CN1355432A - 全电子智能式电能表 - Google Patents

Abstract

一种全电子智能式单相、三相电能表,其内部电路包括电能计量和电能优化控制两个模块,两个模块共用一个微处理器。其特征在于,电能计量模块对线路电压和电流进行检测和运算,结果输入到微处理器进行处理。电能优化控制模块通过通讯信号实现对各用电设备的优化控制。作为电能计量表的同时,通过设置线路允许负荷、允许用电量、各用电设备的优先等级、以及各用电设备的运行时间等信息,实现对某一用户单元下各用电设备的优化控制。

Description

全电子智能式电能表

本发明涉及电能计量控制设备，更具体地说，涉及一种全电子智能电能表，用于对一个用户单元内的各用电设备进行电能计量和优化控制。

目前的智能电能表，其功能主要体现在电能计量、分时分段计量、电量控制管理等。随着自动化水平的提高，各种用电设备的应用越来越普及，越来越广泛，其中许多用电设备在运行时间方面存在极大的随意性，致使局部单元的用电负荷波动很大，这对电能计量与电力线路都将产生不利影响。而采用普通的限电方式又分不清主次，会影响某些重要设备的正常使用，无法根据各用电设备需要运行的时间段不同，或用电设备的运行的优先等级不同，利用电能优化技术进行自动控制，使电力负荷趋于合理化。

本发明的目的是提供一种可用于单相、三相线路的全电子智能式电能表，可以克服现有技术的上述不足，在作为单元线路用电的电能计量表的同时，通过在电能优化控制模块中设置线路允许负荷、允许用电量、各用电设备的优先等级、以及各用电设备的运行时间等参数，实现对某一用户单元下各用电设备的优化控制。

本发明的目的是按如下方案实现的，构造一种全电子智能式电能表，其内部电路包括电能计量模块和电能优化控制两个模块，两个模块共用一个微处理器，所述电能计量模块包括电压检测单元、电压A/D转换单元、电流检测单元、电流A/D转换、将输出信号传输给所述微处理器的乘法器及响应的滤波电路，所述电能优化控制模块包括与所述微处理器连接用于与各用电设备通信的通讯接口单元、与所述微处理器连接并用于设置各用电设备信息和其他信息的设置单元、用于存放优化程序及数据的存储器单元以及提供人机界面的显示控制单元。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，所述通讯接口单元通过RS232或RS485等标准通信线连接各用电设备，其间通过中断方式双向通信，所述各用电设备信号分别有一个与之对应的信号收发及处理模块。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，所述通讯接口单元以电力载波方式与各用电设备通信，所述各用电设备信号分别有一个与之对应的信号收发及处理模块。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，所述电能优化控制模块通过通讯接口单元查询各用电设备的工作状态并由通讯端口向各用电设备发出控制信号，用电设备可向电能优化控制模块发出请求启动信号并处理由电能优化控制模块发来的允许运行或要求关断的命令，通过双向通讯实现优化控制。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，所述电能表与各用电设备间通过单向通讯工作，各用电设备由其自身状态位控制启动或断开，电能优化控制模块通过单向查询和改变各用电设备的状态位实现优化控制。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，在所述电能优化控制模块中设置线路允许的最大负荷或电能表允许的限定用电量、以及各用电设备的优先级，当各用电设备在同时运行超过线路允许负荷，或者运行时超过允许用电量时，电能优化控制模块将按设定的优先级限制某些次要用电设备的运行。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，在所述电能优化控制模块中设置各用电设备允许运行的最低电压值或最高值设置，利用电能计量模块的电压检测电路对电压值进行实时监测，如果电压低于或高于某一电器的允许值时，能通过电能优化控制模块限制该电器的运行。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，在所述电能优化控制模块中设置各用电设备的定时启动、定时关闭和运行规律等信息设置在电能优化控制模块中，由电能优化控制模块控制各用电器的运行。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，对所述电能优化控制模块中设置各种信息后，加入方便的修改方式或加密保护的修改方式。

在本发明提供的所述全电子智能式电能表中，所述存储器单元存储有以下可执行优化程序步骤：

初始化：对一些重要的参数及微处理器的I/O口进行赋值和定义，对需要进行优化控制的用电设备进行编号和定义；

查询现有设备的工作状况：利用已按优先级编号的顺序对用电设备进行优化控制，包括按照预先设置的总用电容量按优先级的高低进行允许开启和关断；

实时控制与监测：针对当前设备的运行情况及用电设备的开启请求和关断信息进行优化处理。

实施本发明提供的全电子智能式电能表，使电能表除了日常功能外还可开发出更多的功能，各用电设备通过通讯线路与电能表相联系，电能表可对与其相联系的网络单元内各用电设备实现优化控制，无论是对电能的使用者还是电力部门，在经济效益和安全上都带来很大益处并具有深远意义。

