CN106410526B - 一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种共用能量转换模块的智能插座，通过CPU模块接收由所述通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息，从而通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网。本发明实施例方法包括：通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息；通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网。

Description

一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法

技术领域

本发明涉及智能插座领域，尤其涉及一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法。

背景技术

随着电气、电子技术的不断发展，家庭用电设备变得越来越多元，而且新能源发电也将以各种形式广泛接入电网，用电设备的多元化与新能源发电的广泛接入对家庭供电系统的要求越来越高。

在传统的家庭供电系统中，不同的用电器需要进行不同的电能变换。目前主要的解决方案是利用各种不同的电源适配器或带有适配器的插线板来满足用电设备多元化的需求。参考附图1，为传统的家庭式电路结构。目前家庭中，部分用电设备，如风扇、电灯、冰箱等，直接从220V市电上取电。随着家庭用电的多元化，越来越多的用电设备本质上需要的是直流电，如：计算机、笔记本、手机、电动车、直流变频空调等，需要将交流电转换为直流电后使用。中间这级AC-DC转换，大约消耗10％的电能。在消耗电能的同时也可能会因为适配器与电源或用电设备不匹配时产生负载损坏，严重时还会危及人身安全。同时由于常规插座不能进行能量回馈，无法接入新能源发电或储能设备。

请参考附图2，为传统插座下用电设备的接入方式，不同用电设备从常规插座取电时需要不同种类的电源适配器或电能变换模块。

常规的插座，其输出电能的类型、幅值无法改变，当负载需要不同形式类型、幅值的电能时，可能需要进行多次电能变换，而且当适配器与电源或用电设备不匹配时可能会导致设备损坏，严重时还会危及人身安全。而且，常规的插座不支持新能源发电或储能设备接入家庭供电系统。

因此，通过根据设备的电能类型和幅值做出相应改变，从而实现插座运行的电能与设备的电能相匹配，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法，用于根据设备的电能类型和幅值做出相应改变，从而实现插座运行的电能与设备的电能相匹配。

本发明实施例提供一种共用能量转换模块的智能插座，包括：双向三端口变换器模块、CPU模块、通讯接口、传感器模块；

所述双向三端口变换器模块、所述通讯接口连接所述CPU模块；

所述双向三端口变换器模块的输出端连接所述智能插座的输出接口，交流输入端连接电网的交流母线，直流输入端连接电网的直流母线；

所述通讯接口与所述智能插座的接口连接；

所述传感器模块分别连接所述智能插座的输出接口和所述CPU模块；

其中，所述CPU模块接收由所述通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息，从而通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网，所述传感器模块实时采集所述智能插座的输出接口的实时电能参数信息给所述CPU模块进行实时动态输出调整。

优选地，所述电能参数具体为电能类型和电压电流幅值。

优选地，所述智能插座还包括传感器模块；

所述传感器模块分别连接所述智能插座的输出接口和所述CPU模块，用于检测所述智能插座的输出接口的电压电流并传输至所述CPU模块。

优选地，所述设备具体为用电负载、新能源电源或者储能设备。

优选地，所述双向三端口变换器模块包括双刀双掷开关、第一共用模块、第二共用模块；

所述双刀双掷开关的输入端分别连接所述电网的交流母线和所述电网的直流母线，所述双刀双掷开关的输出端连接所述第一共用模块；

所述第一共用模块与一电容、所述第二共用模块并联；

所述第一共用模块具体为PWM整流、DC/DC变换器共用模块；

所述第二共用模块具体为DC/AC、DC/DC变换器共用模块。

优选地，所述第一共用模块或所述第二共用模块由双向开关模块两两串联后并联组成；

所述双刀双掷开关的输出端具体连接所述第一共用模块中的串联后的两个所述双向开关模块之间；

所述双向三端口变换器模块的输出端从所述第二共用模块中串联后的两个所述双向开关模块之间引出；

所述双向开关模块由两个IGBT和两个二极管组成；

所述IGBT的发射极、集电极与所述二极管并联；

所述两个IGBT的发射极相互连接。

优选地，所述通讯接口具体与所述智能插座的地线接口连接。

本发明实施例提供一种共用能量转换模块的智能插座运行方法，基于上述的共用能量转换模块的智能插座进行执行，包括：

通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息；

通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出与所述设备电能参数相对应的电能至所述设备或将所述设备提供的相对应的储蓄电能回馈至电网；

通过CPU模块实时获取到传感器模块采集的来自智能插座的输出接口的实时电能参数信息，并通过所述CPU模块进行实施动态输出调整。

优选地，所述电能参数信息具体为电能类型和幅值。

优选地，通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出与所述设备电能参数相对应的电能至所述设备或将所述设备提供的相对应的储蓄电能回馈至电网之后还包括：

