CN104795895A - 一种登记式智能限电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种登记式智能限电系统及控制方法，该系统包括系统管理微机、通讯转换器和若干个限电器，通讯转换器用于转换通讯信号，系统管理微机用于控制限电器的工作；限电器用于根据负载判断方法判断负载是否合法，进而决定电路的通/断。该方法包括：初始化；判断是否对负载电器进行合法特征采样；对相应的负载电器进行电压和电流采样，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，最后将负载特征根据排列组合方法生成合法电器特征表格；对电路中的所有负载电器进行电压和电流采样；再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，将负载特征与合法电器特征表格进行比对。本发明使限电系统功能更加完善和智能。

Description

一种登记式智能限电系统及控制方法

技术领域

本发明属于限电装置领域，具体涉及一种登记式智能限电系统及控制方法。

背景技术

随着校园用电器的增多和普及，校园用电安全隐患和浪费成为校园管理者急需解决的问题，特别是学生宿舍安全用电的隐患问题，违规超负荷用电和使用发热电器，造成火灾，危及学生的生命安全和学校的财产安全，必须杜绝学生的违规用电。目前，现有的限电系统对大功率的发热电器尚能控制，但同时也限制了安全的大功率电器的使用，如饮水机；对小功率发热电器却无法控制，比如最容易引起火灾的电热毯；且现有的限电系统不智能，断电后不能自动恢复供电，也不对违规房间进行登记统计。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种登记式智能限电系统及控制方法，解决了现有的限电系统功能不完善且不智能的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种登记式智能限电控制系统，包括系统管理微机、通讯转换器和若干个限电器，所述若干个限电器分别通过载波通信电缆与通讯转换器连接，所述通讯转换器与系统管理微机连接；所述通讯转换器用于转换通讯信号，从而实现系统管理微机与若干个限电器之间的通信；

所述登记式智能限电控制系统包括合法特征采样模式和正常模式，若所述系统管理微机发送合法特征采样信号给所述限电器，则进入合法特征采样模式，否则为正常模式；

在合法特征采样模式下，所述限电器接收到所述系统管理微机发出的合法特征采样信号后，对相应的负载电器的负载特征进行测量和计算，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在所述限电器中；

在正常模式下，所述限电器对电路中的所有负载电器进行负载特征测量和计算，将结果与合法电器特征表格进行比对，判断接入的负载电器是否合法，当发现非法负载时，所述限电器进行断电。

作为优化方案，在正常模式下，所述限电器还对负载电器进行断续负载测量，进而判断接入的负载是否合法，当发现非法负载时，所述限电器进行断电。

作为优化方案，在正常模式下，所述限电器在进行断电后，经过一段预设的警戒时间，自动恢复供电，并发送登记信号给所述系统管理微机；系统管理微机接收到来自限电器的登记信号后，登记断电的次数并根据历史登记情况进行判断：若登记的次数达到了预设的警戒次数，则发送停电信号给所述限电器；所述限电器接收到停电信号后，进行断电且不再恢复供电。

作为优化方案，所述限电器包括限电器芯片和断电控制电路，所述断电控制电路的输入端与所述限电器芯片的输出端相连，用于接收所述限电器芯片的断电信号或通电信号，为负载进行断电或通电；

所述限电器芯片与载波通信电缆连接，以实现其与系统管理微机之间的通信，所述限电器芯片用于接收来自负载电器的电流检测信号和电压检测信号；

在合法特征采样模式下，限电器芯片接收到来自系统管理微机的合法特征采样信号，然后接收来自负载电器的电流检测信号和电压检测信号，根据电流检测信号和电压检测信号计算相应负载电器的负载特征，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在限电器芯片中；

在正常模式下，限电器芯片接收到电流检测信号、电压检测信号后，判断负载电器是否合法，若非法则发送断电信号给断电控制电路，进行断电。

作为优化方案，所述限电器芯片为PL3106芯片；所述断电控制电路为继电器。

本发明还提供一种登记式智能限电控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，初始化；

步骤S2，判断是否对负载电器进行合法特征采样，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

步骤S3，对相应的负载电器进行电压和电流采样，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，最后将负载特征根据排列组合方法生成合法电器特征表格，生成合法电器特征表格后回转执行步骤S2；

步骤S4，对电路中的所有负载电器进行电压和电流采样，进入步骤S6；

步骤S6，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，将负载特征与合法电器特征表格进行比对，若超过允许的误差则认为是非法负载，进行断电，若没有超过允许的误差则回转执行步骤S2；

