CN102130403B

CN102130403B - 一种双向计量插座及系统

Info

Publication number: CN102130403B
Application number: CN2010100343728A
Authority: CN
Inventors: 宋伟; 高舜安; 宁文元; 田云峰; 易忠林; 王思彤; 袁瑞铭; 周晖; 殷庆铎; 章鹿华; 干体兵; 张一禾; 黄庆
Original assignee: North China Electric Power Research Institute Co Ltd; North China Grid Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power Research Institute Co Ltd; North China Grid Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: CN102130403A

Abstract

本发明提供一种双向计量插座及系统，该双向计量插座包括：电能输入端口，用于通过电力线接收外部发电设备传送的供电电能；电能输出端口，用于向外部用电器传送供电电能；双向计量单元，用于计量经电能输入端口送入的供电电能的供电量，并计量经电能输出端口送出的供电电能的耗电量；载波通信单元，用于通过电力线接收外部发电设备传送的供电信息；中央处理单元，用于对供电量、耗电量和供电信息进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元，用于将用电计量信息无线输出。完成对用户用电数据的采集，使得用电数据通过无线网络传输到电网控制中心或家用显示终端，保证电网的安全性，并能提高电网的运行效率。

Description

一种双向计量插座及系统

技术领域

本发明关于电力系统的电能计量技术，尤其关于智能电能计量及控制技术，具体的讲是一种双向计量插座及系统。

背景技术

在世界能源日趋紧张的情况下，如何更好的利用现有的电力资源成为各国发展战略，而想要更好利用现有电力资源的前提就是需要统计及控制各种消耗电力的设备使用状态，同时为了方便电力用户对家庭用电设备地管理和控制，带有控制和显示功能的智能插座逐渐发展起来。

在现有技术中，智能插座有很多，但是，这些智能插座均属于计量耗电数据的单向计量控制插座。如图1所示，发电厂通过电力输送线路将电能送入用户的家中，入户电表100与电力输送线路相连接，用户家中的四个智能插座（101a,101b,101c和101d）与电表100相连接，其中：智能插座101a与空调102相连接，用于为空调102提供电能并计量空调102的耗电量；智能插座101b与冰柜103相连接，用于为冰柜103提供电能并计量冰柜103的耗电量；智能插座101c与电脑104相连接，用于为电脑104提供电能并计量电脑104的耗电量；智能插座101d与电视机105相连接，用于为电视机105提供电能并计量电视机105的耗电量。图1中的智能插座（101a,101b,101c和101d）均属于计量耗电数据的单向计量控制插座。

发明内容

本发明实施例提供一种双向计量插座及系统，用以完成对用户用电数据的采集，使得用电数据通过无线网络传输到电网控制中心或家用显示终端，使电网控制中心或家用显示终端能通过这些信息来调节控制电网运行和切换，保证电网的安全性，并能提高电网的运行效率。

本发明实施例的目的之一是，提供一种双向计量插座，该双向计量插座包括：插头，用于与电力线相连接；插孔，用于与外部用电器或外部环保发电设备相连接；双向计量单元，用于计量外部用电器的耗电量，或反向计量外部发电设备的发电量；中央处理单元，用于对发电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元，用于将用电计量信息无线输出；多个指示灯，用于对电源工作状态和用电计费状态进行指示，所述的多个指示灯包括：设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；继电器，用于断开或导通电力线与外部用电器或外部环保发电设备的连接；继电器控制按键，用于控制所述继电器的导通和断开。。

本发明实施例的目的之一是，提供一种双向计量插座系统，该系统包括：双向计量插座和显示终端；其中，双向计量插座包括：插头，用于与电力线相连接；插孔，用于与外部用电器或外部环保发电设备相连接；双向计量单元，用于计量外部用电器的耗电量，或反向计量外部发电设备的发电量；中央处理单元，用于对发电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元，用于将用电计量信息无线输出；多个指示灯，用于对电源工作状态和用电计费状态进行指示，所述的多个指示灯包括：设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；继电器，用于断开或导通电力线与外部用电器或外部环保发电设备的连接；继电器控制按键，用于控制所述继电器的导通和断开；显示终端包括：无线通信单元，指令生成单元，中央处理单元和显示单元；无线通信单元用于接收双向计量插座输出的用电计量信息；指令生成单元用于生成控制双向计量插座工作的控制指令；中央处理单元将用电计量信息显示在显示单元上，并将控制指令通过无线通信单元发给双向计量插座。

