CN111697703B - 一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统 - Google Patents

一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，包括远端供电局控制中心，用户中心控制器和用户电器，远端供电局控制中心包括第一电力包模块，第一电力包模块，用于将信息和能量打包成电力包，并通过电力包以时分复用的形式进行电能传输；用户中心控制器包括边缘处理模块；边缘处理模块对外与远端供电局控制中心电性连接，对内与用户电器通过电力线以时分复用的方式传输。本发明可以减少用电设备待机耗能，减轻区域负荷变压器容量配置压力，大幅度减少能源的浪费，实现对电的智能化操作和精准供电。

Description

一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统
技术领域
本发明涉及电网和信息通信技术融合领域，特别是一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统。
背景技术
电能的供需平衡是能源管理系统的重要设计指标，然而电能的需求是不断变化的，如何适应快速变化和不断增长的电能需求与电能供给间的矛盾是目前面临的重要难题。基于能源互联网，精准供电思想被提出以应对上述情况。精准供电可以基于数据采集与预测分析技术，对用电设备进行监测、预测和控制，实现智能操作电能的使用。
目前的能量供给系统多采用“插拔式”为用电器供电，即插即用，给用户带来了极大的方便。然而这些能量供给系统不仅会增加用电器待机能耗，造成电能浪费；而且无法实现能量的精准定量分配。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，它能够进行定量分配，减少用电设备待机耗能，减轻区域负荷变压器容量配置压力，大幅度减少能源的浪费，实现对电的智能化操作和精准供电。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，包括远端供电局控制中心，用户中心控制器和用户电器；
所述远端供电局控制中心包括第一电力包模块，所述第一电力包模块，用于将信息和能量打包成电力包，并通过所述电力包以时分复用的形式进行电能传输；
所述用户中心控制器包括边缘处理模块；所述边缘处理模块对外与所述远端供电局控制中心电性连接，对内与所述用户电器通过电力线以时分复用的方式传输；
所述用户电器设置有至少一个；所述用户电器包括第三电力包模块，用于将信息需求打包成有效载荷为空的所述电力包，并以有效载荷为空的所述电力包的形式进行信息传输。
所述边缘处理模块内设置有第二电力包模块；所述第二电力包模块包括信息处理单元和能量处理单元；
所述信息处理单元包括FSK调制器，功率放大器，和电力线调制单元；所述FSK调制器用于调制输入得到的信号；所述功率放大器用于对信号进行放大；所述电力线调制单元用于将信号耦合到电力线上进行传输；
所述能量处理单元包括数模转换模块和运算放大模块；所述数模转换模块将输送过来的离散数字量转化成模拟电流信号，并发送到所述运算放大模块；所述运算放大模块用于将模拟电流信号中的高频成分去除，并将电流信号转换成电压信号，进而对该信号进行放大，最终得到用电器所需要的PWM信号。
所述边缘处理模块内还设置有计算单元；所述计算单元用于将所述能量需求输入单元的能量需求进行统计，再传输到第一电力包模块进行反馈。
所述电力包是由头部，有效载荷和尾部组成的矩形波；所述电力包用于传输能量和信息；
所述头部用于记录能量传输的起始信号以及远端供电局控制中心和用户电器的地址信号；所述尾部用于记录终止信号；所述有效载荷用于携带传输的电力。
所述计算单元采用CPU处理器。
所述数模转换模块采用DAC0832芯片；所述运算放大模块采用LM358放大器。
本发明中的有益效果为用户中心控制器根据所统计的各用电器的需求信息以及紧急性程度，对用户的各用电器进行精准分配，用电器需要多少就分配多少，减少了电的浪费，实现及时供应；电力包以时分复用的方式进行传输，可以用最少的电力线连接，大大地节约了成本。本发明中电力包是将电力进行打包，通过电力线进行传输时，不同用户电器所需求的电力不会发生混合，可以实现精准供能。本发明的应用，可在不需要外设多根电力线的情况下，根据用户电器的不同需求灵活调节电力，实现智能控制。
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他的附图。
