CN115047244A - 一种智能开关电表及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能开关电表，涉及智能电表技术领域，包括电压采样单元、电流采样单元、计量单元、微型控制器主控单元、载波接口、控制开关。一种智能开关电表的控制方法，该方法既可以结合电压、电流采样数值进行分合闸控制，达到欠压、过压、过载和短路保护的目的，还可通过系统平台至控制终端下发控制指令远程分合闸，实现远程费控、负荷管理。本发明提供了一种智能开关电表及控制方法，该电表及方法无需通过485、蓝牙、载波或无线与表后开关通信；无需在表后开关增加通信功能和分合闸的控制机构。

Description

一种智能开关电表及控制方法

技术领域

本发明涉及智能电表技术领域，具体涉及一种智能开关电表及控制方法。

背景技术

电网的电能质量管理、线损能耗的控制、新能源接入的监控等应用不但要对海量数据进行监测、分析，还需远程智能管理末端用户的安全问题、停复电问题，管理末端用户的欠费问题，管理末端用户的负荷问题等，缺少一种采集、计量与控制一体的设备，此设备与控制终端之间的协同系统需高可靠、高寿命且成本低。现阶段的设备为智能电表，智能电表只具备采集、计量、计费等功能，如果需要智能管理末端用户的安全问题、停复电问题、费控问题、负荷问题等，需与表后开关进行通信交互实现，智能电表与表后开关之间约有50厘米的距离，需要通过485、蓝牙、载波或无线通信，且表后开关需要增加相应的通信功能和分合闸的控制机构。

目前，有部分智能电表厂商有内置关断L(Live Wire)线的开关，此方式有漏电的隐患，安全级别低。传统的方案，安装部署复杂，可靠性低，成本高，很难实现大规模改造，应用推广有很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种智能开关电表及控制方法，该电表及方法无需通过485、蓝牙、载波或无线与表后开关通信；无需在表后开关增加通信功能和分合闸的控制机构即可实现相关功能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种智能开关电表，包括电压采样单元、电流采样单元、计量单元、微型控制器主控单元、载波接口、控制开关，所述电压采样单元与电流采样单元分别与计量单元连接，并为计量单元提供电力原始数据，所述计量单元为采集电压、电流限制值，并与微型控制器主控单元连接，所述微型控制器主控单元负责各功能单元之间的交互，并分别与计量单元、载波接口及控制开关连接，所述载波接口为接插载波通信模块实现与上行终端通信。

优选的，所述的所述微型控制器主控单元依次通过载波接口、控制终端与系统平台连接。

优选的，所述的计量单元设有计量芯片。

优选的，所述的微型控制器主控单元还连接有安全加密模块、存储器及外部时钟模块。

一种智能开关电表的控制方法，包括：

A、电压采样单元将采集到的原始电压数值通过分压电路计算成适当的电压采样范围，计量单元通过计量芯片的电压测量功能输出相对应的电压值；电流采样单元将采集到的原始电流数值通过电流互感器变比成适当的电流采样范围，计量单元通过计量芯片的电流测量功能输出相对应的电流值；计量单元将输出的电压电流值输出给微型控制器主控单元；

B、微型控制器主控单元内部集成微处理系统，当判定计量单元输出的电压、电流超出设定的范围时，微型控制器主控单元管理控制开关断开，当电压、电流值正常时，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现欠压、过压、过载、短路保护；

C、系统平台获取用户用电信息和用户账户余额信息，当用户账户有欠费时，通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将欠费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关断开；当用户缴费完成后，系统平台通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将缴费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现远程费控；

D、系统平台获取用户用电负荷信息，当用户有异常负荷信息时，通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将异常负荷信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关断开；当异常负荷消除后，系统平台通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将负荷消除信息下发给微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现负荷管理。

一种智能开关电表及控制方法的有益效果：

(1)本发明实现智能电表与表后开关融为一体后可减少连接端头，降低安全隐患。

(2)本发明实现智能电表与表后开关融为一体后施工部署灵活，便捷运维。

(3)本发明实现智能电表与表后开关融为一体后可省去表后开关，可极大降低经济成本。

(4)本发明可通过远程费控、负荷管理实时控制分合闸，实现电能质量治理。

(5)智能电表与表后开关融为一体是本发明的关键，通过这种改进，本发明无需通过485、蓝牙、载波或无线与表后开关通信；无需在表后开关增加通信功能和分合闸的控制机构，只需将智能电表与传统的表后开关融为一体(控制开关直接与微型控制器主控单元连接)，不只局限于电磁短路保护和双金属片的过载保护方式，还可采用继电器、可控硅、机械开关或其他电子控制开关实现。