下面通过附图及实施例，进一步说明本发明的特点，附图中：

图1是将本发明提供的电能表接入电力线路的连接示意图；

图2是本发明提供的全电子智能式电能表的内部方框原理图；

图3是与本发明全电子智能式电能表通信的用电器控制电路示意图；

图4是本发明提供的电能表与用电设备双向通讯的控制流程示意图；

图5是本发明提供的电能表与用电设备单向通讯控制流程示意图。

如图1所示，本发明的全电子智能电能表100，其内部电路包括电能计量模块101和电能优化控制模块102，其中，电力线103连接电能计量模块101，用电设备104通过通讯线路105连接到电能优化控制模块102。其中电力线可以是单相，也可以是三相的。其中的用电设备104应该具有与优化控制模块通讯的能力。

如图2所示，本发明的全电子智能电能表，其内部电路中分别设有电能计量模块101和电能优化控制模块102，两个模块共用一个微处理器106。其中，电能计量模块101对电力线路的电压和电流分别在电流检测单元107、电压检测单元108进行检测，将检测结果经A/D转换器109-110，将模拟信号成为数字信号，输入到乘法器111进行运算及滤波，得出线路的运行功率，输出到微处理器106，也可将电压或电流检测的结果直接输入到微处理器。图2中的电能优化控制模块102除了包括对信号进行分析处理和存贮的微处理器106外，还包括与各用电设备联系的通讯接口112、设置各用电设备信息和其他信息的键盘设置电路114、以及实现人机界面功能的显示控制电路113以及存储优化程序及运行数据的存储器单元115。如图1所示，本发明的全电子智能电能表100接入电力线路103后，通过专用通讯线105与各用电设备104进行联系。具体地说，启动电能表100后，通过所述电能优化控制模块设置电路114和显示控制电路113，设定各用电设备的优先级和该用户单元允许的最大功率。

图3示出图1中用电设备的部分逻辑框图。其中，有可与电能表通讯接口112通信的通讯接口116以及连接并控制该接口的微处理器117，该微处理器117还连接有用电器控制电路118。

如图4所示，如果电能优化控制模块102与各用电设备104间采用双向通讯方式工作，此时电能优化控制模块102通过向用电设备发出允许启动或要求关断的控制命令以达到优化控制目的。电能优化控制模块102在框401启动后，先在框402中查询现有各用电设备的状态位，在框403中计算现行电器总容量；通过中断查询与处理(框404)，根据预先设置的优先级，按照限定的容量(框405)，对允许启动的用电设备逐级将其要发出的控制信号设为允许启动位，将不允许运行的用电设备将其要发出的控制信号设为不允许运行状态，同时通过通信接口向用电设备发出上述内容的控制信号。在用电设备这一侧，在框407通电启动后，用电器的控制电路处于请求电能表查询的状态，然后在框408向电能优化控制模块发出请求启动信号，在框409，根据电能表所发出的控制信号，而启动或关断用电设备，并与电能表优化模块进行通讯(框410)。

如图5所示，电能优化控制模块与各用电设备间还可采用单向通讯方式工作，电能优化控制模块在框501启动运行后，先在框502查询现有各用电设备的工作状态，在框503，由电能计量模块计算出线路的总容量，按优先级比较进行能量优化，由通讯端口向各用电设备发出控制信号(框504)。当用电设备接通电源(框505)后，在框506设置状态位处于请求主机查询状态，在框507查询状态测试位以了解主机所允许的工作状态，并在框508中检测是否为允许运行，如允许运行，则在框510中运行用电设备，如不允许运行，则在框509关断用电设备。然后处理由电能优化控制模块发来的允许运行或要求关断的命令，并一直与电能表保持通讯状态。电能表与各用电设备间通过单向通讯，达到优化控制的目的。其中，用电设备的控制器本身应具有微处理器，用其本身的微处理器芯片来解决通讯、检测和控制问题。对于通讯口来说，相应地加一些符合通信要求的芯片就行了。

实施上述全电子智能电能表，可适用于家庭用户、小区域用户或单位用户，对用电量准确计量的同时，发挥优化控制功能，保证各用电器的经济运行和用电安全。随着网络技术的发展及网络智能家电的日益普及，具有优化功能的全电子电能表的应用会越来越广泛。

Claims (12)