通过CPU模块记录由通讯接口传输至CPU模块的设备用电功率或设备发电功率。

优选地，所述通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息之后还包括：

通过CPU模块判断设备所需电能的电能参数或设备所提供电能的电能参数是否符合预设的电能参数范围；

若是，则进入下一步；

若否，则控制关闭双向三端口变换器模块。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例公开了一种共用能量转换模块的智能插座，通过CPU模块接收由所述通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息，从而通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网。本发明实施例方法包括：通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息；通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网，传感器模块实时采集所述智能插座的输出接口的实时电能参数信息给所述CPU模块进行实时动态输出调整，最终实现插座运行的电能与设备的电能相匹配，因此可取替现有各类负载的电源适配器，减少现有用电设备的体积、重量。当负载接入时，本发明通过负载通讯接口将负载所需电能的类型、幅值信息传给智能插座内部CPU模块，并控制双向三端口变换器模块输出负载所需类型、幅值的电能，同时避免负载非法接入导致的安全问题此外，本发明还可记录负载用电功率和新能源电源发电功率，为主观意识节能和需求侧响应提供数据基础，从而促进节能与智能电网技术的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为用于说明本发明实施例的传统的家庭式电路结构示意图；

图2为用于说明本发明实施例的传统插座下用电设备的接入方式；

图3为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座中的双向三端口变换器模块的内部电路原理图；

图5为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座中的双向三端口变换器模块中的双向开关模块的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运行方式的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运行方式的具体流程图；

图8为本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运用到电网中的用电设备的接入方式示意图。

其中，附图标记如下所示：

1、双向三端口变换器模块；2、CPU模块；3、通讯接口；4、传感器模块；5、第一共用模块；6、第二共用模块。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法，用于根据设备的电能类型和幅值做出相应改变，从而实现插座运行的电能与设备的电能相匹配。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图3，本发明实施例提供一种共用能量转换模块的智能插座，包括：双向三端口变换器模块1、CPU模块2、通讯接口3、传感器模块4；

双向三端口变换器模块1、通讯接口3连接CPU模块2；

双向三端口变换器模块1的输出端连接智能插座的输出接口，交流输入端连接电网的交流母线，直流输入端连接电网的直流母线；

通讯接口3与智能插座的接口连接；

传感器模块4分别连接所述智能插座的输出接口和CPU模块2；

其中，CPU模块2接收由通讯接口3获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息，从而通过CPU模块2根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块1输出符合设备电能参数的电能至设备或将设备提供的电能回馈至电网。

电能参数具体为电能类型和电压电流幅值。

智能插座还包括传感器模块4；

传感器模块4分别连接智能插座的输出接口和CPU模块2，用于检测智能插座的输出接口的电压电流并传输至CPU模块2。

传感器模块4用于将智能插座的输出接口的电压电流信息传输至CPU模块2，从而使得CPU模块2可以分析智能插座的输出接口的电压电流信息并控制双向三端口变换器模块1更加准确地调整输出电压电流的幅值。当智能插座的输出接口的电压电流出现异常时，也可通过传感器模块4把此信息传送至CPU模块2使其进入报警状态进行相应的操作。

设备具体为用电负载、新能源电源或者储能设备。

请参阅图4，双向三端口变换器模块1包括双刀双掷开关、第一共用模块5、第二共用模块6；

双刀双掷开关的输入端分别连接电网的交流母线和电网的直流母线，双刀双掷开关的输出端连接第一共用模块5；

第一共用模块5与一电容、第二共用模块6并联；

第一共用模块5具体为PWM整流、DC/DC变换器共用模块；

第二共用模块6具体为DC/AC、DC/DC变换器共用模块。

如图4所示，第一共用模块5由双向开关模块两两串联后并联组成。第二共用模块6也是由双向开关模块两两串联后并联组成。

双刀双掷开关的输出端具体连接第一共用模块5中的串联后的两个双向开关模块之间，具体地，双刀双掷开关的输出端分为两条导线，其中一条导线连接串联后的两个双向开关模块之间，另一条导线连接另外一组串联后的两个双向开关模块之间。

双向三端口变换器模块1的输出端从第二共用模块6中串联后的两个双向开关模块之间引出；具体地，第二共用模块6有多组两两串联的双向开关模块组合，在其中任意一组串联的双向开关模块互相连接的连接端引出一条导线，第二共用模块6一般有两组串联的双向开关模块，从两组中分别引出一条导线，共有两条导线，作为双向三端口变换器模块1的输出端。