作为优化方案，在步骤S4和步骤S6之间还包括步骤S5：

步骤S5，根据所有负载电器电压和电流的采样结果，根据断续负载判断方法判断是否属于断续负载，若是则认为是非法负载，进行断电，否则进入步骤S6。

作为优化方案，还包括步骤S7和步骤S8：

步骤S7，断电后，延迟一段警戒时间，再自动通电，并记录通断次数；

步骤S8，判断通断次数是否超过了警戒次数，是则断电，否则回转执行步骤S2。

作为优化方案，步骤S3中的负载特征计算方法包括如下步骤：

根据对输入电流波形按照电源周期的采样，在采样周期内由所有的采样点求得混合电流波形的面积S′；

在所有的采样点中找出最大值，据此最大值按正弦积分求面积S；

根据S和S′的面积差△S求线性负载的电流幅值K′；

由K′算出电路中线性负载的功率P′，测量出电路的总有功功率P″，由P＝P″-P′计算出电路中仪表性负载的有功功率；即求得负载特征为P。

作为优化方案，步骤S3中生成合法电器特征表格的排列组合方法包括如下步骤：

将每一个允许使用电器的负载特性记为Pi，i取1，2…n；

新加入的合法电器特征Pi与已存入合法电器特征表格的i-1个合法特征P1…Pi-1分别相加，形成i-1个新特征，并与Pi一起加入合法电器特征表格。

作为优化方案，步骤S5中的断续负载判断方法包括如下步骤：

当发现在单位时间△t内电流的变化量△i超过设定值I时，判断为有阶跃性负载接入；

当发现有阶跃性负载接入时，在一段时间△t1内对负载电流信号进行分析，判断是否有多次阶跃性负载接入；

如有多次阶跃性负载接入，则判断多次接入的阶跃性负载在接入时间上是否是具有周期性；如有周期性，则判断为断续负载。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明在判断非法负载时，采用连续负载测量和断续负载测量两种测量方法，更加全面地判断非法负载，可以很好的限制小功率发热电器的使用；

(2)本发明智能控制断电和送电，当有非法电器接入时，进行断电；延时1～2分钟，再自动通电，并记录通断次数，当通断次数达到一定时，将切断电源，只有合法管理人员才能再次送电；

(3)本发明具有多时段设置用电设备运用模式：让学生在夜间只有充许的电器能够使用，而禁止学生用电脑通宵上网等；

(4)本发明允许申请开通使用特殊的电器设备，由管理人员对特殊的电器设备进行电器负载特征测试，管理人员通过管理网络将电器负载特征传入学生宿舍的限电器。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明智能限电控制系统的总体结构框图；

图2为本发明智能限电控制系统的限电器的电路框图；

图3为本发明智能限电控制方法的总体流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例详细描述本发明的登记式智能限电控制系统，包括系统管理微机1、通讯转换器2和若干个限电器3，若干个限电器3分别通过载波通信电缆与通讯转换器2连接，通讯转换器2与系统管理微机1连接；通讯转换器2用于转换通讯信号，从而实现系统管理微机1与若干个限电器3之间的通信；

登记式智能限电控制系统包括合法特征采样模式和正常模式，系统管理微机1允许管理员手动发送合法特征采样信号给限电器3，若管理员发送了合法特征采样信号则进入合法特征采样模式，否则为正常模式；

在合法特征采样模式下，限电器3接收到系统管理微机1发出的合法特征采样信号后，对相应的负载电器的负载特征进行测量和计算，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在限电器3中；

在正常模式下，限电器3对负载电路进行断续负载测量，进而判断接入的负载电器是否合法，当发现非法负载时，限电器3进行断电。限电器3还对电路中的所有电器进行负载特征测量和计算，将结果与合法电器特征表格比对，判断接入的负载电器是否合法，当发现非法负载时，限电器3进行断电。限电器3在进行断电后，经过一段预设的警戒时间，自动恢复供电，并发送登记信号给系统管理微机1；系统管理微机1接收到来自限电器3的登记信号后，登记断电的次数并根据历史登记情况进行判断：若登记的次数达到了预设的警戒次数，则发送断电信号给限电器3；限电器3接收到断电信号后，进行断电且不再恢复供电；所述警戒时间和警戒次数由管理员在系统管理微机1中进行设定。

如图2所示，限电器3包括限电器芯片31和断电控制电路32，断电控制电路32的输入端与限电器芯片31的输出端相连，用于接收限电器芯片31的断电信号或通电信号，为负载电器进行断电或通电；

在合法特征采样模式下，限电器芯片31通过载波控制电路接收到来自系统管理微机1的合法特征采样信号，然后接收负载电器的电流检测信号和电压检测信号，根据电流检测信号和电压检测信号计算相应电器的负载特征，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在限电器芯片31中；