本发明实施例的效果在于，对用户用电数据进行采集，对外部发电设备，特别是环保发电设备的发电信息进行接收，并对供电量和耗电量进行双向计量，使得用电数据、发电信息和计量数据通过无线网络传输到电网控制中心或家用显示终端，使电网控制中心或家用显示终端能通过这些信息来调节控制电网运行，保证电网的安全性，并能提高电网的运行效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为现有技术中智能插座系统的示意图；

图2为本发明双向计量插座系统的示意图；

图3为本发明的双向计量插座的结构框图；

图4为本发明实施例1的双向计量插座系统的示意图；

图5为本发明实施例1的双向计量插座的结构框图；

图6为本发明实施例1的双向计量单元的结构框图；

图7为本发明实施例1的中央处理单元的结构框图；

图8为本发明实施例1的继电器电路图；

图9为本发明实施例1的按键电路图；

图10为本发明实施例1的指示灯电路图；

图11、图12为本发明实施例1的双向计量插座的外壳示意图；

图13为本发明实施例2的显示终端的结构框图；

图14为本发明实施例2的系统通信流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图2所示，本发明具体实施方式的双向计量插座系统中，包括：通过入户电表200输入的来自外部普通发电设备（如：水电设备或火电设备）发出的供电电能，或通过环保发电设备206（如太阳能设备或风能设备）发出的供电电能；用户家中的五个双向计量插座（201a,201b,201c，201d和201e）与电表200相连接，其中双向计量插座201e接收环保发电设备206提供的供电电能并计量环保发电设备206的供电量；双向计量插座201a与空调202相连接，用于为空调202提供电能并计量空调202的耗电量；双向计量插座201b与冰柜203相连接，用于为冰柜203提供电能并计量冰柜203的耗电量；双向计量插座201c与电脑204相连接，用于为电脑204提供电能并计量电脑204的耗电量；双向计量插座201d与电视机205相连接，用于为电视机205提供电能并计量电视机205的耗电量。图2中的双向计量插座201e在接收环保发电设备206提供的供电电能时，同时接收环保发电设备206通过电力线载波传来的发电量信息，并将接收的发电量信息提供给用户。

如图3所示，双向计量插座（201a,201b,201c、201d或201e）包括：插头301，用于与电力线相连接；插孔307，用于与外部用电器或外部发电设备相连接；双向计量单元303，用于计量外部用电器的耗电量，或反向计量外部发电设备的发电量；控制单元304，用于对供电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元305，用于将用电计量信息无线输出；载波通信单元302，用于通过所述电力线接收外部发电设备传送的供电信息；显示单元306，用于对所述的用电计量信息和供电信息进行显示。插头301为三相电能插头；插孔307为三相电能插孔。

实施例1

如图4所示，本实施例的双向计量插座系统包括：通过入户电表400输入的来自外部普通发电设备（如：水电设备或火电设备）发出的供电电能，或通过环保发电设备406（如太阳能设备或风能设备）发出的供电电能；用户家中的五个双向计量插座（401a,401b,401c，401d和401e）与电表400相连接，其中双向计量插座401e接收环保发电设备406提供的供电电能并计量环保发电设备406的供电量；双向计量插座401a与空调402相连接，用于为空调402提供电能并计量空调402的耗电量；双向计量插座401b与冰柜403相连接，用于为冰柜403提供电能并计量冰柜403的耗电量；双向计量插座401c与电脑404相连接，用于为电脑404提供电能并计量电脑404的耗电量；双向计量插座401d与电视机405相连接，用于为电视机405提供电能并计量电视机405的耗电量。图4中的双向计量插座401e在接收环保发电设备406提供的供电电能时，同时接收环保发电设备406通过电力线载波传来的发电量信息，并将接收的发电量信息提供给用户。

如图5所示，双向计量插座包括：插头501，用于与电力线相连接；插孔510，用于与外部用电器或外部环保发电设备相连接；继电器509用于断开或导通电力线与外部用电器或外部环保发电设备的连接。

