年的55，233亿千瓦时，复合增长率达8.68%。过去电力公司解决供电不足的方法，就是再盖电厂，但近年面临环保压力，电力公司逐渐转向由管理需求面来舒缓供电压力。发展电力需求面管理（Demand Side Management，DSM）措施，成为电力公司和客户端达到双赢的新思维，而且推动重心已开始由工业与商业部门，推广至家庭。
传统的电力需求面管理，系指电力公司借助鼓励和价格诱因措施，如高低峰电价差别费率，进而提高终端用户用电效率、改变用电方式和抑低高峰电力需求所进行的管理活动。然而，家庭用户具有&用电量少、用户数多、组成复杂&之特性，使电力需求面管理措施不易推广。对于电力公司而言，电力需求面管理不易实施且效益难以彰显。另一方面，用户只能在每个月收到电费账单时得知用电量，即使有心要配合调整用电方式，在有限信息下也难以下手，再加上电力需求面管理方案内容复杂一般民众难以了解，可节省的电费支出也有限，进而影响一般用户参与意愿。
物联网创造智能能源新价值
随着家庭局域网络及智能移动手机普及，加上物联网应用快速发展，使得智能家庭能源管理产品变得更亲民且功能更强大，大幅降低一般家庭参与电力需求面管理的进入门坎与成本。此外，在导入物联网技术，以及配合云端运算及海量数据分析应用后，使能源管理产品将不只是数据的收集，更重要的是收集分析资料后，所能创造的应用价值。
智能电表即是物联网在家庭能源管理应用的典范案例，与传统电表相比，电表不再只是计算电费的工具，智能电表会密集纪录用电信息，并将用电数据实时传送给电力公司、用户，甚至是能源服务业者。智能电表可协助电力公司更精确掌握电力需求动向，提高电网预测与调度能力；消费者则可掌握即实用电变化，并配合电价变动调整用电行为，使民众从被动式能源消费者，转为主动参与者，进而节省电费支出。
而完整的HEMS，可进一步结合智能电表、家庭局域网络、智能插座、家庭能源网关、智能家电、再生能源与储能等设备，通过能源管理应用平台，分析家中哪些设备耗费情况提供节能建议、设定节能目标、提供能源预警等服务。也可协助用户在兼顾舒适性下进行主动用电调，例如在电费较昂贵的高峰时段，自动关闭或调整高耗能电器，并将储存之再生能源高价卖电给电力公司。
消费者意识是市场发展的最大阻碍
家庭能源管理产品市场发展阻碍有二：1.家庭设备间互通互连问题、2.消费者购买诱因不足。家庭设备间互通互连为当前智能家居发展的共通性问题，在此不予赘述。另一个阻碍来自于，消费者对于采用能源管理产品来进行节能，并没有多大兴趣，特别是在电价低廉的地方，消费者对投资能否通过所节省的电费回收产生质疑。
过去Google PowerMeter之所以失败，主要其价值提供只有节能，因此即使软件是免费提供，仍不足以吸引用户主动上网使用，再加上与电力公司合作紧密度不足、缺乏利润来源支持，最终面临使用人数少须终止服务的局面，显示商业模式有其不足之处。为了跨越此一市场障碍，目前能源管理厂商主要有两大发展方向，包含&寻找其他人为消费者买单能源管理产品&，以及&结合其他应用创造新的价值诉求&。
寻找其他人为消费者买单能源管理产品，是目前许多公司确保利润来源的主要模式，近期受到瞩目的新创公司Opower、C3 Energy与Nest等，均朝此一方向发展。主要通过协助电力公司执行需量反应、进行能源数据分析或建构吸引消费者使用的能源管理平台等服务，由电力公司付费，免费提供产品与服务给消费者使用。
家庭能源管理产品与其他消费者需求链结共创价值，为另一个发展思维，目前主要整合领域包含居家安全、健康、影音娱乐三大方向。例如在施耐德与安保业者合作，将其Wiser HEMS整合的Connected Home平台，进行住宅发电、负载控制能源管理；日本积水房屋结合HEMS与健康传感器提供健康管理功能；美国大型有线电视服务公司Comcast与能源管理解决方案公司EcoFactor合作切入家庭能源管理市场等。
Opower通过分析智能电表数据提供个人化节能建议
美国能源管理软件公司Opower是近年少数在美国IPO的能源管理新创公司，客户主要以电力公司为主，目前全球已有95家电力公司客户，含盖超过5，000个企业与家庭用户。Opower借助分析电力公司所提供之庞大能源使用与客户数据，协助电力公司促进用户执行节能行为以及提升客户服务品质，例如Opower会利用多种沟通管道例如电子邮件、手机、纸本等，发送个人化警示讯息与具体节电建议，协助公用事业驱使消费者使用时间电价费率方案。
