CN1564424A

CN1564424A - 电能控制与计量装置

Info

Publication number: CN1564424A
Application number: CN 200410012875
Authority: CN
Inventors: 张学斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-01-12

Abstract

一种电能控制与计量装置，包括电能分配汇流排组件、输入端电能计量管控组件、用户端电能计量管控组件，其特征在于：具有1～30组用户端电能计量管控组件，以及为各组用户提供共用的显示、控制、通信和管理功能的中央管控组件，上述所有组件集中安置在一个箱体中，输入端电能计量管控组件、各组用户端电能计量管控组件与中央管控组件之间由总线连接。本发明以高度集成的设备为多个用户提供智能式的电能控制与计量管理，节省用户费用，简化供电布线，改善居住环境，并有利于优化输电网络的结构。

Description

电能控制与计量装置

技术领域

本发明涉及一种低压供电管理装置，尤其是一种集中式电能控制与计量装置。

背景技术

我国的电力市场与技术迅猛发展，但管理手段却严重滞后，特别是计费、防窃电和安全用电等问题，长期困扰电力网络运营管理者。目前居民低压供电系统的计量管理通常采用一户一表、人工抄表的落后模式，建设成本高，布线方案复杂，占用居民生活空间，抄表工作效率低强度大。相应于该计量管理模式建立的分布式输电结构不利于灵活组网和在线维护，造成网络结构不合理、网络建设成本过高的后果。并且，这种已经广泛使用的系统对于实时监控用电状态、及时调配电力供求、随时检测窃电行为等具有重要意义而迫切需要提供的功能缺乏必要的技术支持。为了解决落后的抄表模式，市场上出现了在现有电表中设置单片机以实现预付费供电、远程抄表等功能的新型电表，但这种设计无疑大幅的提高了使用成本，造成用户经济负担，而且也无益于解决其他问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电能控制与计量装置，能够以高度集成的设备为多个用户提供智能式的电能控制与计量管理。

为了达到上述目的，本发明将电能分配汇流排组件、输入端电能计量管控组件、1～30组用户端电能计量管控组件及一个为多用户提供共用的显示、控制、通信和管理功能的中央管控组件集中安置在一个封闭箱体中，输入端电能计量管控组件、各组用户端电能计量管控组件与中央管控组件之间由总线连接。

而且，电能分配汇流排组件由两块分别做为零线和火线的带定位孔导体构成，输入端电能计量管控组件的电能输出端经由电能分配汇流排组件接每组用户端电能计量管控组件的电能输入端。

而且，中央管控组件由设备电源模块、管理控制模块、显示模块、通信模块和数据输入模块组成，管理控制模块包括配有基本外围电路的中央处理器、中断形成电路及相应于总线的接口。

而且，每个用户端电能计量管控组件由可控开关、电能计量传感器和用户端接口电路构成，可控开关的控制端和电能计量传感器的数据输出端接用户端接口电路，用户端接口电路与管理控制模块之间由总线相连，输入端电能计量管控组件由总进线可控开关、电能计量/质量/特性传感器和输入端接口电路构成，总进线可控开关的控制端和电能计量/质量/特性传感器的数据输出端接输入端接口电路，输入端接口电路与管理控制模块之间由总线相连。

采用该方案后，本发明能够集中地为多个用户提供显示、控制、通信和管理功能，节省用户费用，简化供电布线，改善居住环境，并有利于优化输电网络的结构。本发明的中央处理器预存相应程序，即可支持分时/实时记费、预存付费、数据查询、欠费断电等多种管理操作，实现居民低压供电系统的智能化、完备化。

