CN107104331A - 具有切负荷功能的智能插排及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有切负荷功能的智能插排及其工作方法，其中，具有切负荷功能的智能插排包括插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；所述负荷插口配置有独立的多段选择开关；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器与切负荷控制中心相连。本发明安装简单，即插即用，不需要改造建筑和特定的通信网络，适于大量推广。

Description

具有切负荷功能的智能插排及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统切负荷终端装置，尤其涉及一种具有切负荷功能的智能插排及其工作方法。
背景技术
我国电力系统的安全稳定控制包括三道防线，第一道防线要求电力系统保持稳定运行和正常供电，主要是继电保护切除故障；第二道防线要求电力系统保持稳定运行，但允许损失部分负荷，主要是由事件驱动的紧急切机、切负荷；第三道防线要求系统失稳时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失，主要是由响应轨迹驱动的低频低压减载(切负荷)和自动解列。切负荷作为第二、三道防线中的重要措施，能够解决电力系统功率缺额造成稳定问题，对于电力系统的运行具有重要意义。
近年来，由于我国负荷中心与能源资源中心逆向分布的特点，多条交、直流特高压线路投资规划、投入运行。我国东部地区受端电网特征日益明显，一旦大功率传输线发生故障，受端电网地区将会出现大量的功率缺额，切负荷措施就显得极为重要。此外，国务院第599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》的出台对切负荷措施提出了更为严格的要求和约束。条例明确了稳控系统切负荷等同于故障损失负荷，区域切负荷比例过高或负荷量分配的不合理均会导致更为严重的事故等级评级和事故追责。在这样的大背景下，更为精确地控制切除不同区域、不同重要程度的负荷以及尽量减少切负荷量成为了电力系统安全稳定控制领域亟待解决的问题。
传统的集中切负荷方式所控制负荷的电压等级一般最低到200kV电压等级，对负荷区分程度低。精细化切负荷方式和柔性切负荷方式能够更好地解决当前电力系统安全稳定控制中所面临的问题，逐渐成为切负荷技术发展的必然趋势。其中，精细化切负荷方式能够延伸到更低的电压等级，能够更好地区分负荷的所属区域和重要程度，避免同一个区域切负荷比例过高和重要负荷被不必要的切除；提高了切负荷过程中控制的精确性，更有利于达到全局最优，增强电力系统抵御扰动的能力并减少经济损失。而柔性切负荷方式，通过更为精细化地调节部分负荷(如空调、电暖气等)的运行状态，力求在不中断负荷运行，不影响用户正常生产、生活的前提下，减少电力系统在扰动下出现的功率不平衡。
目前，现有的电力系统切负荷终端装置大多还是面向220kV电压等级，少数面向110kV电压等级，存在精细化程度不够的问题。柔性切负荷需要能够直接对负荷进行控制，要求终端装置在220V电压等级上运行。现有的切负荷终端装置还没有面向220V电压等级，而且只能够切除负荷，不具备控制、调节负荷运行状态的能力，不能满足柔性切负荷的需求。
插排作为负荷和电源之间的连接装置，可以作为精细化切负荷和柔性切负荷的终端。目前，现有的智能插排主要是为了满足用户的使用需求，针对电力系统控制需求的相关产品较少。此外，现有的智能插排不能区分负荷的重要程度、不能判断负荷的运行状态，只能简单地开关负荷，不能实现负荷的柔性控制，无法满足精细化切负荷和柔性切负荷的需求。
综上所述，现有的装置、设备均无法很好地满足精细化切负荷和柔性切负荷的要求。在电力系统安全稳定控制领域亟待解决的问题和相关技术发展趋势的共同驱动下，设计一种具有切负荷功能的智能插排，作为电力系统切负荷的终端装置，是十分必要的。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有切负荷功能的智能插排，其能够实时监测负荷的运行功率，判断负荷的运行状态，区分负荷的重要程度，对部分负荷进行柔性控制。
本发明提供了以下三种具有切负荷功能的智能插排结构：
其中，本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器与切负荷控制中心相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷的切负荷指令来控制相应模块进行精细化切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
其中，本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的红外遥控模块；所述红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块用于实时监测室内温度并传输到微处理器，进而判断出对应负荷插口所接负荷的工作状态；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先进行柔性切负荷的切负荷指令来控制相应模块进行柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
