CN100535951C

CN100535951C - 负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法

Info

Publication number: CN100535951C
Application number: CNB2006101323284A
Authority: CN
Inventors: 王政; 张东进; 刘伟俊; 刘继荣; 王大勇
Original assignee: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: CN101000710A

Abstract

本发明提供一种负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统，包括主控模块、数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块、电源模块，所述数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块与主控模块及电源模块相连接，所述抄表模块与电网中各电表相连接。一种利用上述系统实现的方法，通过对系统的信号采集模块获得的数据的计算与分析，进行电量测量与控制；结合抄表模块与时间模块，管理多个不具备分时计费功能的电度表，使其具备复费率表的通讯、分时计费、需量统计、负荷切除等功能。本发明具有操作简单，使用方便，利于改造，节约成本，经济效益好的特点。

Description

负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法

技术领域

本发明涉及电力行业的电力电量测量及电能管理技术，特别涉及一种负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统及其实现方法。

背景技术

近几年来，随着新技术的不断涌现，电能表的产品结构发生了巨大变化。目前电能表品种已达上百种，年生产能力在2亿台左右，市场容量大约在8000万～9000万台。从我国自行研制第一台电能表至今，电能表产品已经历了数次更新换代，特别是近几年来为了与国际上电能表产品发展同步，无论是技术水平、生产水平，还是产品质量等方面都发生了质的飞跃，新式样、新功能的电能表产品纷纷问世：从感应式电能表到电子式电能表，从单一计费功能的电能表到多费率、多功能电能表，从依靠人工抄表到远程自动抄表，IC卡电能表、多用户电能表、模块化电能表也相继研制成功并投入生产和使用。电能表也从低附加值向高附加值过渡，技术含量大大增加。电能表不再仅作为单一仪表而存在，已由单一的计量抄表功能向模块化、智能化、多功能、系统化和多元化发展。目前，我国电能表的市场份额基本上是感应式与电子式六四分成，但电子式电能表呈现进一步发展的趋势。而在电子式电能表中又以多费率、多功能电能表势头最为强劲。多费率电能表大约占整个电能表市场总量的4％～5％，销售量400万～500万台；多功能电能表大约占总量的1％～2％，销售量200万台左右。在感应式电能表中长寿命型所占份额有所上升，并已成为市场的主流。但在目前，绝大多数工厂与企业使用的还是老式电能表。

另一方面，分时计费实现了电价的峰谷机制，无形中利用经济杠杆促使用户主动采取避峰填谷措施，促进电力均衡生产，均衡用电；能降低高峰负荷时系统的压力，提高负荷系数，充分利用电网低谷电量，发挥发、供电设备的能力，取得显著的经济效益，因此，随着分时计费在我国开始大范围、长时间跨度的实施，相应的电表改造工程也日益紧迫的提上了日程；目前面临的主要问题是对老式电能表进行改造，使其实现分时计费的效果，提高用电效率。目前我国现有的能量管理设备一般只是电力数据采集存储处理及与主站进行远程数据交换的设备，且被管理的均须带有RS485通讯接口或其他通讯接口的智能表。由于通常需接20～30台，速度较慢且需借助其他设备与软件方能实现数据的浏览与分析。而多费率、多功能电能表的功能则还仅停留在单独线路测量基础上。所以，提供一种能有效地对现有老式电能表进行改造，同时实现对多个电能表进行电量负荷控制及多路分时计费功能的电能复合管理技术具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种操作简单、使用方便，能同时实现电压、电流、功率因数、频率、有功电度、无功电度、谐波等电量测量及负荷控制并同时管理多个不具备分时计费功能的电度表，使其具备复费率表的分时计费、需量统计、负荷切除等功能的负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统。

本发明的另一目的在于提供一种由上述系统实现的负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统，包括主控模块、数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块、电源模块，所述数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块同时与主控模块及电源模块相连接，所述抄表模块与电网中各电表的脉冲输出接口连接。

所述的主控模块包括单片机、铁电存储器、看门狗及外围电路，所述铁电存储器、看门狗及外围电路与单片机相连接；所述单片机包括控制器内核、数据存储器、程序存储器、串口、A/D、D/A转换芯片，所述串口与通讯模块连接。

所述数据采集模块包括电流互感器、电压互感器、放大回路与电能测量芯片，所述电流互感器、电压互感器通过放大回路连接至电能测量芯片，电能测量芯片通过串行外设接口(SPI)与主控模块相连接通讯。