增加与消费者之间的黏着度，是Opowe与公用事业客户维持合作关系的关键，为此Opower结合海量数据分析与行为科学强化服务内容。Opower的所有产品都建立在海量数据分析上，为了以客制化方式将能源使用者分类，Opower采用Apache Hadoop架构来结合数百万电力客户的数据、温控器、天气等数据，利用数据库进行信息储存、分析与互动功能，提供消费者最适费率计划、最佳能源效率水平等消费者洞察解决方案。
另外，有鉴于能源用户并非可统一定义的群组，必须了解不同特性的用户，利用多种沟通管道，进行不同方式的营销手法，Opower首创行为科学技术应用于能源管理市场，Opower以行为科学的角度，通过影响消费者心理的非价格诱因，来带动消费者改变行为。例如通过行为科学研究发现竞争是激励团体最好的方式，于是Opower将环保意识和游戏结合，通过和邻居比赛相互激励和影响，改变消费者使用能源的方式。
日本企业结盟共创HEMS新商业模式
日本在311地震后加速推动智能电表与HEMS普及。有鉴于HEMS推广仍面临不符合成本效益的发展障碍，日本经产省投入40亿日圆，推动&大规模HEMS情报基盘整备事业&。计划自2014年9月起在1.4万户家庭进行示范，以建立信息传递标准化检讨、隐私保护机制等HEMS数据活用技术基础，以及挖掘HEMS数据商业化应用方向。
为了解决数据应用互操作性问题，该计划由NTT东日本、KDDI、Softbank与Panasonic 4家业者主导，正在建立统一的应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)，与共通数据处理平台，为核心企业。在商业模式发展上，考虑日本未来迈向分布式电力系统发展，与高龄化人口结构的两大社会需求，目前已在福冈县美山市等地示范HEMS新商业模式。包含以HEMS数据为基础预测该地区PV使用剩余电力进行余电收购预测、水电瓦斯节能诊断、时间电价规划优惠，以及通过HEMS数据掌握高龄者健康状况确保居家安全等4项服务。
对中国物联网产业发展的意义
一、能源管理产品必须串联其他服务共创价值
如何让使用者产生需求以及愿意付费，找到可行之商业模式，为未来能源管理产业急待解决之问题。单以节能为诉求难以吸引消费者购买，能源管理产品要能与其他服务串连使用，才能创造更多附加价值。另外，各区域市场家庭结构与文化背景之差异，往往形成不同的市场需求，深入了解各别市场需求找出当地特色的应用，将是厂商必须面对的课题。
二、找寻愿意吸收能源管理服务成本的第三方厂商
用户购买产品不用付费，相关成本由第三方厂商吸收，为家庭能源管理市场较具可行性的商业模式。我国目前电价相对较低，且需求面管理措施尚未普及至家庭，对于HEMS产品需求有限。但借助能源管理产品所汇集的庞大的数据，却可能为电力公司、建筑商、再生能源系统商、安保等第三方厂商，提供更多的附加价值，对于我国厂商而言将是较佳的合作与销售对象。
三、我国能源管理市场发展环境仍有待建立
电业市场环境自由化程度、电力需求面管理推动力度、再生能源普及程度、电费价格，以及是否有政府补助等，都是培育家庭能源管理市场发展的重要条件。若要让我国能源管理产业能茁壮起飞，能源政策与电力市场大环境的配合也相当重要。
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西安交通大学---智能家庭能源管理系统
&初窥门径&
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本帖最后由 卧龙风 于
22:37 编辑
团队信息：西安交通大学&&贾战培& & 师嘉悦& & 孙鸿& &季建廷