其中，本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关和独立的红外遥控模块；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷和优先进行柔性切负荷的切负荷指令来分别控制相应模块进行精细化切负荷和柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷和优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
进一步的，所述微处理器通过GPRS通信模块与切负荷控制中心相互通信。
本发明通过GPRS通信模块的无线网络通信将负荷的运行状态传输到控制中心，以便实时更新控制中心数据库中各区域、各类型的负荷信息，并接收控制中心的精细化切负荷或/和柔性切负荷指令。
进一步的，所述继电器模块为常闭型继电器模块；在继电器模块不通电、断电复位及通电接收闭合指令后均处于闭合状态，在继电器模块通电且接收断开指令后处于断开状态。
进一步的，所述功率监测模块包括电压互感器、电流互感器、滤波模块以及A/D转换模块，所述电压互感器和电流互感器分别用于实时采集所在负荷插口的电压和电流信号，经滤波模块滤波后，再由A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号。
进一步的，所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与多段选择开关、继电器模块和功率监测模块相连。
进一步的，所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块相连。
进一步的，所述红外遥控模块包括红外发射器，所述红外发射器位于插排主体的外壳上，所述红外发射器依次通过连杆和转轴与插排主体相连，实现水平和垂直转动，以便对准所控制电气设备的红外接收器。
本发明还提供了具有切负荷功能的智能插排的工作方法。
其中，本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排的工作方法，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷的切负荷指令来控制相应模块进行精细化切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
其中，本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排的工作方法，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块用于实时监测室内温度并传输到微处理器，进而判断出对应负荷插口所接负荷的工作状态；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先进行柔性切负荷的切负荷指令来控制相应模块进行柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
其中，本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排的工作方法，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷和优先进行柔性切负荷的切负荷指令来分别控制相应模块进行精细化切负荷和柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷和优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明作为电力系统切负荷的终端装置，能够在220V电压等级实现负荷数据动态采集以及精细化、柔性切负荷。一方面，本发明能够实时监测负荷的运行功率，判断负荷的运行状态，区分负荷的重要程度，并将这些信息与地理信息一起打包通过GPRS网络传输给切负荷控制中心，为切负荷方案的优化决策提供有力的数据支持。另一方面，本发明能够通过GPRS网络接收切负荷控制中心的切负荷指令，控制相应的继电器模块，切除对应插口所接负荷，实现精细化切负荷；控制相应的红外遥控模块调节对应插口所接负荷的温度设定和档位设定，减少对应负荷的运行功率，实现柔性切负荷。
(2)本发明更有利于提高电力系统切负荷控制的精细程度，有利于切负荷方案的全局优化，有利于增强电力系统抵御扰动的能力并减少经济损失，并且能够在不中断负荷运行，不影响用户正常生产、生活的情况下，平衡电力系统中较小的功率缺额。
(3)本发明安装简单，即插即用，不需要对用户的建筑进行改造，通过GPRS网络进行通信，不需要特定的通信网络和设施，适于电力公司在用户中大量推广。此外，本发明所提供的柔性切负荷功能可以在一定程度上替代电力系统中的旋转备用，进一步提高经济效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排的结构框图；
图2是本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排的结构框图；
图3是本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排的结构框图；
