CN107565284A - 一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座及控制方法，其技术特点在于：包括电源插座壳体及其内部的控制电路，所述控制电路包括连接在一起的控制模块、电源插座和电源插头；所述控制模块包括单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块和电源模块。本发明通过用电设备的错峰控制方式，可使电网削峰填谷的负荷控制达到最佳状态；从而减少了电网运行的峰谷负荷差，实现了节能降耗的目的。

Description

一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座及控制方法

技术领域

本发明属于智能电网应用技术领域，涉及电源插座，尤其是一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座及控制方法。

背景技术

目前，公知的各种便携式电源插座主要是一种为用电设备提供便携式电源的装置，专利申请号CN201310339965.9提出了一种智能电源插座及控制系统。该智能电源插座包括中央处理器、电能计量模块、WiFi模块、控制开关、显示模块、轮显按键和采样电路，所述中央处理器分别与所述电能计量模块、WiFi模块、控制开关、显示模块、轮显按键相连；所述采样电路与电能计量模块相连；所述采样电路用于采集电流和电压，并将采集的电流和电压输入所述电能计量模块；所述电能计量模块根据电流和电压得到电能；所述显示模块用于显示所述电能；所述中央处理器根据WiFi模块的输入信号控制所述控制开关的开启和关断。上述智能电源插座及控制系统，可通过电能计量模块计算电能，通过WiFi模块的输入信号控制控制开关的开启和关闭，通过显示模块显示电能等。该装置实现了电源插座开启和关闭控制，无法满足虚拟储能控制要求，实现电力用户同电力系统的互动，达到电网削峰填谷效果最佳。上述装置虽利用WIFI实现了远程电源插座供电的开启和关闭控制，但无法满足电力系统需求侧管理的要求，实现电力用户同电力系统的互动，达到控制负荷用电实现电网削峰填谷的最佳效果。而目前在智能电网应用领域，尚无一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座。

下面对本发明中涉及的技术用于作如下解释说明：

需求侧管理：在政府法规和政策的支持下，采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过发电公司、电网公司、能源服务公司、社会中介组织、产品供应商、电力用户等共同协力，提高终端用电效率和改变用电方式，在满足同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方受益、最低成本能源服务所进行的管理活动。

削峰填谷：把一部分高峰负荷挪到低谷时段，从而减少电网运行的峰谷负荷差，实现了节约能源的目的。

虚拟储能技术：是一种基于电力需求侧管理和峰谷电价策略，通过智能电网实现的提高用电设备谷段用电量，减少尖、峰段用电量的负荷能量管理技术。包括错峰关断、错峰调压、无错峰调参三种控制方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用电力载波技术下发供电企业峰谷控制参数，通过电力用户自主选择，实现电源插座输出对用电器具的虚拟储能控制的基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座及控制方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座，包括电源插座壳体及其内部的控制电路，所述控制电路包括连接在一起的控制模块、电源插座和电源插头；所述控制模块包括单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块和电源模块；所述单片机分别与WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路和输出控制模块相连接，通过编程完成基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制输出；

所述WIFI通信模块与单片机连接用于接收电力用户通过安装于电脑终端、手机终端或PAD终端上的应用程序对基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的供电输出控制选择；

所述电力载波控制模块与单片机连接用于接收供电企业下发的峰谷用电控制参数；

所述故障报警及状态指示模块与单片机连接用于系统故障报警及电源插座输出状态指示；

所述看门狗电路与单片机连接用于通过编程可以防止程序发生死循环。

所述输出控制模块的输入端与单片机相连接，其输出端分别与电源插座和电源连线插头相连接；通过单片机控制全隔离一体化交流移相调压器模块0-5V输入控制端的控制电压，实现电源插座的错峰关断、错峰调压、无错峰调参三种控制供电输出；

所述电源模块分别与单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块相连接并为其提供工作电源。

而且，所述看门狗电路采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路，通过编程可以防止程序发生死循环或者程序跑飞。

而且，所述电源插座通过电源I/O接口与和输出控制模块相连接连接，并根据电力用户选择控制模式向用电负荷供电。

一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制方法，包括以下步骤：

步骤601：系统初始化；

步骤602：WIFI扫描程序；

步骤603：有WIFI转604，否则转605；

步骤604：WIFI处理程序；

步骤605：有载波通讯转606.否则转608；

步骤606：调用载波处理程序；

步骤607：接收电力系统用电参数并存储；

步骤608：用电时段判断，用电时段转换转610，否则转609；

步骤609：清用电时段标志；

步骤610：置用电时段标志；

步骤611：调用输出控制子程序；

步骤612：调用显示子程序；

步骤613：清看门狗后转602。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过电力线载波接收供电企业下发的错峰用电参数并按照电力用户意愿选择用电设备的错峰控制方式，使电网削峰填谷的负荷控制达到最佳状态，实现了电能买卖双方的互动。并以居民用电户为例，通过一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座并按照电力用户意愿选择照明设备为错峰调压控制模式；洗衣机、榨汁机等电器采用错峰关断控制模式；从而降低尖、峰段用电量，提高谷段用电量，通过用电设备的错峰控制方式，可使电网削峰填谷的负荷控制达到最佳状态；从而减少了电网运行的峰谷负荷差，实现了节能降耗的目的。