1、一种全电子智能式电能表，其特征在于，包括电能计量和电能优化控制两个模块，两个模块共用一个微处理器，所述电能计量模块包括电压检测单元、电压A/D转换单元、电流检测单元、电流A/D转换、将输出信号传输给所述微处理器的乘法器及响应的滤波电路，所述电能优化控制模块包括与所述微处理器连接用于与各用电设备通信的通讯接口单元、与所述微处理器连接并用于设置各用电设备信息和其他信息的设置单元、用于存放优化程序及数据的存储器单元以及提供人机界面的显示控制单元。

2、根据权利要求1所述全电子智能式电能表，其特征在于，所述通讯接口单元通过RS232或RS485等标准通信线连接各用电设备，其间通过中断方式双向通信，所述各用电设备信号分别有一个与之对应的信号收发及处理模块。

3、根据权利要求1所述全电子智能式电能表，其特征在于，所述通讯接口单元以电力载波方式与各用电设备通信，所述各用电设备信号分别有一个与之对应的信号收发及处理模块。

4、根据权利要求2或3所述电能表，其特征在于，所述电能优化控制模块(102)通讯接口单元与各用电设备(104)之间的双向通讯查询用电设备的工作状态并由通讯接口单元向各用电设备发出控制信号，用电设备(104)可向电能优化控制模块(102)发出请求启动信号并处理由电能优化控制模块(102)发来的允许运行或要求关断的命令，通过双向通讯实现优化控制。

5、根据权利要求4所述电能表，其特征在于，所述电能优化控制模块与各用电设备间是这样交互工作的：所述电能优化控制模块对各用电设备的状态位进行查询，并计算现行电器总容量；根据预先设置的优先级，按照限定的容量，对允许启动的用电设备逐级将其要发出的控制信号设为允许启动位，将不允许运行的用电设备将其要发出的控制信号设为不允许运行状态，同时通过通信接口向用电设备发出上述内容的控制信号，所述用电设备在启动后，其控制电路处于请求电能表查询的状态，并向电能优化控制模块发出请求启动信号，根据接收到的电能表所发出的控制信号，而启动或关断用电设备。

6、根据权利要求1所述全电子智能式电能表，其特征在于，所述电能表与各用电设备间通过单向通讯工作，各用电设备由其自身状态位控制启动或断开，电能优化控制模块通过单向查询和改变各用电设备的状态位实现优化控制。

7、根据权利要求6所述全电子智能式电能表，其特征在于，所述电能优化控制模块与各用电设备间是这样进行交互的：电能优化控制模块启动后查询现有各用电设备的工作状态，计算出线路的总容量，按优先级比较进行能量优化，由通讯端口向各用电设备发出控制信号；所述用电设备接通电源后，设置状态位处于请求主机查询状态，并查询状态测试位检测是否为允许运行，如允许运行，则运行用电设备，如不允许运行，则关断用电设备。

8、根据权利要求1所述的全电子智能式电能表，其特征在于，在所述电能优化控制模块中设置线路允许的最大负荷或电能表允许的限定用电量、以及各用电设备的优先级，当各用电设备在同时运行超过线路允许负荷，或者运行时超过允许用电量时，电能优化控制模块将按设定的优先级限制某些次要用电设备的运行。

9、根据权利要求1所述的全电子智能式电能表，其特征在于，在所述电能优化控制模块中设置各用电设备允许运行的最低电压值或最高值设置，利用电能计量模块的电压检测电路对电压值进行实时监测，如果电压低于或高于某一电器的允许值时，能通过电能优化控制模块限制该电器的运行。

10、根据权利要求1所述的全电子智能式电能表，其特征在于，在所述电能优化控制模块中设置各用电设备的定时启动、定时关闭和运行规律等信息设置在电能优化控制模块中，由电能优化控制模块控制各用电器的运行。

11、根据权利要求1所述的全电子智能式电能表，其特征在于，对所述电能优化控制模块中设置各种信息后，加入方便的修改方式或加密保护的修改方式。

12、根据权利要求1-9所述任一项所述全电子智能式电能表，其特征在于，所述存储器单元存储有以下可执行的优化程序步骤：

初始化：对一些重要的参数及微处理器的I/O口进行赋值和定义，对需要进行优化控制的用电设备进行编号和定义；

查询现有设备的工作状况：利用已按优先级编号的顺序对用电设备进行优化控制，包括按照预先设置的总用电容量按优先级的高低进行允许开启和关断；

实时控制与监测：针对当前设备的运行情况及用电设备的开启请求和关断信息进行优化处理。

Images