图4是本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排外部结构示意图；
图5是本发明红外发射器与插排主体的连接示意图；
图6是本发明第三种具有切负荷功能的智能插排的工作原理示意图；
图7是本发明功率监测模块原理示意图；
图8是本发明多段选择开关示意图；
图9是本发明温控型负荷的工作状态判断流程图；
图10是本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排在切负荷状态下控制过程流程图；
图11是本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排在负荷恢复状态下控制过程流程图；
图12是本发明供电方式转换过程流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排的结构框图。
如图1所示，本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器与切负荷控制中心相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷的切负荷指令来控制相应模块进行精细化切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
在图1中，微处理器通过GPRS通信模块与切负荷控制中心相互通信。
本发明通过GPRS通信模块的无线网络通信将负荷的运行状态传输到控制中心，以便实时更新控制中心数据库中各区域、各类型的负荷信息，并接收控制中心的精细化切负荷或/和柔性切负荷指令。
其中，所述继电器模块为常闭型继电器模块；在继电器模块不通电、断电复位及通电接收闭合指令后均处于闭合状态，在继电器模块通电且接收断开指令后处于断开状态。
如图7所示，功率监测模块包括电压互感器、电流互感器、滤波模块以及A/D转换模块，所述电压互感器和电流互感器分别用于实时采集所在负荷插口的电压和电流信号，经滤波模块滤波后，再由A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号。
所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与多段选择开关、继电器模块和功率监测模块相连。
所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与继电器模块和功率监测模块相连。
图1所示的第一种具有切负荷功能的智能插排中的负荷插口为常规型负荷插口。常规型负荷插口接不可连续调节运行状态而不影响用户正常生产、生活的电器设备，可对该部分负荷分别进行开关控制，以实现精细化切负荷。
如图8所示，多段选择开关安装位于插排主体的外壳上，紧靠对应的常规型负荷插口。
在图1中，微处理器还分别与显示模块及相应按键开关相连，其中，微处理器、备用供电电源、温度监测模块、GPRS通信模块、显示模块及相应按键开关位于独立于插排主体的控制单元。
所述控制单元与插排主体通过供电口和数据口连接，供电口连接方式为USB连接，在正常状态下，由插排向控制单元中的模块供电，在切负荷状态下，由控制单元中的备用供电电源向插排主体中的相关模块供电；数据口为排线连接，实现控制单元与插排主体中相关模块的双向通信，可进行信息和指令的交互，主要连接控制单元中的微处理器与插排主体中的功率监测模块、多段选择开关和继电器模块。
其中，本发明的第一种具有切负荷功能的智能插排的工作方法，包括：
在正常状态下，由插排向相关模块供电并为备用供电电源充电。功率监测模块将每个插口实时电压、电流的数字信号传输给微处理器，由微处理器计算对应插口所接负荷的有功功率和无功功率；通过多段选择开关对应微处理器I/O口的电平高低得到每个常规型负荷插口所接负荷的重要等级。通过GPRS通信模块将微处理器中集成的上述信息与地理信息打包并实时传输给切负荷控制中心，为控制中心切负荷方案的优化决策提供数据支持。
在切负荷状态下，切负荷控制中心通过GPRS通信模块向微处理器下达切负荷指令。在微处理器首次接收到切负荷的指令后，立即改由备用供电电源向相关模块供电，在转换过程中，先投入备用供电电源供电，经短暂延时后，再退出插排供电。切负荷控制中心下达的切负荷指令应充分考虑了优先切除重要程度较低的负荷。微处理器根据切负荷指令，控制相应模块进行精细化切负荷。在进行精细化切负荷时，微处理器控制相应的继电器模块，切除对应插口所接负荷。
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心通过GPRS通信模块向微处理器下达负荷恢复指令，逐步恢复相应的负荷供电。切负荷控制中心下达的负荷恢复指令应充分考虑了优先恢复重要程度高的负荷。微处理器根据负荷恢复指令，控制相应的继电器模块恢复对应插口所接负荷。在所有的负荷均已恢复后，经一段时间的延时，再切换回由插排供电，在切换过程中，先投入插排供电，经短暂延时后，再退出备用供电电源供电，同时备用供电电源开始由插排进行充电。
图2是本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排的结构框图。