功能按键508控制继电器的导通和断开。双向计量单元503用于计量外部用电器的耗电量，或反向计量外部环保发电设备的发电量；电力线载波通信单元502用于通过电力线接收外部环保发电设备传送的供电信息，电力线载波通信单元502利用逆变器与双向计量插座之间的电力线通道，可以接收到逆变器发来的发电量信息，例如：分布式能源发电功率、预计持续时间等信息供用户参考；中央处理单元504用于对所述的供电量、耗电量和供电信息进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元505用于将用电计量信息无线输出。插头501为三相电能插头，可插在用户墙上的电插座上；插孔510为三相电能插孔，可被用电器或环保发电设备的插头插入。显示单元506用于对所述的用电计量信息进行显示。存储单元507用于对所述的用电计量信息进行存储。

如图6所示，双向计量单元包括：电压输入模块601b：线电压经过电阻分压器或变压器输出连接到计量芯片的V_IN+和V_IN-输入引脚。电流输入模块601a：电流分流器或互感器的输出被连接到计量芯片的I_IN+和I_IN-输入引脚。电压电流信号处理模块602将电压和电流通道用2阶ΔΣ调制器，将模拟信号输入转化为数字信号，并将电压和电流测量的数据经过高低通滤波器，计算得到电压电流的有效值及瞬时值。其中，功率方向模块603将瞬态电压和电流的采样数据相乘，得到瞬时功率。N个瞬时功率平均计算出有功功率。视在功率由电压乘于电流有效值得到。功率因数是有功功率除以视在功率得到。根据电压与电流的夹角计算出功率方向，如夹角大于90度，即功率方向为反向，说明这时环保发电设备正在发电。若检测到反向有功功率，则功率方向模块603向计量MCU606输出低信号，则计量MCU606知道用户的环保发电设备正在发电；反之若电压电流夹角小于90度，则计量MCU606知道用户用电器正在用电。

如图7所示，主控MCU选用ADI-7566芯片。无线模块选用RF905+TI430组合成一个透明传输模块，此模块和MCU的通讯速率为1200BPS，8位数据，无校验，一个停止位，无线模块和MCU通过3线制的串口连接方式（收、发、地）连接。线性电源通过线性变压器和4个二极管组成的电源整形电路形成9V电压，并通过一个三端稳压IC-7805产生5V稳定的直流电源。存储器选择ATMEL EEPROM24C08-3V，该芯片选择3V，可以在失去交流电时，通过电池供电来存储数据，且该IC地址为0开始。如图9所示，为按键电路，此部分按照I/0检测按键控制磁保持继电器的动作状态。如图10所示，费率指示电路包括：五个指示灯，指示的顺序为：设备电源、尖、峰、平、谷费率指示灯。指示当前费率号，分别是尖峰平谷等四项费率。如图8所示，继电器部分使用脉冲控制继电器，并且使用磁保持继电器减少整机功耗。

如图11所示，为双向计量插座的一种外观图，其具有电能输入插头701，控制按键702，指示灯703（设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯、谷费率指示灯）以及电能输出插孔704。

如图12所示，为双向计量插座的一种外观图，其具有电能输入插头801，控制按键802，指示灯804（设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯、谷费率指示灯）、电能输出插孔805以及显示屏803。

本实施例的双向计量插座，能对用户用电数据进行采集，对环保发电设备的发电信息进行接收，并对供电量和耗电量进行双向计量，使得用电数据、发电信息和计量数据通过无线网络传输到电网控制中心或家用显示终端，使电网控制中心或家用显示终端能通过这些信息来调节控制电网运行，保证电网的安全性，并能提高电网的运行效率。

实施例2

如图4所示，本实施例的双向计量插座系统包括：双向计量插座和显示终端；双向计量插座包括：插头，用于与电力线相连接；插孔，用于与外部用电器或外部发电设备相连接；双向计量单元，用于计量外部用电器的耗电量，或反向计量外部发电设备的发电量；控制单元，用于对供电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元，用于将用电计量信息无线输出；载波通信单元，用于通过所述电力线接收外部发电设备传送的供电信息；显示单元，用于对所述的用电计量信息和供电信息进行显示。插头为三相电能插头；插孔为三相电能插孔。

如图13所示，显示终端包括：主控MCU；无线模块，选用RF905+TI430组合成一个透明传输模块；电源；存储器，选用EEPROM24C08-3V；按键和显示屏。