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的电力包结构图；
图3为本发明的工作原理图；
图4为本发明信息处理单元原理图；
图5为本发明能量处理单元原理图。
其中，1-远端供电局控制中心，2-用户中心控制器，3-用户电器，31-信息输入终端，41-第一电力包模块，42-第二电力包模块，43-第三电力包模块，5-边缘处理模块，51-信息处理单元，52-能量处理单元，53-计算单元，511-FSK调制器,512-功率放大器，513-电力线调制单元，521-数模转换模块，522-运算放大模块，6-电力包，61-头部，62-有效载荷，63-尾部。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于，包括：远端供电局控制中心1，用户中心控制器2和用户电器3；
远端供电局控制中心1包括第一电力包模块41，第一电力包模块41，用于将信息和能量打包成电力包6，并通过电力包6以时分复用的形式进行电能传输；
用户中心控制器2包括边缘处理模块5；边缘处理模块5对外与远端供电局控制中心1电性连接，对内与用户电器3通过电力线以时分复用的方式传输；
用户电器3设置有至少一个；用户电器3包括第三电力包模块43，用于将信息需求打包成有效载荷为空的电力包6，并以有效载荷为空的电力包6的形式进行信息传输。
边缘处理模块5内设置有第二电力包模块42；第二电力包模块42包括信息处理单元51和能量处理单元52；
信息处理单元51包括FSK调制器511，功率放大器512，和电力线调制单元513；FSK调制器511用于调制输入得到的信号；功率放大器512用于对信号进行放大；电力线调制单元513用于将信号耦合到电力线上进行传输；
能量处理单元52包括数模转换模块521和运算放大模块522；数模转换模块521将输送过来的离散数字量转化成模拟电流信号，并发送到运算放大模块522；运算放大模块522用于将模拟电流信号中的高频成分去除，并将电流信号转换成电压信号，进而对该信号进行放大，最终得到用电器所需要的PWM信号。
边缘处理模块5内还设置有计算单元53；计算单元53用于将能量需求输入单元31的能量需求进行统计，再传输到第一电力包模块41进行反馈。
电力包6是由头部61，有效载荷62和尾部63组成的矩形波；电力包6用于传输能量和信息；
尾部63用于记录终止信号；有效载荷62用于携带传输的电力。
在本实施例中，优选的，计算单元53采用CPU处理器。
在本实施例中，优选的，数模转换模块521采用DAC0832芯片；运算放大模块522采用LM358放大器。
在本实施例中，优选的，电力包6以时间为计量单位，有效载荷的持续时间越长，可携带更多的能量。
本实施例中，第一电力包模块41第二电力包模块42和第三电力包模块43内含的PLC模块的型号为S7-200，具有响应频率快、操作便捷、可靠性高等优点。
在本实施例中，第一电力包模块41每个时刻只传输一个电力包6。
根据图3所示，本实施例的工作原理为：在信息输入终端31输入每个用户电器3的功率以及需要使用的时间段，第三电力包模块43对这些信号进行处理，利用输出的控制信号操作开关通断，将每个用户电器3的相应信息分别打包成一个有效载荷为空的电力包6，并通过电力线将各电力包转发至边缘处理模块5的第二电力包模块42中的信息处理单元51。
边缘处理模块5中的信息处理单元51读取相应的需求信息，计算单元进而采用CPU处理器进行处理；根据每个用户电器3的功率以及需要使用的时间段，计算单元计算各个用户电器3对能量的需求量，并对所有用户电器3的紧急性程度由高到低进行排列；之后，以白天为例，基于供电局此时的供电量，边缘处理模块5中的信息处理单元51将紧急性程度较高的用电器的能量需求信息，经由电力线转发至远端供电局控制中心，而将紧急性程度较低的用电器的能量需求信息于晚上进行发送；远端供电局控制中心接收到需求信息后，输入相关信号至第一电力包模块41，第一电力包模块41基于其输出的控制信号，将各个用户电器3所需要的能量以及对应的地址信息分别打包成单个电力包6，通过电力线以时分复用的方式将各电力包转发至边缘处理模块5；边缘处理模块5基于接收到的电力包6的地址信息，将电力包6分别转发至各用户电器3，一个闭环的能量供应系统得以构成。
根据图4所示，输入的信息通过FSK调制器511得到调制信号，之后经过功率放大器512对信号进行放大，并利用电力线调制单元513将信号耦合到电力线上，进而进行传输。