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1& &作品简介1.1 作品名称智能家庭能源管理系统。1.2 作品简介智能家居控制系统通过网络将所有的家用电器连接起来，并对它们进行集中控制、监测，用户可以清楚地观察电器的运行情况和家庭的环境状况，并且可以实现对家庭电器的自动化控制。目前的智能家居控制系统安装成本高，系统复杂，并且只是具有控制电器通断的功能，并不能根据用户的行为习惯，制定合理的用电建议，实现个性化的自动控制。本作品主要由硬件系统和软件控制平台组成，硬件系统由智能电表，红外控制模块，协议转换模块，温湿度等外部传感器和智能开关组成，将各个模块连接到同一个局域网内，实现手机的集中控制。软件控制平台分为客户端和Server端，Server端负责采集电表和外部传感器数据，利用负载识别和机器学习技术，分析用户行为习惯，结合动态电价和外部环境数据，针对不同用户给出个性化的控制策略。客户端接收Server端的控制策略，通过局域网发送控制指令，实现对家庭电器的智能控制，并且客户端提供自动和手动两种控制模式，让用户可以在自动控制和手动控制之间自由切换。我们计划实现硬件系统，并将客户端部署到Android移动平台，Server端部署在云平台上，为用户提供统一、优质、稳定的服务。2& &创意来源炎热夏日，想要一回家就有凉爽的环境？运动过后，想要已经烧好水可以直接洗澡的热水器？躺着沙发上，不想起身，却想打开灯的开关？冬天到了，家中是否干燥，需不需要开加湿器？想要响应绿色节能的号召，却不知从哪里下手？这些问题，智能家庭能源管理系统都可帮您解决。智能家居是人们的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居系统，实现家庭生活更加安全，节能，智能，便利和舒适。以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过电话、电脑来远程遥控您的家居各智能设备。例如在手机通过gps检测到您在回家的路上，便可提前打开家中的空调和热水器；到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来；回到家里，使用遥控器您可以方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围……这一切，您都可以安坐在沙发上从容操作，一个控制器可以遥控家里的一切，比如拉窗帘，给浴池放水并自动加热调节水温，调整窗帘、灯光、音响的状态；在公司上班时，家里的情况通过各传感器检测，将数据显示在办公室的电脑或手机上，随时查看。随着互联网技术、通信技术的不断发展，上述的功能都已经得到了不同程度的实现。然而，上面提到的一切都需要人为主动参与，并不能称作真正的“智能”，于是我们计划通过负载识别和机器学习算法，实现人为被动参与的、系统主动智能调度控制的智能家居系统。在我们的设计中，这套系统可以采集人的行为，包括社交信息、作息规律、GPS信息等等，结合动态电价和人的行为来预测家电的控制行为，并且由系统实施自动的优化调度，将人们从传统智能家居系统中繁杂的控制选项的操作中解放出来，实现一键智能控制。除此之外，日益凸显的能源问题和环境问题是二十一世纪人类面临最严峻的挑战之一。在总的能源消耗中，电能消耗占其中的28%；而在全国用电总量中，居民用电总量占其中的很大一部分。所以，研究智能家居控制系统，为居民提供合理的用电建议，能够减少居民能源消耗，达到绿色生活的目的。3& &详细说明
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图3-1 智能家居能源优化系统结构图本项目开发支持多种智能设备（包括智能手机、智能手环和智能手表等）的智能家居能源优化软件原型系统；同时系统还搭建了智能家居系统平台，包括典型家用电器设备、家居环境传感器和智能开关。本智能家居能源优化系统如图3-1所示，主要包括智能手机客户端，智能网关和智能家居能源优化服务器三部分。3.1 智能手机客户端智能手机客户端是部署于移动终端的综合应用软件，可以与用户进行交互，是用户操作家电设备、查阅相关内容和进行个人定制的平台，此外客户端还采集可穿戴设备数据、GPS信息和社交网络信息，并将其上传到服务器数据库以便进行后续处理。其主要的功能模块有：数据采集模块，包括可穿戴设备传感器（本项目中采用微软手环）数据以及社交网络（微博、短信、日历）信息的提取；个人定制模块，包括家庭地址设定以及家庭中各房间内智能设备的设定；UI操作模块，通过Android控件实现家庭、个人、统计、设置四个页面的展示。