双向计量插座与显示终端的通信流程包括：无线通讯模块采用短距离微功率无线方式传输数据，无须线缆连接，即可结合其他设备组成网络使用；工作频率为国际通用开放（ISM）频段：433MHz，无线模组采用集成单片收发器，嵌入芯片Manchester编码和GFSK调制以及CRC校验。保证了通讯的高抗干扰和低误码率。双向计量插座可采用半双工被动查询通讯方式，及显示终端发送查询/写数据，双向计量插座才回应数据，双向计量插座不能主动上报信息。

如图14所示，显示终端和双向计量插座之间通讯过程如下：

1）显示终端查询双向计量插座的电流数据，每个双向计量插座地址唯一，所以双向计量插座安装到家庭后，显示终端只需要按照唯一地址发送数据，就能通过无线通讯模块抄到双向计量插座的相关数据。如，显示终端向双向计量插座发送电流查询指令，并接收双向计量插座反馈的包括电流数据的信息。

2）显示终端对双向计量插座写负荷功率的值。如，显示终端向双向计量插座发送包括写复核功率的功率控制指令，并接收双向计量插座反馈的写正确或写错误的信息。

3）显示终端对双向计量插座进行广播信息发送。

本实施例的双向计量插座，能对用户用电数据进行采集，对外部发电设备，特别是环保发电设备的发电信息进行接收，并对供电量和耗电量进行双向计量，使得用电数据、发电信息和计量数据通过无线网络传输到电网控制中心或家用显示终端，使电网控制中心或家用显示终端能通过这些信息来调节控制电网运行，保证电网的安全性，并能提高电网的运行效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双向计量插座，其特征在于，所述的双向计量插座包括：

插头，用于与电力线相连接；

插孔，用于与外部用电器或外部环保发电设备相连接；

双向计量单元，用于计量所述外部用电器的耗电量，或反向计量所述外部环保发电设备的发电量；

中央处理单元，用于对所述的发电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；

无线通信单元，用于将所述的用电计量信息无线输出；

多个指示灯，用于对电源工作状态和用电计费状态进行指示，所述的多个指示灯包括：设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；

继电器，用于断开或导通电力线与外部用电器或外部环保发电设备的连接；

继电器控制按键，用于控制所述继电器的导通和断开。

2.如权利要求1所述的双向计量插座，其特征是，所述的双向计量插座还包括：载波通信单元，用于通过所述电力线接收外部环保发电设备传送的供电信息。

3.如权利要求1所述的双向计量插座，其特征是，所述的插头为，三相电能插头；所述的插孔为，三相电能插孔。

4.如权利要求2所述的双向计量插座，其特征是，所述的双向计量插座还包括：显示单元，用于对所述的用电计量信息和供电信息进行显示。

5.如权利要求2所述的双向计量插座，其特征是，所述的双向计量插座还包括：存储单元，用于对所述的用电计量信息和供电信息进行存储。

6.一种双向计量插座系统，其特征在于，所述的系统包括：双向计量插座和显示终端；其中，

所述的双向计量插座包括：插头，用于与电力线相连接；插孔，用于与外部用电器或外部环保发电设备相连接；双向计量单元，用于计量所述外部用电器的耗电量，或反向计量所述外部环保发电设备的发电量；中央处理单元，用于对所述的发电量和耗电量进行处理，生成用电计量信息；无线通信单元，用于将所述的用电计量信息无线输出；多个指示灯，用于对电源工作状态和用电计费状态进行指示，所述的多个指示灯包括：设备电源指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯；继电器，用于断开或导通电力线与外部用电器或外部环保发电设备的连接；继电器控制按键，用于控制所述继电器的导通和断开；

所述的显示终端包括：无线通信单元，指令生成单元，中央处理单元和显示单元；所述的无线通信单元用于接收所述双向计量插座输出的用电计量信息；所述的指令生成单元用于生成控制所述双向计量插座工作的控制指令；所述的中央处理单元将所述的用电计量信息显示在所述的显示单元上，并将所述的控制指令通过所述的无线通信单元发给所述的双向计量插座。

7.如权利要求6所述的系统，其特征是，所述的双向计量插座还包括：

载波通信单元，用于通过所述电力线接收外部环保发电设备传送的供电信息；

显示单元，用于对所述的用电计量信息和供电信息进行显示。