在正常模式下，限电器芯片31接收到电流检测信号、电压检测信号后，判断负载电器是否合法，若非法则发送断电信号给断电控制电路32，进行断电。限电器芯片31在经过一段预设的警戒时间后，自动发送通电信号给断电控制电路32，恢复供电，并通过限电器芯片31中的载波控制电路发送登记信号给系统管理微机1；若通过载波控制电路接收到来自系统管理微机1的停电信号，则发送断电信号给断电控制电路32，进行断电且不再恢复供电。

作为优化方案，限电器芯片31为PL3106芯片；断电控制电路32为继电器。PL3106芯片通过其中的整形调整电路检测负载电路中的电流，将输入的电流信号变换为PL3106芯片可识别的电压信号；通过其中的放大整形电路检测负载电 路中的电压，将电压信号进行放大整形；通过其中的载波控制电路与载波通信电缆连接，用于实现PL3106芯片与系统管理微机1之间的通信。

实施例2：

如图3所示，本实施例详细描述本发明的登记式智能限电控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，对登记式智能限电系统进行初始化；

步骤S2，判断是否对负载电器进行合法特征采样，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

步骤S3，对相应的负载电器进行电压和电流采样，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，最后将负载特征根据排列组合方法生成合法电器特征表格，生成合法电器特征表格后回转执行步骤S2；

步骤S4，对电路中的所有负载电器进行电压和电流采样，进入步骤S5；

步骤S5，根据所有负载电器电压和电流的采样结果，根据断续负载判断方法判断是否属于断续负载，若是则认为是非法负载，进行断电，进入步骤S7；否则进入步骤S6；

步骤S6，根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，将负载特征与合法电器特征表格进行比对，若超过允许的误差则认为是非法负载，进行断电，进入步骤S7；若没有超过允许的误差则回转执行步骤S2；其中，允许的误差在限电器芯片中设置；

步骤S7，断电后，延迟一段预设的警戒时间，再自动通电，并记录通断次数；

步骤S8，判断通断次数是否超过了预设的警戒次数，是则断电，否则回转执行步骤S2。

所述步骤S3中的负载特征计算方法包括如下步骤：

根据对输入电流波形按照电源周期的采样，在采样周期内由所有的采样点求得混合电流波形的面积S′；

在所有的采样点中找出最大值，据此最大值按正弦积分求面积S；

根据S和S′的面积差△S求线性负载的电流幅值K′；

由K′算出电路中线性负载的功率P′，测量出电路的总有功功率P″，由P＝P″-P′计算出电路中仪表性负载的有功功率；即求得负载特征为P。

所述步骤3中生成合法电器特征表格的排列组合方法包括如下步骤：

将每一个充许使用电器的负载特性记为Pi，i取1,2…n；

新加入的合法电器特征Pi与已存入合法电器特征表格的i-1个合法特征P1…Pi-1分别相加，形成i-1个新特征，并与Pi一起加入合法电器特征表格。具体为：第一次将各电器的特征P1……Pn加入表格,第二次是将第一个电器的特征分别与其它各电器的特征相加,形成第二列特征加入表格,第三次是第二个电器特征与第二列特征的各个特征分别相加形成第三列特征加入表格,依此类推,形成一个n行n列的三角矩阵表格,形成的表格如表1所示:

表1

所述步骤5中的断续负载判断方法包括如下步骤：

当发现在单位时间△t内电流的变化量△i超过设定值I时，判断为有阶跃 性负载接入；

当发现有阶跃性负载接入时，在一段时间△t1内对负载电流信号进行分析，判断是否有多次阶跃性负载接入；

如有多次阶跃性负载接入，则判断多次接入的阶跃性负载在接入时间上是否是具有周期性；如有周期性，则判断为断续负载。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (11)

1.一种登记式智能限电控制系统，其特征在于，包括系统管理微机、通讯转换器和若干个限电器，所述若干个限电器分别通过载波通信电缆与通讯转换器连接，所述通讯转换器与所述系统管理微机连接；所述通讯转换器用于转换通讯信号，从而实现所述系统管理微机与所述若干个限电器之间的通信；

所述登记式智能限电控制系统包括合法特征采样模式和正常模式，若所述系统管理微机发送合法特征采样信号给所述限电器，则进入合法特征采样模式，否则为正常模式；

在合法特征采样模式下，所述限电器接收到所述系统管理微机发出的合法特征采样信号后，对相应的负载电器的负载特征进行测量和计算，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在所述限电器中；