2、本发明通过电力线载波接收供电企业下发的峰谷用电控制参数和电力用户根据自身需求利用安装于电脑终端、手机终端或PAD终端上的应用程序对基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的供电输出，实现了电能买卖双方的互动。

附图说明

图1是本发明的基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座结构图；

图2是本发明的基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座控制模块电路框图；

图3是本发明的电力载波模块及其接口电路图；

图4是本发明的电力载波通信服务子程序处理流程图；

图5是本发明的输出控制模块电路图；

图6是本发明的处理流程图。

图中：

1.控制模块；2.电源插座；3.电源插座壳体；4.电源连线插头

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明通过电力线载波接收供电企业下发的峰谷用电控制参数，由电力用户根据自身需求利用安装于电脑终端、手机终端或PAD终端上的应用程序对基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的供电输出，通过WIFI通信进行错峰关断、错峰调压、无错峰调参三种控制方式的选择，在不同用电峰谷时段，根据不同负荷采取不同错峰控制方案，合理控制用电设备的周期工作时间，从而实现电网削峰填谷的错峰负荷控制，达到节能降耗的目的而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座。

一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座，如图1所示，包括电源插座壳体3及其内部的控制电路，该电源插座壳体用于为基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的使用提供安全防护。所述控制电路包括连接在一起的控制模块1、电源插座2和电源插头4；所述控制模块包括单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块和电源模块；所述单片机分别与WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路和输出控制模块相连接，通过编程完成基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制输出；

所述WIFI通信模块与单片机连接用于接收电力用户通过安装于电脑终端、手机终端或PAD终端上的应用程序对基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的供电输出控制选择；

所述电力载波控制模块与单片机连接用于接收供电企业下发的峰谷用电控制参数；

所述故障报警及状态指示模块与单片机连接用于系统故障报警及电源插座输出状态指示；

所述看门狗电路与单片机连接用于通过编程可以防止程序发生死循环。

所述输出控制模块的输入端与单片机相连接，其输出端分别与电源插座和电源连线插头相连接；通过单片机控制全隔离一体化交流移相调压器模块0-5V输入控制端的控制电压，实现电源插座的错峰关断、错峰调压、无错峰调参三种控制供电输出；

所述电源模块分别与单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块相连接并为其提供工作电源；

在本实施例中，所述看门狗电路采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路，通过编程可以防止程序发生死循环或者程序跑飞。

在本实施例中，所述电源插座通过电源I/O接口与和输出控制模块相连接连接，并根据电力用户选择控制模式向用电负荷供电。

下面分别对控制模块内的各模块的组成和功能进行说明：

(1)电力载波模块

在本实施例中，所述看门狗电路采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路，通过编程可以防止程序发生死循环或者程序跑飞；

所述电力载波模块及其接口电路，如图3所示，为系统提供通信功能；在图3中载波芯片通过SCL、SDA与单片机连接，其外围接口电路包括功率放大电路、滤波整形电路、谐振电路及二次滤波电路。功率放大电路是用来将载波芯片产生的载波调制信号进行功率放大后耦合到电力线上。载波功能被使能后，载波信号由PSK_out输出，波形为0-5V变化的方波，包含丰富的谐波；经过推挽电路进行功率放大后，PSK_out点的方波信号被放大后经电感L1、电容C3完成整形滤波后，再通过耦合线圈T1耦合到低压电力线上，双向二极管D7起保护作用。电路中D3、D4起嵌位作用、吸收低压电力线上的尖峰干扰。在图3的接收回路中，R3在接收本地强发射信号时可以有效吸收衰减；电感L2、电容C6组成并联谐振回路，谐振以中心频率为120KHz设计，完成对有效信号的带通滤波；良好的选频回路可以有效提高载波接收灵敏度。二极管D5、D6的作用是将接收信号的电位钳制在±0.7V。接收信号经过电容C4后引入到芯片内部进行混频处理，SIGIN被内部上拉后平移到2.5V±0.7V，以利于后续处理。在载波信号的后处理电路中，并联谐振后接收的载波信号经SIGIN脚进入芯片。由于陶瓷滤波器通频带只能在中频附近，所以芯片内部将接收到的120KHz信号与内部的600KHz本振信号进行混频，得到80KHz中频带宽的差频信号。混频信号由FLTI脚输入到陶瓷滤波器的输入脚，陶瓷滤波器滤波后再送回芯片的FLTO脚进行内部限幅放大。然后由芯片内的硬件解扩电路进行有效数据的还原；数据解扩完成后将数据位锁存到数据管脚，同时产生同步信号HEAD。

