与传统的家庭能源管理系统相比，智能电网环境下的家庭能源管理系统实现的功能更多、更复杂，需要全新的系统结构支持这些功能的实现。智能电网环境下家庭能源管理系统主要包括三类设备：用电负载、储能设备和分布式电源。根据用电模式和用户需求不同，用电负载分为可调度负载和不可调度负载。高压交流输电系统、洗衣机、干衣机、热水器、洗碗机、电动汽车、用于家庭泳池的抽水泵等，在一定条件下对这些设备的运行进行调度不会影响到用户的舒适度，它们是可调度负载。不可调度负载主要包括计算机、打印机、冰箱、家庭娱乐系统、照明系统、安保系统等，对这些负载进行调度会严重影响用户的需求满意度。对可调度负载的运行进行优化调度是实现居民侧需求响应的重要途径之

电动汽车是一种特殊的可调度负载，它不仅可以从电网中吸收电能满足用户的交通需求，而且还可以向家庭环境内的其他用电负载提供应急电能。大量电动汽车在集合者的协调下可以组成大规模的电动汽车群协同工作，通过联网功能在用电高峰期间将电动汽车存储的电能回馈给电网，起到调峰等辅助作用。电动汽车需要在家庭能源管理系统的控制下有序接入电网，以消除大量电动汽车无序接入电网造成的危害 。

居民侧的分布式可再生能源主要是风力发电和光伏发电。由于风能和光能的间歇性、随机性，以及风能的反调节特性，需要利用储能装置改善风电和光伏发电的电能质量，维持系统稳定，提高其利用率。风电、光伏发电主要供给用户自身使用，多余的电能卖给电网。

储能系统除了用于提高可再生能源的电能质量和电能利用率外，还可以在电力需求的“谷底”从电网吸取电能，在用电高峰时期供给家庭用电负载使用，或者售给电网来获取经济效益，降低用户的用电费用。

家庭能源管理系统与外界既有能量的交换，也有信息的交换。它通过智能电表与外部电网实现双向能量流动和计量。智能电表也是电力公司和家庭能源管理系统进行通信的信息接口。

用户可以通过Internet网络和家庭能源管理系统进行交互，比如通过Web页面监测当前家庭用能情况，对家庭用电设备进行控制。用户还可以与朋友、同事等进行节能比赛，获取节能建议等。用户也可以通过移动网络与家庭能源管理系统进行交互，实现上述功能。

智能电网环境下的家庭能源管理系统主要包含以下五个功能模块：

1)用户设置模块。用户通过人机界面对家庭环境内的设备进行参数设置，比如室内环境温度上下限、洗碗机的开始工作时间、电动汽车的充电完成时间等;可以设定不同用电设备的优先级;选定不同的控制模式。用户通过此模块完成与系统相关的所有设置。

2)检测模块。检测模块用于实现环境检测、设备检测和用户行为检测。环境检测包括室内的温度、湿度、光照等因素的检测;设备检测指用电负载、储能系统、分布式电源的工作状态检测，比如电动汽车的当前连接状态、充电功率、电池荷电状态等;用户行为检测包括用户物理位置检测和家庭环境内用户行为模式的识别。

3)预测模块。风电、光伏发电具有出力不稳定的特点，利用预测算法对其功率输出进行预测有利于提高它们的利用率。若用户采用实时电价，还需要对电价进行预测;另外，也可以对家庭环境内的负载进行预测，这些预测结果用于优化调度过程以提高系统性能。

4)优化调度模块。该模块是家庭能源管理系统的核心，它根据用户设置、设备工作状态、环境信息、人员活动信息、电价信息、可再生能源的出力预测等信息对家庭环境内的可调度用电负载及储能系统的运行进行优化调度，达到用户预先设定的某一最优目标，比如最小化用户用电费用等。

5)设备监控模块。该模块根据优化调度模块计算的结果对用电负载、储能系统的运行进行控制，实时监测设备的工作状态，并将设备的工作状态和当前的用电状态通过人机界面实时反映给用户。

家庭能源管理系统利用通信技术将家庭环境内的用电负载、分布式电源、储能装置及检测控制装置组成网络，实现用能的监控，并实现与外部网络信息流的双向流动。