所述抄表模块由N路直流24伏脉冲采集回路组成，每个脉冲采集回路均通过光电耦合实现信号隔离。

一种由上述系统实现的负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法，包括下述步骤——

(1)同时通过系统的信号采集模块及抄表模块获得数据，所述信号采集模块采集线路电压、电流、频率等电量信号；所述抄表模块采集各路电表发送的脉冲。

(2)利用主控模块计算与分析所获得的数据，判断电量指标，并对超负荷进行控制；同时，通过按时间段对各普通脉冲式电表传送的脉冲个数的统计、计算与存储，获得各路累计电度值及相应的费用，使其具备复费率表的分时计费功能；判断电度值是否超标并执行相应的处理。

所述步骤(1)具体可为：信号采集模块采集的信号经电能芯片处理后以24位补码的数据形式传给主控模块；同时，抄表模块将采集的各路电能脉冲经去除抖动、计数后传送至主控模块。

为避免开关量将现场干扰带入设备内部，所述抄表模块将采集到的脉冲(开关量)经光电耦合隔离后传入主控模块。

所述步骤(2)具体可包括下述步骤：

(2-1)对24位补码形式的数据进行解码、数字滤波、计算、补偿，将获得的三相电压、电流、正/反向有功、正/反向无功、功率因数、频率、正/反向有功电度、正/反向无功电度、谐波等电量指标的实时数据以十进制形式通过显示模块显示。

(2-2)对各电量指标是否超出设置值进行逻辑判断；如是，根据用户设置发出警告，或直接通过执行模块控制外部回路切除对应负荷。

(2-3)主控模块计算各路脉冲电度，根据从时间模块提取的当时时间，获得各路脉冲电度与本机有功电度的累计费用；更新、保存相应的日、月、总能耗与费用值，并通过显示模块显示。

(2-4)对各路脉冲电度与本机电度是否超标或达到某个限值(用户根据实际情况设置)进行逻辑判断，如是，根据用户设置发出警告，或直接通过执行模块控制外部回路切除对应负荷。

本发明的作用原理是：利用本负荷控制及多路分时计费电能复合管理系统在实现三相电压、电流、正/反向有功、正/反向无功、功率因数、频率、正/反向有功电度、正/反向无功电度、谐波的实时测量与显示，过负荷保护等功能的同时，通过抄表模块采集其他各路无计费功能电表的脉冲输出，对其进行分时计费管理与计算，将这些不具备分时计费功能的电度表按时间段进行时间设置(峰、谷、平、峰峰等)与计费用设置，通过按时间段对各电表传送的脉冲个数的统计、计算与存储，获得其日、月、总能耗与对应费用的翔实数据，使其具备复费率表的分时计费功能；并能以此为基本判断依据，及时发现电力负荷故障，及时进行排除。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)节约成本，利于改造

利用本系统一个管理终端可同时管理N台脉冲式电表，实际效果相当于N+1台多费率电能表(N≥24)，所有数据均可通过通讯读取，极大地节约了成本且在最大程度上利用了现有设备，所有数据均可通过通讯读取，可有效地应用于对现有大规模存在的电表进行改造，经济效益非常明显。

(2)全电量测量功能

本系统在实现多路分时计费电能管理的同时，还具备对其中任意一条线路三相电压、电流、正/反向有功、正/反向无功、功率因数、频率、正/反向有功电度、正/反向无功电度、谐波测量的能力，从而实现对重要线路的重点监测与安全控制。

(3)具有故障切除能力

按照用户的设置，可实现对故障线路，或过能耗线路的自动切除。

(4)实时数据就地显示

本系统与被管理的脉冲式电表的全部数据均可实时显示，不需任何其他设备与软件，方便用户与工作人员迅速掌握第一手资讯。

(4)通讯速度快

本系统管理终端使用通用的RS485通讯接口(19200bps)，由于电网中电能表上传的数据均在本系统管理终端中完成了计算与处理，数据量小，且只需与管理终端，而不是分别与N台电能表通信，通信次数与通信时间都有相当的减小，极大的提高了通信速度。

(5)抗干扰能力强

本系统管理终端与电网中电能表只通过脉冲输出端口连接，通过脉冲信号采集模块入口的光电耦合器件，对输入信号进行了物理隔离(隔离电压1500V)，在提高装置安全性能的同时，对抗干扰能力也有较大的提高。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是图1所示系统与外部连接的示意图。