手机客户端所采用的技术主要有：(1)& &数据采集模块：可穿戴设备通过蓝牙、wifi等方式与智能手机连接，在android中调用微软手环API，定时地从手环传感器收集数据，同时在手机客户端对采集到的数据进行一个初步判定，分析运动状态之后将数据发送到服务器数据库；社交网络信息在android工程中导入了一个weiboSDK库，可以使用新浪微博的API接口，进行数据保存和传输时使用了SQLite技术。数据处理时会将多个数据信息进行交叉验证，以提高判定事件的准确性。(2)& &个人定制模块提供针对用户的个人定制服务，即可以根据用户家中的实际情况给用户提供针对个人或者家庭的家电管理定制。通过将不同地区的电价情况、环境状况与用户的设备运行状态和能耗费用信息对比，凸显节能效果，同时使整个应用更加智能化和独特化，更加适于进行商业推广。(3)& &UI操作模块包含了安卓客户端的人机交互界面，有家庭界面、个人界面、统计界面和设计界面。采用了android的各种控件以及fragment、activity之间数据传递以及交互技术，通过向服务器请求并解析GSON语句来适配不同的数据，调用了github中的charting库来绘制统计图表
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& && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && &&&(g)& && && && && && && && && && & (h)图3-2 智能手机客户端界面如图3-2所示为智能手机客户端的界面，其中：图3-2(a)为家庭信息界面，主要显示用户的室内环境及室外环境信息；点击图中的【家庭控制】按钮，可以进入家电设备控制界面，显示空调、热水器、照明设备、智能插座和窗帘的状态信息以及实现手动控制，如图3-2(b)所示；点击【家庭线路】按钮，会显示家庭各线路的有功功率、无功功率和本月功耗，如图3-2(c)所示；图3-2 (d)为个人信息界面，上半部分显示用户的最新状态信息，下半部分表示已经检测到的用户活动事件，相对应的事件详情及联动设备的控制决策分别如图3-2(e)和图3-2 (f)所示；统计界面如图3-2(g)所示，显示智能家居系统调度的舒适程度和节能减排度，总共两个曲线图，一个是室内状况对比图，另一个统计图是用电统计图，同时还可以通过数据库中的历史数据由用户选择查阅任何一天的统计图；设置界面如图3-2(h)所示，用来进行GPS授权、微博授权、设置用户的家庭地址、设置对于GPS数据、采集微博数据、采集短信数据和采集日历数据的频率，同时设置用户家中房间与家电的对应关系。3.2 智能网关智能网关是系统中的关键部分，主要实现：1、与家居环境传感器建立连接，获取传感器采集的传感数据；2、与智能电表进行通信，获取功率数据；3、与智能家电建立连接，实现对其的控制。其中，它通过TCP协议与服务器、家居环境传感器进行通信，通过Modbus-TCP协议与智能电表进行通信，通过UDP协议与智能家电进行通信。在环境传感数据采集中，采用了支持网络通信的模块作为环境数据传感器模块，模块利用TCP协议进行通信，传输的应用层字节转为ASCII码字符即可获取到环境的信息；在智能电表数据采集中，调用了基于Modbus协议智能电表通讯库，引用了Jamod的Jar包，并封装相应的数据访问接口、数据解析类、数据访问类。在使用Scheider电表的日志功能时，由于Jamod库的缺陷，设计了底层数据访问的接口和类。在智能家电控制过程中，利用相关厂商提供的信息，采用UDP协议，对设备发送有特殊含义的控制字段。家居环境传感器与智能电表获取到的所有数据都会经过智能网关上传到能源优化服务器；由智能手机客户端发送的设备控制指令也会存入能源优化服务器数据库，智能网关定时轮询数据库，根据指令与设备通信，从而实现控制。3.3 智能家居能源优化服务器智能家居能源优化服务器是智能家居系统的核心部分，采用Maven进行管理，主要实现：1、提供通信资源；2、调用优化模型；3、调用外部API。