根据图5所示，数模转换模块521将计算单元53输送过来的离散数字量转换成模拟电流信号，并通过VREF端发送至运算放大模块522；运算放大模块522去除模拟电流信号中的高频成分，将电流信号转换成电压信号，并对该信号进行放大，最终得到用电器所需要的PWM信号。之后，信息处理单元得到的信息信号和能量处理单元得到的能量信号附加在一起，形成电力包6。
在另一个实施例中，可设置多个用户中心控制器2用以边缘管理，扩展性强。
本发明中的有益效果为用户中心控制器根据所统计的各用电器的需求信息以及紧急性程度，对用户的各用电器进行精准分配，用电器需要多少就分配多少，减少了电的浪费，实现及时供应；电力包以时分复用的方式进行传输，可以用最少的电力线连接，大大地节约了成本。本发明中电力包是将电力进行打包，通过电力线进行传输时，不同用户电器所需求的电力不会发生混合，可以实现精准供能。本发明的应用，可在不需要外设多根电力线的情况下，根据用户电器的不同需求灵活调节电力，实现智能控制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于，包括：远端供电局控制中心(1)，用户中心控制器(2)和用户电器(3)；
所述远端供电局控制中心(1)包括第一电力包模块(41)，所述第一电力包模块(41)用于将信息和能量打包成电力包(6)，并通过所述电力包(6)以时分复用的形式进行电能传输；
所述用户中心控制器(2)包括边缘处理模块(5)；所述边缘处理模块(5)对外与所述远端供电局控制中心(1)电性连接，对内与所述用户电器(3)通过电力线以时分复用的方式传输；
所述用户电器(3)设置有至少一个；所述用户电器(3)包括第三电力包模块(43)和信息输入终端(31)，所述信息输入终端(31)用于输入所述用户电器(3)所需能量的信号；所述第三电力包模块(43)用于将信息需求打包成有效载荷为空的所述电力包(6)，并以有效载荷为空的所述电力包(6)的形式进行信息传输；
所述边缘处理模块(5)内还设置有计算单元(53)；所述计算单元(53)用于将所述信息输入终端(31)的能量需求进行统计，再传输到第一电力包模块(41)进行反馈；所述电力包(6)是由头部(61)、有效载荷(62)和尾部(63)组成的矩形波；所述电力包(6)用于传输能量和信息；
边缘处理模块中的信息处理单元读取相应的需求信息，计算单元进而采用CPU处理器进行处理；根据每个用户电器的功率以及需要使用的时间段，计算单元计算各个用户电器对能量的需求量，并对所有用户电器的紧急性程度由高到低进行排列；
所述头部(61)用于记录能量传输的起始信号以及远端供电局控制中心(1)和用户电器(3)的地址信号；所述尾部(63)用于记录终止信号；所述有效载荷(62)用于携带传输的电力。
2.根据权利要求1所述的一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于，所述边缘处理模块(5)内设置有第二电力包模块(42)；所述第二电力包模块(42)包括信息处理单元(51)和能量处理单元(52)；所述信息处理单元(51)用于读取能量需求信息；所述能量处理单元(52)用于汇总能量需求量,并重新打包成电力包进行传输。
3.根据权利要求2所述的一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于，所述信息处理单元(51)包括FSK调制器(511)，功率放大器(512)，和电力线调制单元(513)；所述FSK调制器(511)用于调制输入得到的信号；所述功率放大器(512)用于对信号进行放大；所述电力线调制单元(513)用于将信号耦合到电力线上进行传输。
4.根据权利要求2所述的一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于，所述能量处理单元(52)包括数模转换模块(521)和运算放大模块(522)；所述数模转换模块(521)将输送过来的离散数字量转化成模拟电流信号，并发送到所述运算放大模块(522)；所述运算放大模块(522)用于将模拟电流信号中的高频成分去除，并将电流信号转换成电压信号，进而对该信号进行放大，最终得到用电器所需要的信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于用户边缘控制的能量精准供给系统，其特征在于：所述数模转换模块(521)采用DAC0832芯片；所述运算放大模块(522)采用LM358放大器。
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