请参阅图5，本发明实施例提供的第一共用模块5和第二共用模块6中的双向开关模块由两个IGBT和两个二极管组成；

IGBT的发射极、集电极与二极管并联；

两个IGBT的发射极相互连接。

IGBT的栅极作为双向开关模块的连接端。

需要说明的是，IGBT不应仅仅理解为IGBT开关，应该理解到，这仅仅是一个示意。根据IGBT的技术揭示，本领域技术人员可相应地理解到此处的IGBT可以是三极管、电力场效应管(MOSFET)、也可以是mos管。此时IGBT的栅极、集电极、发射极分别对应三极管的基极、集电极、发射极，对应MOSFET的栅极、漏极、源极。

通讯接口3具体与智能插座的地线接口连接。

以上是对本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座作详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运行方法作详细的描述。

请参阅图6，本发明实施例提供一种共用能量转换模块的智能插座运行方法，基于上述的共用能量转换模块的智能插座进行执行，包括：

101、通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息；

102、通过CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出符合设备电能参数的电能至设备或将设备提供的电能回馈至电网；

103、通过CPU模块实时获取到传感器模块采集的来自智能插座的输出接口的实时电能参数信息，并通过所述CPU模块进行实施动态输出调整。

请参阅图7，本发明实施例还提出了当电能参数信息具体为电能类型和幅值时，本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运行方法具体相应地改变为：

201、通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能类型和幅值或设备所提供电能的电能类型和幅值；

202、通过CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块符合设备电能类型和幅值的电能至设备或将设备提供的电能回馈至电网；

203、通过CPU模块实时获取到传感器模块采集的来自智能插座的输出接口的实时电能参数信息，并通过所述CPU模块进行实施动态输出调整；

204、通过CPU模块记录由通讯接口传输至CPU模块的设备用电功率或设备发电功率。

本发明实施例中，步骤101之后还包括：

通过CPU模块2判断设备所需电能的电能参数或设备所提供电能的电能参数是否符合预设的电能参数范围；

若是，则进入下一步；

若否，则控制关闭双向三端口变换器模块1。

以上是对本发明实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座运行方法作详细的描述，以下将对本发明另一个实施例提供的一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法作详细的描述。

本发明另一个实施例提供一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法，包括交流端口、直流端口、双向三端口变换器模块1、CPU模块2、传感器模块4、以及带有通讯接口3的插座。其特征在于双向三端口变换器模块1与交流端口及直流端口连接，双向三端口变换器模块1与带有通讯接口3的插座连接；CPU模块2通过通讯接口3与带有通讯接口3的插座实现通讯连接，通过传感器模块4采集带有通讯接口3的插座输出的电压、电流；CPU模块2与双向三端口变换器模块1连接，控制带有通讯接口3的插座输出电能的类型和幅值。

带有通讯接口3的插座将所连接负载所需电能的类型、幅值信息通过通讯接口3传给CPU模块2；CPU模块2根据负载所需电能的类型、幅值信息，控制双向三端口变换器模块1输出相应类型、幅值的电能，同时杜绝负载非法接入，保证用电安全。

当带有通讯接口3的插座与新能源电源或储能设备连接时，将所连接新能源电源或储能设备所发出电能的类型信息通过通讯接口3传给CPU模块2；CPU模块2根据新能源电源或储能设备所发出电能的类型控制双向三端口变换器模块1向交流端口或直流端口回馈电能。

智能插座可取替现有各类负载的电源适配器，减少现有用电设备的体积、重量。

CPU模块2记录带有通讯接口3的插座的用电和发电功率，为主观意识节能和需求侧响应提供数据基础。

需要说明的是，本发明提出一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法。包括交流端口、直流端口、双向三端口变换器模块1、CPU模块2、传感器模块4、以及带有通讯接口3的插座。常规的插座，其输出电能的类型、幅值无法改变，当负载需要不同类型、幅值的电能时，可能需要进行多次电能变换，而且当适配器与电源或用电设备不匹配时可能会导致负载损坏，严重时还会危及人身安全；此外，常规的插座也无法将新能源电源或储能设备的电能回馈电网。本发明提出：CPU模块2通过通讯接口3获取负载所需电能的类型、幅值信息，从而控制双向三端口变换器模块1输出符合负载类型、幅值要求的电能；CPU模块2通过通讯接口3获取新能源电源或储能设备所产生电能的类型信息，从而控制双向三端口变换器模块1向交流端口或直流端口回馈电能；CPU模块2记录所接负载、新能源电源或储能设备的功率-时间曲线，为主观意识节能和需求侧响应提供数据基础。本发明涉及的一种共用能量转换模块的智能插座及其运行方法，可自动识别接入负载并自适应地产生负载所需类型、幅值的电能，取替现有各类负载的电源适配器，减少电能转换环节和损耗，减少用电设备体积、重量，方便新能源电源或储能设备的接入，同时避免负载非法接入导致的安全问题。