如图2所示，本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的红外遥控模块；所述红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块用于实时监测室内温度并传输到微处理器，进而判断出对应负荷插口所接负荷的工作状态；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先进行柔性切负荷的切负荷指令来控制相应模块进行柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
在图2中，微处理器通过GPRS通信模块与切负荷控制中心相互通信。
本发明通过GPRS通信模块的无线网络通信将负荷的运行状态传输到控制中心，以便实时更新控制中心数据库中各区域、各类型的负荷信息，并接收控制中心的精细化切负荷或/和柔性切负荷指令。
其中，所述继电器模块为常闭型继电器模块；在继电器模块不通电、断电复位及通电接收闭合指令后均处于闭合状态，在继电器模块通电且接收断开指令后处于断开状态。
如图7所示，功率监测模块包括电压互感器、电流互感器、滤波模块以及A/D转换模块，所述电压互感器和电流互感器分别用于实时采集所在负荷插口的电压和电流信号，经滤波模块滤波后，再由A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号。
所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与多段选择开关、继电器模块和功率监测模块相连。
所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与继电器模块和功率监测模块相连。
图2所示的第二种具有切负荷功能的智能插排中的负荷插口为温控型负荷插口。温控型负荷插口主要接空调、电暖气等可连续调节运行状态而不影响用户正常生产、生活的电器设备，以便对该部分负荷进行调节而实现柔性切负荷。
温控型负荷插口配有独立的红外遥控模块，可与对应的电器设备匹配、学习后，根据指令控制该电器设备的运行状态，如开关、温度设定、档位设定等。
如图5所示，红外遥控模块包括红外发射器，红外发射器通过直接安装在连杆a上，所述连杆a通过转轴a与连杆b连接，可在垂直平面内转动。所述连杆b通过转轴b与插排主体外壳顶部连接，可在水平面内转动。红外发射器通过该连接方式可实现水平、垂直转动，以便对准所控制电气设备的红外接收器。
在图2中，微处理器还分别与显示模块及相应按键开关相连，其中，微处理器、备用供电电源、温度监测模块、GPRS通信模块、显示模块及相应按键开关位于独立于插排主体的控制单元。
所述控制单元与插排主体通过供电口和数据口连接，供电口连接方式为USB连接，在正常状态下，由插排向控制单元中的模块供电，在切负荷状态下，由控制单元中的备用供电电源向插排主体中的相关模块供电；数据口为排线连接，实现控制单元与插排主体中相关模块的双向通信，可进行信息和指令的交互，主要连接控制单元中的微处理器与插排主体中的功率监测模块、红外遥控模块和继电器模块。
其中，本发明的第二种具有切负荷功能的智能插排的工作方法，包括：
在正常状态下，由插排向相关模块供电并为备用供电电源充电。功率监测模块将每个插口实时电压、电流的数字信号传输给微处理器，由微处理器计算对应插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块实时监测室内温度并传输到微处理器中，由微处理器通过温控型负荷工作前后室内温度的变化情况，判断出对应插口所接温控型负荷为制冷状态还是制热状态。通过GPRS通信模块将微处理器中集成的上述信息与地理信息打包并实时传输给切负荷控制中心，为控制中心切负荷方案的优化决策提供数据支持。
在切负荷状态下，切负荷控制中心通过GPRS通信模块向微处理器下达切负荷指令。在微处理器首次接收到切负荷的指令后，立即改由备用供电电源向相关模块供电，在转换过程中，先投入备用供电电源供电，经短暂延时后，再退出插排供电。切负荷控制中心下达的切负荷指令应充分考虑了优先进行柔性切负荷。微处理器根据切负荷指令，控制相应模块进行柔性切负荷。在进行柔性切负荷时，微处理器控制相应的红外遥控模块调节对应插口所接负荷的温度设定和档位设定，从而减少对应插口所接负荷的运行功率。
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心通过GPRS通信模块向微处理器下达负荷恢复指令，逐步恢复相应的负荷供电。切负荷控制中心下达的负荷恢复指令应充分考虑了优先恢复精细化切负荷所切除的负荷和优先恢复重要程度高的负荷。微处理器根据负荷恢复指令，控制相应的继电器模块恢复对应插口所接负荷，控制相应的红外遥控模块恢复对应温控型负荷插口原始的运行状态(温度设定和档位设定)。在所有的负荷均已恢复后，经一段时间的延时，再切换回由插排供电，在切换过程中，先投入插排供电，经短暂延时后，再退出备用供电电源供电，同时备用供电电源开始由插排进行充电。
图3是本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排的结构框图。
如图3所示，本发明的第三种具有切负荷功能的智能插排，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关和独立的红外遥控模块；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连。
其中，在图3中，微处理器还与显示模块及相应按键开关相连。微处理器、备用供电电源、GPRS通信模块、显示模块及相应按键开关位于控制单元。
所述插排主体的插口根据所接负荷的类型，包括温控型负荷插口和常规型负荷插口。