附图说明

图1本发明的原理框图；

图2本发明实施例的结构示意图；

图3本发明实施例的电能分配汇流排组件结构图；

图4本发明的电路原理框图；

图5本发明实施例的中断形成电路图；

图6本发明用户端电能计量管控组件原理框图；

图7本发明输入端电能计量管控组件原理框图。

具体实施方式

参加图1、2，本发明将电能分配汇流排组件2、输入端电能计量管控组件4、1～30组用户端电能计量管控组件1及一个为多用户提供共用的显示、控制、通信和管理功能的中央管控组件5集中安置在一个封闭箱体6中，输入端电能计量管控组件4、各组用户端电能计量管控组件1与中央管控组件5之间由总线3连接。本发明所述管控均指管理控制。用户端电能计量管控组件1具体数量可以在生产时根据实际应用情况决定，一般1～30组可供一个建筑单元使用。由供电系统传输到的市电输入少部分进入中央管控组件5为其提供电源，其他部分进入输入端电能计量管控组件4，流经电能分配汇流排组件2，输送到各用户端电能计量管控组件1以供用户使用。输入端电能计量管控组件4、各组用户端电能计量管控组件1与中央管控组件5之间由实现控制、片选、中断、数据、时钟等功能的总线3连接，执行中央管控组件5控制下的电能分配和计量。本发明实施例采用下壳体和可开关的上盖板构成封闭箱体6以便安全管理，输入端电能计量管控组件4、用户端电能计量管控组件1、电能分配汇流排组件2和中央管控组件5安装在下壳体内，中央管控组件5的显示模块55和数据输入模块53可安装在上盖板，以便查询数据、输入数据、预存付费。显然，箱体外壳需要为市电输入的进线、外部通信线路的接口、各用户电能输出用线预留合适大小的孔。

参见图3，为了提高装置的结构稳固性，电能分配汇流排组件2由两块分别做为零线和火线的带定位孔导体21、22构成，输入端电能计量管控组件4的电能输出端经由电能分配汇流排组件2接每组用户端电能计量管控组件1的电能输入端。交流电通过电能分配汇流排组件2传输，由输入端电能计量管控组件4的电能输出端输送到各组用户端电能计量管控组件1的电能输入端，火线和零线分别采用完整的导体21和22代替电能传输技术通常采用的电线材料。导体21、22安装位置相对隔离，保证绝缘性，其上预留有定位、紧固和连接用的定位孔。输入端电能计量管控组件4的电能输出端、每组用户端电能计量管控组件1的电能输入端各分配一个导体21上的定位孔作为正极的插入部位、一个导体22上的定位孔作为负极的插入部位，安装简便牢固，并且避免了冗杂的电线联接产生的电阻误差。电能分配汇流排组件采用这种设计可以优化装置的内部线路、提高装置结构的稳固性，提高了工业生产的效率。

参见图4，为了提供多用户共用的显示、控制、通信和管理功能，中央管控组件由设备电源模块52、管理控制模块51、显示模块55、通信模块54和数据输入模块53组成，管理控制模块51包括配有基本外围电路的中央处理器51A、中断形成电路51B及相应于总线3的接口51C、51D、51E、51F。设备电源模块52包括电源提供(如AC/DC转换、DC/DC转换)、电源管理和电源输出接口等部分组成；管理控制模块51具有存储与处理功能，用户抄表参数及预付卡费、复费率、时间等，均储存在这里，没有交流电源的情况下数据也能保持几年，所有数据的采集和处理，都是由管理控制模块51实现，其中内置的管理软件保存着总体的计费规则和全部用户端口的信息；显示模块55用来指示用户用电情况或设备状态，可以采用通用的数码显示部件，其显示内容由管理控制模块51设定(时间、费率、电能、电压、充值剩余值、报警等)，显示模块55与管理控制模块51通过电缆或连接器相连；通信模块54用来接收上位机的指令和数据信息实现电业营业管理的远方控制，同时将本机的信息回传到上位机实现抄表数据上传，通过通用的RS-232接口与中央处理器51A相连，可选用以太网、电信网、电力网、有线电视HFC、无线网、GSM、CDMA或本地现场总线网等公众网络作为与上位机的通信路由(路由的选取可由应用的条件进行优化)，通信部件的通信协议遵从与路由相应的标准；数据输入模块53包括供用户或维修维护人员使用的按键、IC卡(磁卡)读入器等通用的数字或指令输入部件，与中央处理器51A通过电缆相连，用户或维护人员通过面板键盘选择查询显示内容(用户的电量，费用等)，数字键盘可为功能键提供辅助信息的输入(房间号、用户号、起止日期等)，IC卡(磁卡)读入器可读入缴纳费用的用户信息和费用信息。