附图说明

图1、传统的智能电表与本发明的系统对比图；

图2、本发明设计原理单元图；

图3、本发明的工作原理过程图。

1、电压采样单元；2、电流采样单元；3、计量单元；4、微型控制器主控单元；5、控制开关；6、载波接口；7、控制终端；8、系统平台。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“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，仅是为了描述本发明和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种智能开关电表，如图2所示，包括电压采样单元、电流采样单元、计量单元、微型控制器主控单元、载波接口、控制开关，所述电压采样单元与电流采样单元分别与计量单元连接，并为计量单元提供电力原始数据，所述计量单元为采集电压、电流限制值，并与微型控制器主控单元连接，所述微型控制器主控单元负责各功能单元之间的交互，并分别与计量单元、载波接口及控制开关连接，所述载波接口为接插载波通信模块实现与上行终端通信。

所述的所述控制开关为表后用户发生过压、过载或短路时提供保护，所述微型控制器主控单元依次通过载波接口、控制终端与系统平台连接。

所述的计量单元设有计量芯片。

所述的微型控制器主控单元还连接有安全加密模块(为现有技术，不做赘述)、存储器(为现有技术，不做赘述)及外部时钟模块(为现有技术，不做赘述)。

参见图1，传统的智能电表与表后开关需要通过接线串联，控制表后开关需要通过485、蓝牙、载波或无线通信，本发明将智能电表与表后开关融为一体，通过微型控制器主控单元直接与控制开关(对应表后开关)连接，通过智能电表内部控制即可实现相关功能。本发明实现智能电表与表后开关融为一体后可减少连接端头，降低安全隐患；并且可根据需要进行施工部署，操作灵活，便捷运维；同时，本发明可省去传统智能电表的表后开关，2P表后开关如有远程分合闸和通信功能价格约200元/只，全国用户约10亿只的用量，更换成本发明的智能开关电表可极大节省经济成本。

需要说明的是，本发明不局限于内部管理控制开关，控制开关还可以本地手动分合闸，满足本地运维使用。

参见图2，智能电表与表后开关融为一体是本发明的关键，通过这种改进，本发明无需通过485、蓝牙、载波或无线与表后开关通信；无需在表后开关增加通信功能和分合闸的控制机构，只需将智能电表与传统的表后开关融为一体，同时断开L线和N线，内部管理控制。开关融为一体后，不只局限于电磁短路保护和双金属片的过载保护方式，还可采用继电器、可控硅、机械开关或其他电子控制开关实现。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种智能开关电表的控制方法，包括：

A、电压采样单元1将采集到的原始电压数值通过分压电路计算成适当的电压采样范围，计量单元3通过计量芯片的电压测量功能输出相对应的电压值；电流采样单元2将采集到的原始电流数值通过电流互感器变比成适当的电流采样范围，计量单元3通过计量芯片的电流测量功能输出相对应的电流值；计量单元3将输出的电压电流值输出给微型控制器主控单元4。

B、微型控制器主控单元4内部集成微处理系统，为整个系统的控制、管理、协调中心，当判定计量单元3输出的电压、电流超出设定的范围时，微型控制器主控单元4可管理控制开关5断开，当电压、电流值正常时，微型控制器主控单元4可管理控制开关5合并，实现欠压、过压、过载、短路保护。

C、系统平台8可获取用户用电信息和用户账户余额信息，当某用户账户有欠费时，可通过控制终端7下发指令给载波接口6，载波接口6可通过载波通信将欠费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元4，微型控制器主控单元4可管理控制开关5断开；当用户缴费完成后，系统平台8可通过控制终端7下发指令给载波接口6，载波接口6可通过载波通信将缴费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元4，微型控制器主控单元4可管理控制开关5合并，实现远程费控。

D、系统平台8可获取用户用电负荷信息，当某用户有异常负荷信息时，可通过控制终端7下发指令给载波接口6，载波接口6可通过载波通信将异常负荷信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元4，微型控制器主控单元4可管理控制开关5断开；当异常负荷消除后，系统平台8可通过控制终端7下发指令给载波接口6，载波接口6可通过载波通信将负荷消除信息下发给微型控制器主控单元4，微型控制器主控单元4可管理控制开关5合并，实现负荷管理。