与现有技术相比，本发明具有能够提供一种能输出不同类型、幅值电能以满足多元化用电设备需求、能够方便新能源电源或储能设备接入、使用安全的优点。当负载接入时，本发明通过负载通讯接口3将负载所需电能的类型、幅值信息传给智能插座内部CPU模块2，并控制双向三端口变换器模块1输出负载所需类型、幅值的电能，同时避免负载非法接入导致的安全问题；当新能源电源或储能设备接入时，通过智能插座的通讯接口3将所连接新能源电源或储能设备所发出电能的类型信息传给CPU模块2，并控制内部双向三端口变换器模块1将新能源电源或储能设备的电能回馈到电网中；本发明可取替现有各类负载的电源适配器，减少现有用电设备的体积、重量。此外，本发明还可记录负载用电功率和新能源电源发电功率，为主观意识节能和需求侧响应提供数据基础，从而促进节能与智能电网技术的应用。

请参考图8。图8为本发明实施例插座下用电设备的接入方式，当不同的用电设备需要取电时只需直接接入智能插座中，即可满足不同用电设备的用电需求。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种共用能量转换模块的智能插座，其特征在于，包括：双向三端口变换器模块、CPU模块、通讯接口、传感器模块；

所述双向三端口变换器模块、所述通讯接口连接所述CPU模块；

所述双向三端口变换器模块的输出端连接所述智能插座的输出接口，交流输入端连接电网的交流母线，直流输入端连接电网的直流母线；

所述通讯接口与所述智能插座的接口连接；

所述传感器模块分别连接所述智能插座的输出接口和所述CPU模块；

其中，所述CPU模块接收由所述通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息，从而通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出符合所述设备电能参数的电能至所述设备或将所述设备提供的电能回馈至电网，所述传感器模块实时采集所述智能插座的输出接口的实时电能参数信息给所述CPU模块进行实时动态输出调整；

所述双向三端口变换器模块包括双刀双掷开关、第一共用模块、第二共用模块；

所述双刀双掷开关的输入端分别连接所述电网的交流母线和所述电网的直流母线，所述双刀双掷开关的输出端连接所述第一共用模块；

所述第一共用模块与一电容、所述第二共用模块并联；

所述第一共用模块具体为PWM整流、DC/DC变换器共用模块；

所述第二共用模块具体为DC/AC、DC/DC变换器共用模块。

2.根据权利要求1所述的共用能量转换模块的智能插座，其特征在于，所述电能参数具体为电能类型和电压电流幅值。

3.根据权利要求1所述的共用能量转换模块的智能插座，其特征在于，所述设备具体为用电负载、新能源电源或者储能设备。

4.根据权利要求1所述的共用能量转换模块的智能插座，其特征在于，所述第一共用模块或所述第二共用模块由双向开关模块两两串联后并联组成；

所述双刀双掷开关的输出端具体连接所述第一共用模块中的串联后的两个所述双向开关模块之间；

所述双向三端口变换器模块的输出端从所述第二共用模块中串联后的两个所述双向开关模块之间引出；

所述双向开关模块由两个IGBT和两个二极管组成；

所述IGBT的发射极、集电极与所述二极管并联；

所述两个IGBT的发射极相互连接。

5.根据权利要求1所述的共用能量转换模块的智能插座，其特征在于，所述通讯接口具体与所述智能插座的地线接口连接。

6.一种共用能量转换模块的智能插座运行方法，基于如权利要求1至5中任意一项所述的共用能量转换模块的智能插座进行执行，其特征在于，包括：

通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息；

通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出与所述设备电能参数相对应的电能至所述设备或将所述设备提供的相对应的储蓄电能回馈至电网；

通过CPU模块实时获取到传感器模块采集的来自智能插座的输出接口的实时电能参数信息，并通过所述CPU模块进行实施动态输出调整。

7.根据权利要求6所述的共用能量转换模块的智能插座运行方法，其特征在于，所述电能参数信息具体为电能类型和电压电流幅值。

8.根据权利要求6所述的共用能量转换模块的智能插座运行方法，其特征在于，所述通过所述CPU模块根据电能信息参数控制双向三端口变换器模块输出与所述设备电能参数相对应的电能至所述设备或将所述设备提供的相对应的储蓄电能回馈至电网之后还包括：

通过CPU模块记录由通讯接口传输至CPU模块的设备用电功率或设备发电功率。

9.根据权利要求6所述的共用能量转换模块的智能插座运行方法，其特征在于，所述通过CPU模块接收由通讯接口获取的设备所需电能的电能参数信息或设备所提供电能的电能参数信息之后还包括：

通过CPU模块判断设备所需电能的电能参数或设备所提供电能的电能参数是否符合预设的电能参数范围，若否，则控制关闭双向三端口变换器模块。