系统的电力载波通信服务子程序用于判断载波通信中断要求，其处理流程如图4所示，当电力载波通信处于接收状态时，载波通信控制单元解扩出1bit数据后，产生一次中断。接收时首先采用16bits接收窗口、1bit滑动方式来接收通信的同步帧头0X09、0XAF，帧头接收成功后，后续数据按每8bits一个字节的方式进行截取，得到传送的有效数据；接收过程中，按有关的通信协议进行地址判别、长度接收、校验计算。地址相同的模块对符合通信协议的数据进行应答，后转入发送态。当载波通信处于发送态时。用于载波通信的主叫方发出命令、或接收方的应答。载波通信控制单元发送完1bit的扩频数据后，自动产生一次中断，允许下1bit数据发送。根据捕获和同步过程需要，首先发送至少40bits的全“1”；然后按比特发送同步帧头0X09、0XAF；之后根据用户的有关通信协议按比特发送通信地址、数据长度、数据体、校验等字节。数据全部发送完成后，载波模块即可转入接收态。但为确保待发送数据的最后一个比特发送成功，必须在发送完最后1bit数据后等到下一次发送中断到来后，才可以转换载波发送态到接收态。载波发送未将全部数据发送完成前，CPU必须及时向PLM_RST寄存器写入“A2H”，使计数器复位，避免自动复位提前进入载波接收态。

(2)输出控制模块

如图5所示，输出控制模块采用DAC0832数模转换集成芯片，通过DI0～7八位数字输入端接收单片机送出的八位数据，经过内部D/A数模转换，将Iout电流输出端连接SA4558运算放大器，通过编程可获得0～5V直流电压输出给全隔离一体化交流移相调压器模块的CONT控制端，负极接com端，模块内部cont端相对com端的输入阻抗大于30KΩ。当控制端cont从0-5Vdc改变时，交流负载2、4端上的电压从0伏到最大值线性可调，其中cont在0-0.7Vdc左右时为全关闭区域，可靠关断整个电路的输出；cont在0.7Vdc-4.3Vdc左右为可调区域，即随着控制电压的增大，移相角α从180°到0°线性减小，导通角增大，交流负载2、4端上的电压从0伏增大到最大值；cont在4.3Vdc-5Vdc左右时为全开通区域，交流负载2、4端上的电压为最大值，全隔离一体化交流移相调压器模块的1、3端为交流电压输入端。

本发明的一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制方法，如图6所示,包括以下步骤：

步骤601：系统初始化；

步骤602：WIFI扫描程序；

步骤603：有WIFI转604，否则转605；

步骤604：WIFI处理程序；

步骤605：有载波通讯转606.否则转608；

步骤606：调用载波处理程序；

步骤607：接收电力系统用电参数并存储；

步骤608：用电时段判断，用电时段转换转610，否则转609；

步骤609：清用电时段标志；

步骤610：置用电时段标志；

步骤611：调用输出控制子程序；

步骤612：调用显示子程序；

步骤613：清看门狗后转602；

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座，其特征在于：包括电源插座壳体及其内部的控制电路，所述控制电路包括连接在一起的控制模块、电源插座和电源插头；所述控制模块包括单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块和电源模块；所述单片机分别与WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路和输出控制模块相连接，通过编程完成基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制输出；

所述WIFI通信模块与单片机连接用于接收电力用户通过安装于电脑终端、手机终端或PAD终端上的应用程序对基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的供电输出控制选择；

所述电力载波控制模块与单片机连接用于接收供电企业下发的峰谷用电控制参数；

所述故障报警及状态指示模块与单片机连接用于系统故障报警及电源插座输出状态指示；

所述看门狗电路与单片机连接用于通过编程可以防止程序发生死循环。

所述输出控制模块的输入端与单片机相连接，其输出端分别与电源插座和电源连线插头相连接；通过单片机控制全隔离一体化交流移相调压器模块0-5V输入控制端的控制电压，实现电源插座的错峰关断、错峰调压、无错峰调参三种控制供电输出；

所述电源模块分别与单片机、WIFI通信模块、电力载波控制模块、故障报警及状态指示模块、看门狗电路、输出控制模块相连接并为其提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座，其特征在于：所述看门狗电路采用的X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路，通过编程可以防止程序发生死循环或者程序跑飞。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座，其特征在于：所述电源插座通过电源I/O接口与和输出控制模块相连接连接，并根据电力用户选择控制模式向用电负荷供电。

4.根据权利要求1至3所述的任一权利要求的一种基于电力线载波的虚拟储能控制电源插座的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤601：系统初始化；

步骤602：WIFI扫描程序；

步骤603：有WIFI转604，否则转605；

步骤604：WIFI处理程序；

步骤605：有载波通讯转606.否则转608；

步骤606：调用载波处理程序；

步骤607：接收电力系统用电参数并存储；

步骤608：用电时段判断，用电时段转换转610，否则转609；

步骤609：清用电时段标志；

步骤610：置用电时段标志；

步骤611：调用输出控制子程序；

步骤612：调用显示子程序；

步骤613：清看门狗后转602。