温控型负荷插口包括独立的继电器模块、红外遥控模块和功率监测模块，主要接空调、电暖气等可连续调节运行状态而不影响用户正常生产、生活的电器设备，以便对该部分负荷进行调节而实现柔性切负荷。
常规型负荷插口包括独立的继电器模块、功率监测模块和多端选择开关，主要接不可连续调节运行状态而不影响用户正常生产、生活的电器设备，可对该部分负荷分别进行开关控制，以实现精细化切负荷。
继电器模块、红外遥控模块、显示模块和备用供电电源可接收微处理器的控制指令信息。所述功率监测模块、多分段选择开关和温度监测模块可将监测信号传输给微处理器。所述备用供电电源与插排可进行双向供电。所述微处理器通过GPRS模块可与切负荷控制中心进行双向通信。
如图4所示，多分段选择开关位于插排主体外壳上，紧靠对应的常规型负荷插口。所述红外遥控模块位于插排主体外壳上，紧靠对应的温控型负荷插口，所述红外遥控模块具有红外发射器，所述红外发射器的具体连接方式如图3所示。所述控制单元与插排主体通过供电口和数据口连接，供电口连接方式为USB连接，数据口为排线连接。所述显示模块及相应按键开关，位于控制单元的外壳上，在控制单元顶部。所述GPRS通信模块的天线位于控制单元外部，紧靠控制单元外壳侧面。
如图5所示，所述红外发射器通过直接安装在连杆a上，所述连杆a通过转轴a与连杆b连接，可在垂直平面内转动。所述连杆b通过转轴b与插排主体外壳顶部连接，可在水平面内转动。所述红外发射器通过该连接方式可实现水平、垂直转动，以便对准所控制电气设备的红外接收器。
如图6所示，所述微处理器为本发明的控制核心。所述功率监测模块将电压、电流的数字信号传输给微处理器，由微处理器计算实时的有功功率和无功功率；所述功率监测模块的原理如图7所示。所述多段选择开关，通过不同档位向微处理器传输对应插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关的原理如图8所示。所述温度监测模块实时监测室内温度，并将温度数据传输给所述微处理器，由微处理器判断对应插口所接负荷的工作状态，具体判断流程如图9所示。
所述GPRS模块负责微处理器与切负荷控制中心之间的双向通信。微处理器通过所述GPRS模块将地理位置编号、负荷重要程度、工作状态和实时功率传输给切负荷控制中心，实时更新控制中心的数据库。切负荷控制中心通过所述GPRS模块向微处理器下达切负荷或负荷恢复控制指令，由微处理器控制相应模块进行精细化切负荷、柔性切负荷和相应的负荷恢复。当微处理器执行精细化切负荷/负荷恢复指令时，控制继电器模块，切除/闭合相应负荷。当微处理器执行柔性切负荷/负荷恢复指令时，控制红外遥控模块，调节温度设定、降低档位设定/调节温度设定、提高档位设定。微处理器在切负荷状态下和负荷恢复状态下的控制流程分别如图10和图11所示。
如图7所示，所述功率监测模块主要由电压互感器、电流互感器、滤波装置以及A/D转换芯片组成。其中，电压、电流互感器实时监视采集所在插口的220V交流电压和电流并转换为弱信号，经滤波装置滤波后，再由A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号。
如图8所示，所述多段选择开关具有多个正极触电和一个负极触点，所述正极触电接同一个+3.3V，所述负极触点接GND。所述正极触电接线口接微处理器对应的I/O口。与所述负极触点接通的正极触点对应的I/O口监测到低电平，其余正极触点对应的I/O口监测到低电平。
如图9所示，所述温度监测模块实时监测室内温度，将温度数据传输到微处理器中。在温控型负荷未工作的情况下，微处理器将所述温度模块传输的温度数据储存为T0，并实时更新。在温控型负荷开始工作时，微处理器将所述温度模块传输的温度数据储存为T1，并实时更新。当T0-T1>ε时，判断对应负荷工作于制热状态，微处理器可通过调低温度设定来减少该负荷消耗的功率；当T0-T1<ε时，判断对应负荷工作于制冷状态，微处理器可通过调高温度设定来减少该负荷消耗的功率。其中，ε为设定的阈值，可根据实际情况进行设定。
如图10所示，在所述切负荷状态下，微处理器实时向切负荷控制中心发送数据，动态更新控制中心的数据库。当微处理器接收到控制中心的切负荷指令后，转换供电方式。所述转换供电方式的具体过程如图12所示。当需要进行柔性切负荷时，微处理器控制红外遥控模块减少温控型负荷的功率；当需要进行精细化切负荷时，微处理器控制继电器模块切除相应负荷。切负荷控制中心下达的切负荷指令应充分考虑了优先进行柔性切负荷和优先切除重要程度较低的负荷。
如图11所示，在所述负荷恢复状态下，微处理器实时向切负荷控制中心发送数据，动态更新控制中心的数据库。当微处理器接收到控制中心的负荷恢复指令后，转换供电方式。所述转换供电方式的具体过程如图12所示。当需要恢复精细化切负荷所切除的负荷时，微处理器控制继电器模块闭合相应负荷；当需要恢复柔性切负荷所切除的负荷时，微处理器控制红外遥控模块增加温控型负荷的功率。切负荷控制中心下达的负荷恢复指令应充分考虑了优先恢复精细化切负荷所切除的负荷和优先恢复重要程度高的负荷。