本发明的工作原理：

本发明安装部署可为增量改造及更换部署，无论是增量改造还是更换部署，均满足安全、停复电、费控、负荷管理等应用方案。

请参考图3所示：

1、部署或更换智能开关电表，如为增量改造，需将计量箱内的智能电表与表后开关都拆除更换成智能开关电表，如为新的更换部署，可减小计量箱体积，部署为智能开关电表即可，部署后，可实时监测电压电流值，智能开关电表可实时监听系统指令。

2、更换或部署智能开关电表后，智能开关电表可以实时采集安装处的电压、电流信息。采集的电压、电流信息作为欠压、过压、过载、短路保护的基础数据，智能开关电表可根据需求设置欠压、过压、过载及短路保护的阈值。能开关表可根据设置的欠压、过压、过载及短路保护的阈值管理控制开关断开和合并。智能开关电表可根据用户的欠费、缴费、异常负荷等信息管理控制开关断开和合并。

3、如欠压阈值为220V*80％，即测量出电压低于176V后，断开控制开关；如过压阈值为220V*115％，即测量出电压高于253V后，断开控制开关，可确保用户侧电器不被损坏。断开控制开关的同时，智能开关电表会将此信息上报至系统平台，推送给抢修人员抢修，系统平台解除抢修工单后，可远程控制合闸或本地合闸，实现欠压、过压保护。

如过载阈值为In*2.5倍＞1min，即测量出电流大于设备额定电流的2.5倍，1分钟后，断开控制开关；如短路阈值为In*10倍＞5ms，即测量出电流大于设备额定电流的10倍后，5毫秒内，断开控制开关，可确保用户安全用电。断开控制开关的同时，智能开关电表会将此信息上报至系统平台，推送给抢修人员抢修，系统平台解除抢修工单后，可远程控制合闸或本地合闸，实现过载、短路保护。

如系统判定有用户欠费时，可远程下发指令断开控制开关，可管理用户的欠费问题。断开控制开关的同时，智能开关电表会将此信息上报至系统平台，推送管理人员通知用户，系统平台判定用户缴费后，可远程控制合闸或本地合闸，实现远程费控。

如系统判定有用户侧有异常负荷时时，可远程下发指令断开控制开关，可管理用户的异常负荷问题。断开控制开关的同时，智能开关电表会将此信息上报至系统平台，推送给抢修人员排查，系统平台解除排查工单后，可远程控制合闸或本地合闸，实现负荷管理。

Claims (5)

1.一种智能开关电表，其特征为：包括电压采样单元、电流采样单元、计量单元、微型控制器主控单元、载波接口、控制开关，所述电压采样单元与电流采样单元分别与计量单元连接，并为计量单元提供电力原始数据，所述计量单元为采集电压、电流限制值，并与微型控制器主控单元连接，所述微型控制器主控单元负责各功能单元之间的交互，并分别与计量单元、载波接口及控制开关连接，所述载波接口为接插载波通信模块实现与上行终端通信。

2.如权利要求1所述的一种智能开关电表，其特征为：所述微型控制器主控单元依次通过载波接口、控制终端与系统平台连接。

3.如权利要求2所述的一种智能开关电表，其特征为：所述的计量单元设有计量芯片。

4.如权利要求3所述的一种智能开关电表，其特征为：所述的微型控制器主控单元还连接有安全加密模块、存储器及外部时钟模块。

5.一种智能开关电表的控制方法，其特征为，采用如权利要求3或4所述的一种智能开关电表，包括：

A、电压采样单元将采集到的原始电压数值通过分压电路计算成适当的电压采样范围，计量单元通过计量芯片的电压测量功能输出相对应的电压值；电流采样单元将采集到的原始电流数值通过电流互感器变比成适当的电流采样范围，计量单元通过计量芯片的电流测量功能输出相对应的电流值；计量单元将输出的电压电流值输出给微型控制器主控单元；

B、微型控制器主控单元内部集成微处理系统，当判定计量单元输出的电压、电流超出设定的范围时，微型控制器主控单元管理控制开关断开，当电压、电流值正常时，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现欠压、过压、过载、短路保护；

C、系统平台获取用户用电信息和用户账户余额信息，当用户账户有欠费时，通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将欠费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关断开；当用户缴费完成后，系统平台通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将缴费信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现远程费控；

D、系统平台获取用户用电负荷信息，当用户有异常负荷信息时，通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将异常负荷信息下发给智能开关电表的微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关断开；当异常负荷消除后，系统平台通过控制终端下发指令给载波接口，载波接口通过载波通信将负荷消除信息下发给微型控制器主控单元，微型控制器主控单元管理控制开关合并，实现负荷管理。

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