在正常模式下，所述限电器对电路中的所有负载电器进行负载特征测量和计算，将结果与合法电器特征表格进行比对，判断接入的负载电器是否合法，当发现非法负载时，所述限电器进行断电。

2.根据权利要求1所述的登记式智能限电控制系统，其特征在于，在正常模式下，所述限电器还对负载电器进行断续负载测量，进而判断接入的负载是否合法，当发现非法负载时，所述限电器进行断电。

3.根据权利要求1所述的登记式智能限电控制系统，其特征在于，在正常模式下，所述限电器在进行断电后，经过一段预设的警戒时间，自动恢复供电，并发送登记信号给所述系统管理微机；系统管理微机接收到来自限电器的登记信号后，登记断电的次数并根据历史登记情况进行判断：若登记的次数达到了预设的警戒次数，则发送停电信号给所述限电器；所述限电器接收到停电信号后，进行断电且不再恢复供电。

4.根据权利要求1所述的登记式智能限电控制系统，其特征在于，所述限电器包括限电器芯片和断电控制电路，所述断电控制电路的输入端与限电器芯片的输出端相连；

所述限电器芯片与载波通信电缆连接，以实现其与系统管理微机之间的通信，所述限电器芯片用于接收来自负载电器的电流检测型号和电压检测信号；

在合法特征采样模式下，所述限电器芯片接收到来自系统管理微机的合法特征采样信号，然后接收来自负载电器的电流检测信号和电压检测信号，根据电流检测信号和电压检测信号计算相应负载电器的负载特征，再进一步生成合法电器特征表格，并将合法电器特征表格存放在限电器芯片中；

在正常模式下，所述限电器芯片接收到电流检测信号、电压检测信号后，判断负载电器是否合法，若非法则发送断电信号给断电控制电路，进行断电。

5.根据权利要求1所述的登记式智能限电控制系统，其特征在于，所述限电器芯片为PL3106芯片；所述断电控制电路为继电器。

6.一种登记式智能限电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，初始化；

步骤S2，判断是否对负载电器进行合法特征采样，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；

步骤S3，对相应的负载电器进行电压和电流采样，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，最后将负载特征根据排列组合方法生成合法电器特征表格，生成合法电器特征表格后回转执行步骤S2；

步骤S4，对电路中的所有负载电器进行电压和电流采样，进入步骤S6；

步骤S6，再根据负载特征计算方法计算出负载电器的负载特征，将负载特征与合法电器特征表格进行比对，若超过允许的误差则认为是非法负载，进行断电，若没有超过允许的误差则回转执行步骤S2。

7.根据权利要求6所述的登记式智能限电控制方法，其特征在于，在步骤S4和步骤S6之间还包括步骤S5：

步骤S5，根据所有负载电器电压和电流的采样结果，根据断续负载判断方法判断是否属于断续负载，若是则认为是非法负载，进行断电，否则进入步骤S6。

8.根据权利要求7所述的登记式智能限电控制方法，其特征在于，还包括步骤S7和步骤S8：

步骤S7，断电后，延迟一段预设的警戒时间，再自动通电，并记录通断次数；

步骤S8，判断所述通断次数是否超过了预设的警戒次数，是则断电，否则回转执行步骤S2。

9.根据权利要求6所述的登记式智能限电控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的负载特征计算方法包括如下步骤：

根据对输入电流波形按照电源周期的采样，在采样周期内由所有的采样点求得混合电流波形的面积S′；

在所有的采样点中找出最大值，据此最大值按正弦积分求面积S；

根据S和S′的面积差△S求线性负载的电流幅值K′；

由K′算出电路中线性负载的功率P′，测量出电路的总有功功率P″，由P＝P″-P′计算出电路中仪表性负载的有功功率；即求得负载特征为P。

10.根据权利要求6所述的登记式智能限电控制方法，其特征在于，所述步骤S3中生成合法电器特征表格的排列组合方法包括如下步骤：

将每一个充许使用电器的负载特征记为P_i，i取1，2…n；

新加入的合法电器特征P_i与已存入合法电器特征表格的i-1个合法特征P₁…P_i-1分别相加，形成i-1个新特征，并与P_i一起加入合法电器特征表格。

11.根据权利要求7所述的登记式智能限电控制方法，其特征在于，所述步骤S5中的断续负载判断方法包括如下步骤：

当发现在单位时间△t内电流的变化量△i超过设定值I时，判断为有阶跃性负载接入；

当发现有阶跃性负载接入时，在一段时间△t₁内对负载电流信号进行分析，判断是否有多次阶跃性负载接入；

如有多次阶跃性负载接入，则判断多次接入的阶跃性负载在接入时间上是否是具有周期性；如有周期性，则判断为断续负载。