能源交互服务家庭智能网关的设计与分析

能源交互服务家庭智能网关的设计与分析

周平炉杨宇王斌王雷曹卫华

（国网江西省电力有限公司鹰潭供电分公司江西鹰潭335001）

【摘要】随着社会的进步与物联网技术的发展，智慧家庭应运而生，家庭智能网关是智慧家庭的核心，能够实现内外信息交互。基于电力载波和NB-I0T物联技术，研究适用于家庭在线用电监测的家庭智能网关。通过外部网访问家庭网关，可以远程控制管理家庭终端设备；实现远程、自动控制以及家庭网络内部传输音频、视频流。为公司引领智能家居市场、占据最后一公里通信通道提供技术保障和支持。

【关键词】家庭智能网关；电力载波；物联技术

1引言

随着社会的进步与物联网技术的发展，用户对各类新兴家庭数字业务的需求也在逐步增加。2014年智慧家庭概念脱颖而出，由智慧家庭引出的一系列智能技术及设备成为现今研究的热点；传统的家庭网关已无法满足信息化时代的要求，智能网关应运而生。2017年3月，国家电网公司发布了《家用智能网关技术规范》。因此，设计一个技术先进、用户使用方便的家庭智能网关有着很大的实际意义。

家庭智能网关是智慧家庭的核心，通过智能家庭网关能够实现信息采集、信息输入、输出、集中控制、远程管理、联动控制等功能。电力载波技术在电表采集等场景已经充分应用，窄带物联网（NB-IoT）技术近年兴起，通过两种技术的结合实现智能家居的主控控制，在通信方式上已经可以解决，但如何控制、确保安全性上，尚缺乏实践。

2需求分析

计算网络技术和通信技术的发展以及人们物质生活水平的不断提高，都不断刺激着消费者对高品质家居的追求，智能家居概念深入人心。家庭智能网关不仅仅为家庭内部网络和家庭外部网络提供网络连接，而且能够实现家庭网络及设备的实时监控、用电信息的采集、信息的路由选择等功能。

本文家庭智能网关的设计目标是：为电力用户提供优质高效的供电服务，为智慧家庭负责具体的安防报警、家电控制、用电信息采集；通过无线方式与智能交互终端产品进行数据交互，提高用户的用电可靠性，提升消费者对电力需求的主动管理。为供电公司提升客户用电管理效率，提高电网的综合效率，节约投资成本。

3总体设计

智能家庭网关是家庭网络内外信息交互的枢纽，对外提供宽带互联网接口，对内为家庭内部的各种终端设备提供互联互通，并为家庭网络提供丰富和强大的其他功能。

基于国家电网发布的家庭智能网关技术规范，研制一款适用于家庭在线用电监测的家庭智能网关。

智慧家庭用电监测系统如下图所示。

2P监听器、剩余电流互感器和电池通过485连入家用智能网关，网关通过NB上传至系统主站，居民家庭用户可通过微信公众号、电视机等查看监测信息。

图示各部分功能介绍。

（1）2P监听器

一款2P大小的电力线载波监听器，能够读取同一电力线载波线上电能表的电流、电压和底数；实现电力线载波通讯监听。

（2）智能网关

一款8P大小的家用智能网关，可通过485通讯方式，完成与2P监听器的交互通信；通过wifi通讯方式，完成与交互终端的交互通信。

（3）交互终端

家庭交互终端可通过Wifi通讯方式，完成与网关的交互通信；通过HDMI，将监测信息展示于电视机上。

（4）剩余电流互感器

网关通过外接剩余电流互感器，实现剩余电流的监测。

（5）外接电池

网关通过外接电池，实现当出现停电时，外接电池继续支持网关工作。

4功能及技术特点

家庭智能网关与各部分协同工作，使用户读取报文的时间短（≤10s），数据接口方便；能够通过蓝牙和无线进行传输数据，工作时间长，支持停电不间断工作。

其实现的功能和技术特点如下：

（1）对家居环境中的各类智能设备进行有效的监管和控制，实时测量线路电流、电压和度数；监测家庭漏电情况，预防电气火宅。

（2）监测当前线路是否有电，当线路出现停电时，网关通过外接电池工作，上报停电信息提醒相关用户。

（3）实现复电故障定位功能。为电力用户提供优质高效的供电服务，电网故障及时排除，缩短停电时间，提升用电可靠性，保障电力用户正常生活生产

（4）通过设备的安装，让居民主动查看当前用电安全情况进而发现隐患消除隐患，降低事故发生概率。

（5）家庭智能网关预留RS485通讯接口，方便接入。

（6）用户在系统使用的过程中，网关会与多种类型的用户进行交互。出于安全和稳定性方面的考虑针对不同的用户类型，系统需要提供相应的权限管理。

（7）数据管理。在智能家居管理过程中会产生大量日志文件，通过有效的数据存储技术产生出定期报表，方便用户及时了解居家环境数据。此外，用户数据、设备数据以及设备运行过程中所产生的一些数据，也需要进行集中式的管理。

5结论

电网的角色正在从过去被动地提升供给以应付增加之用电需求，转变为对消费者需求的主动管理。基于电力载波和NB-I0T物联技术的家庭智能网关，从软件和硬件触发对家庭中各智能家电信息进行有机集成，从整体上提升能源供应链效率和安全经济水平。

为了使系统更具有实用性，在下一步工作中，需要以智能网关为出发点，挖掘更多实用的功能，添加更多的通讯协议。搭建起面向未来智慧家庭产业链开放合作的创新环境，开放兼容的网关特性，支持各种丰富智能设备平滑接入，以及不同厂家智能设备的有效互通，形成联动，提升用户体验。

参考文献:

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基金项目：研制一种融合电力载波和NB-IoT等物联技术的家庭智能网关