图3是图1所示系统的抄表模块工作流程图。

图4本发明系统的分时计算流程图。

图5是图1所示系统的数据采集模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

图1和图2示出了本发明的具体结构，本发明用于电网系统内用户侧的电量测试与电能管理，由图1可见，本系统包括主控模块、数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块、电源模块，所述数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块同时与主控模块及电源模块相连接，所述抄表模块与电网中各电表的脉冲输出接口连接，形成图2所示的连接关系；具体是抄表模块1提供N对24V有源接点，与电表的脉冲输出一一相连，为避免开关量将现场干扰带入装置内部，采集到的脉冲(开关量)经光电隔离后传入主控模块5，具体如图3所示。主控模块5将数据处理后，将统计结果送至显示模块2；用户通过键盘控制模块7进行查询与相关参数设置；利用通讯模块3可实现用通讯方式(MODBUS规约)对复合终端进行参数整定、对时、数据读取与执行模块控制；通过执行模块4根据命令执行开关量输出；电源模块9按实际情况可选220V或110V输入(交直流通用)，它的输出与各模块相连接。所述主控模块5由MPU芯片、铁电存储器、看门狗及外围器件连接构成，其中，MPU芯片为Cygnal公司的C8051F120，该芯片为完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片，所有模拟与数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置，FALSH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并容许现场固件更新；100MIPS的高速CIP-51内核保证了运算的速度与实时性要求。存储器则选用FM24C256串行非易失性铁电存储器(32KB，读/写寿命100亿次，写数据无延时，掉电数据保持10年，总线速度最高1MHz)；所述数据采集模块8如图5所示，由内置的A相、B相、C相电流互感器、零序电流互感器、A相、B相、C相电压互感器、电能测量芯片、放大电路等构成，各电流互感器、电压互感器通过放大回路连接至电能测量芯片，电压互感器、电流互感器采集的信号经放大回路进入电能测量芯片，在电能测量芯片的输出端通过串行外设接口(SPI)以全双工串行总线方式与主控模块5的输入端相连接进行通信；电能测量芯片选用高精度的ATT7022B(集成六路二阶Sigma-Delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路，5V供电)，该芯片在输入动态工作范围(1000∶1)内，非线性测量误差小于0.1％。

本系统的工作原理是：主控模块5对终端内所有模块的工作进行控制、协调，对数据采集模块8与抄表模块1提供的数据进行运算、逻辑分析与统计，装置提供一年8个季节，每天12时段(精确到分钟)的复合分时设置，利用系统内其他普通脉冲式电表(电表数量≥24)的脉冲输出数据与本系统强大的运算能力，通过提取时间模块提供的精确当前时间，对输入的数据进行分时段处理并进行日、月、总电度与金额的累计与统计，具体参阅图4。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)同时通过系统的数据采集模块及抄表模块获得数据，所述数据采集模块采集回路电压、电流、频率；所述抄表模块采集各路电表发送的脉冲；所述数据采集模块采集的信号经电能芯片处理后以24位补码的数据形式传给主控模块；同时，抄表模块将采集的各路电能脉冲经去除抖动、计数后传送至主控模块；

所述系统包括主控模块、数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块、电源模块，所述数据采集模块、时间模块、抄表模块、执行模块、显示模块、通讯模块、键盘控制模块同时与主控模块及电源模块相连接，所述抄表模块与电网中各电表的脉冲输出接口连接；所述抄表模块由N路直流24伏脉冲采集回路组成；

所述的主控模块包括单片机、铁电存储器、看门狗及外围电路，所述铁电存储器、看门狗及外围电路同时与单片机相连接；所述单片机包括控制器内核、数据存储器、程序存储器、串口、A/D、D/A转换芯片，串口与通讯模块连接；所述数据采集模块包括电流互感器、电压互感器、电能测量芯片、放大回路，所述电流互感器、电压互感器通过放大回路连接至电能测量芯片，电能测量芯片通过串行外设接口与主控模块相连接通讯；

(2)利用主控模块计算与分析所获得的数据，判断电量指标，并对超负荷进行控制；同时，通过按时间段对各普通脉冲式电表传送的脉冲个数的统计、计算与存储，获得各路累计电度值及相应的费用，判断电度值是否超标并执行相应的处理。

2、根据权利要求1所述的负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法，其特征在于：所述抄表模块将采集到的脉冲经光电隔离后传入主控模块。

3、根据权利要求1所述的负荷控制及多路分时计费电能复合管理方法，其特征在于：所述步骤(2)包括下述步骤：

(2-1)对24位补码形式的数据进行解码、数字滤波、计算、补偿，将获得的三相电压、电流、正/反向有功、正/反向无功、功率因数、频率、正/反向有功电度、正/反向无功电度、谐波的实时数据以十进制形式通过显示模块显示；

(2-2)对各电量指标是否超出设置值进行逻辑判断；如是，根据用户设置发出警告，或直接通过执行模块控制外部回路切除对应负荷；

(2-3)主控模块计算各路脉冲电度，根据从时间模块提取的当时时间，获得各路脉冲电度与本系统有功电度的累计费用；更新、保存相应的日、月、总能耗与费用值，并通过显示模块显示；

(2-4)对各路脉冲电度与本系统电度是否超标或达到某个限值进行逻辑判断，如是，根据用户设置发出警告，或直接通过执行模块控制外部回路切除对应负荷。