其中，服务器采用Jersey、Hibernate与Spring框架来方便架构，为智能手机客户端与家庭网关提供了GET、POST等资源，从而实现了对数据库数据的增删查改；智能手机客户端和智能家居传感器网络获取的数据在能源管理服务器进行处理，依据前文方法分析用户行为，估计舒适度需求，建立用户的家居系统模型，并进行优化问题求解，得到家居用电设备的控制策略，控制策略将被发送到智能家居的控制终端，通过控制器控制电器设备；同时，服务器调用了百度地图API与和风天气API，从而能够获取外部数据并实现一些特殊的方法，如经纬度与地点的相互转换、获取当前室外温度等，为优化模型的输入数据做准备。
4& &实现计划4.1 软硬件控制平台我们搭建了一套软硬件平台用于空调，热水器，节能灯，电视等设备的智能自动控制。
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图4-1 软硬件控制平台如图4-1所示，系统主要包括硬件平台和软件平台。硬件平台由智能电表，红外控制模块，协议转换模块，温湿度等外部传感器和智能开关组成。将各个模块他们连接到同一个局域网内，实现模块之间的相互通信。图4-2展示了软硬件控制平台的工作流程。
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图4-2 软硬件控制流程图服务器：负责从智能电表中采集数据，用于负载识别，用户行为分析和优化控制策略生成。手机：用户可根据自己需要选择自动和手动控制模式。手动控制模式可允许用户通过手机实现各种设备的远程遥控；自动模式下，手机可根据服务器生成的个性化控制策略，通过无线网络发送指令，实现家庭电器的智能控制。
4.2 硬件通信模块4.2.1 原理和扩展性硬件通信中，采用了支持TCP/IP协议和使用IEEE802.11n/g/b标准的无线路由器来组建整个家庭无线通信局域网。数据服务器使用网线与智能电表和该无线路由连接；智能插座开关和红外遥控模块以及温湿度传感器都使用无线通信连接到家庭局域网，通过在智能手机上运行我们开发的软件，可以实现用电数据、家庭环境数据等的实时获取，以及实现家庭设备控制指令的下发。由于使用了无线通信方面的标准协议，所以只要是支持该协议的设备均可以连入该局域网；同时，那些不支持TCP/IP协议的设备，可以通过相应的网络协议转换设备连接到本网络，方便了未来设备的扩展。4.2.2 通讯模块设计由图4-1可知，目前的软件系统中，红外控制模块通过Wi-Fi连入家庭局域网，主要复杂对家庭中的红外设备（比如空调和电视机）的控制，该红外控制模块的控制码可以自行编写和学习，具有较高的使用灵活度；温湿度传感器也通过Wi-Fi连入家庭局域网，主要用于量测家庭内的温度和湿度数据并提供给数据服务器；智能插座开关也是通过Wi-Fi连入家庭局域网，之后便一直处于等待状态，等待用户下发的控制指令；智能电表通过网线连接到数据服务器，由数据服务器采集电力数据并进行存储和处理；最后，用户使用智能手机运行我们的软件连接到局域网后，就可以从数据服务器获取相应的电力数据和家庭环境数据，并可以通过局域网直接向控制设备下发控制命令。4.2.3 软件架构我们将控制软件部署到了Android移动平台。软件架构方面我们采取手机端、家庭网关和Server端相结合的方式，家庭网关负责采集室内数据，控制家电，Server端进行数据分析，负载识别，用户行为分析和控制策略的生成；手机端通过和Server进行通信，给用户展示个性化的控制策略，以及通过发送指令进行实际的设备控制。考虑到阿里云等云平台的稳定、安全、易用、低成本等特性，未来拟将Server端服务部署在云平台上。图4-3展示了Android平台软件的整体架构。Android平台目前是以独立软件的形式存在，主要由网络数据访问模块，控制模块，数据库模块，算法处理模块和视图渲染模块组成，完成生成、展示控制策略和进行实际控制功能。未来将会考虑和云端的服务器进行数据交互。
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图4- 3 Android平台软件整体架
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