如图12所示，所述转换供电方式可分为在切负荷状态下和在负荷恢复状态下。在所述切负荷状态下，当微处理器首次接收到切负荷的指令后，立即改由备用供电电源向相关模块供电，在转换过程中，先投入备用供电电源供电，经短暂延时后，再退出插排供电。在所述负荷恢复状态下，在所有的负荷均已恢复后，延时一段时间，再切换回由插排供电，在切换过程中，先投入插排供电，经短暂延时后，再退出备用供电电源供电，同时备用供电电源开始由插排进行充电。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器与切负荷控制中心相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷的切负荷指令来控制相应模块进行精细化切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
2.一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的红外遥控模块；所述红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块用于实时监测室内温度并传输到微处理器，进而判断出对应负荷插口所接负荷的工作状态；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先进行柔性切负荷的切负荷指令来控制相应模块进行柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
3.一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，包括：
插排主体，所述插排主体上设置有负荷插口，所述负荷插口依次经分别独立的继电器模块和功率监测模块与市电电源相连，并在继电器模块闭合后形成供电回路；
所述负荷插口配置有独立的多段选择开关和独立的红外遥控模块；其中，多段选择开关的每个档位对应微处理器的一个I/O口，选中档位为低电平，其余档位为高电平；根据微处理器对应I/O口电平的高低得到每个负荷插口所接负荷的重要等级；所述多段选择开关、红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块分别与微处理器相连，所述微处理器还分别与切负荷控制中心和温度监测模块相连；
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷和优先进行柔性切负荷的切负荷指令来分别控制相应模块进行精细化切负荷和柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷和优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
4.如权利要1或2或3所述的一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，所述微处理器通过GPRS通信模块与切负荷控制中心相互通信；
或/和
所述继电器模块为常闭型继电器模块；在继电器模块不通电、断电复位及通电接收闭合指令后均处于闭合状态，在继电器模块通电且接收断开指令后处于断开状态。
5.如权利要1或3所述的一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与多段选择开关、继电器模块和功率监测模块相连。
6.如权利要2或3所述的一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，所述微处理器还与备用供电电源相连；所述备用供电电源还分别与红外遥控模块、继电器模块和功率监测模块相连。
7.如权利要2或3所述的一种具有切负荷功能的智能插排，其特征在于，所述红外遥控模块包括红外发射器，所述红外发射器位于插排主体的外壳上，所述红外发射器依次通过连杆和转轴与插排主体相连，实现水平和垂直转动，以便对准所控制电气设备的红外接收器。
8.一种如权利要求1所述的具有切负荷功能的智能插排的工作方法，其特征在于，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷的切负荷指令来控制相应模块进行精细化切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
9.一种如权利要求2所述的具有切负荷功能的智能插排的工作方法，其特征在于，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；温度监测模块用于实时监测室内温度并传输到微处理器，进而判断出对应负荷插口所接负荷的工作状态；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先进行柔性切负荷的切负荷指令来控制相应模块进行柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
10.一种如权利要求3所述的具有切负荷功能的智能插排的工作方法，其特征在于，包括：
在正常状态下，功率监测模块用于检测每个负荷插口的实时电压和电流信号并传输给微处理器，微处理器用于计算对应负荷插口所接负荷的有功功率和无功功率；
在切负荷状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先切除重要程度较低的负荷和优先进行柔性切负荷的切负荷指令来分别控制相应模块进行精细化切负荷和柔性切负荷；
在负荷恢复状态下，切负荷控制中心向微处理器下达考虑优先恢复重要程度高的负荷和优先恢复精细化切负荷所切除的负荷的恢复负荷指令，以逐步恢复相应的负荷供电。
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