管理控制模块51包括配有日历时钟电路、看门狗电路、掉电保护电路、数据寄存器、程序寄存器等基本外围电路的中央处理器51A，中断形成电路51B，以及相应于总线3的数据总线接口51C、中断地址接口51D、地址总线接口51E、控制总线接口51F。数据寄存器存放用户的电流、电压、频率、电能量、非法开箱记录时间、费率、充值...等信息，即使电源消失实时数据也能保持多年，程序寄存器存放电量营业管理相关的程序，如不同时段电量的计算管理程序，电压、电流、频率等输电质量的计算管理程序等；辅助电源管理与设备电源模块52结合实现节能、备份；日历时钟电路为系统提供时钟信号。管理控制模块51设置了中断形成电路51B以供各个用户端、输入端、其他中断事件通过总线3产生中断请求信号，向中央处理器51A提出中断请求。相应于与各用户端电能计量管控组件1的用户端接口13和输入端电能计量管控组件4的输入端接口43连接的总线3，本发明提供了各种接口电路，数据总线接口51C在中央处理器的控制下，将采集到的电流、电压、频率及开关的状态等信息存入数据寄存器，并提供日历时钟电路产生的时钟信号；中断地址接口51D提供产生中断请求信号的地址信息；地址总线接口51E提供中央处理器51A发出的片选信号，选取不同用户端电能计量管控组件1或输入端电能计量管控组件4中其一；控制总线接口51F接受中央处理器51A的指令，通过总线3传送控制信号，控制用户端电能计量管控组件1的可控开关12和输入端电能计量管控组件4的总进线可控开关42。包括有中央处理器51A和各种总线接口51C、51D、51E、51F的管理控制模块51是本装置的主要部分，是实现智能式的电能控制与计量管理的关键。

本发明中央管控组件5采用的各种电路属于已有技术，设备电源模块52、显示模块55、通信模块54和数据输入模块53等都可以采用通用的现有器件，例如显示模块55采用液晶显示器或数码管，数据输入模块53采用按键、IC卡(磁卡)读入器等。管理控制模块51配有基本外围电路的中央处理器51A和各种总线接口51C、51D、51E、51F可选用适当芯片实现。例如数据总线接口51C可选用8D锁存器74HC573、中断地址接口51D选用8D锁存器74HC573、地址总线接口51E选用8输入1输出资料选择器74HC154、控制总线接口51F选用8位反相驱动器ULN2803，均为现有总线技术中常用的接口电路，更详细内容可参见美国推导与制表协会出版的《接口集成电路手册》。为便于实施，图5提供了本发明实施例的中断形成电路51B的具体电路图，中断形成电路由多个与非门级联构成，当所有输入端为0时，输出为1，任何一个输入端为1时，相应的输出都变为0，即可向中央处理器51A提出中断请求。本发明实施例采用8个与非门构成，共有8个输入端，即可共为8种事件提供中断形成，具体实施时可以根据情况，考虑用户端的数量、输入端、非法开箱、温度过高等需要提供中断的所有事件，在该具体电路基础上变化。

参见图6、7，每个用户端电能计量管控组件1由可控开关12、电能计量传感器11和用户端接口电路13构成，可控开关12的控制端和电能计量传感器11的数据输出端接用户端接口电路13，用户端接口电路13与管理控制模块51之间由总线3相连，输入端电能计量管控组件4由总进线可控开关42、电能计量/质量/特性传感器41和输入端接口电路43构成，总进行可控开关42的控制端和电能计量/质量/特性传感器41的数据输出端接输入端接口电路43，输入端接口电路43与管理控制模块51之间由总线3相连。

管控指管理控制，电能计量管控组件的功能是完成对电能的计量以及管理控制。本发明每个用户端电能计量管控组件1由可控开关12、电能计量传感器11和用户端接口电路13构成，可控开关11实现管理控制模块51控制下的对用户输电或停电，电能计量传感器11主要完成用户所消费电能的测量，并在用户端接口电路13形成数据存储。现有的“远程抄表”式产品直接采用单片机连接用户端电能计量传感器，单片机只能处理一个用户的数据，也就是只能一户一表，成本高昂。本发明的每组用户端电能计量管控组件1的用户端接口电路13均与管理控制模块51的各接口51C、51D、51E、51F间以总线3相连，实现中央处理器51A控制下的多用户共享显示、控制、通信和管理功能，克服了现有产品的缺点。当用户端接口电路13的数据存储到某一设定值时，用户端接口电路13经由总线3输入中断形成电路51B向中央处理器51A提出中断请求，中央处理器51A经由总线3发出地址选通信号、读取该用户端的数据、控制该用户端的可控开关12，即可实现分时计量、欠费停电等功能。输入端电能计量管控组件与用户端电能计量管控组件类似，由总进线可控开关42、电能计量/质量/特性传感器41和输入端接口电路43构成，电能质量传感器有电压传感器、电流传感器、频率传感器等不同种类，电能特性传感器通常采用温度传感器，可以防止市电输入不稳或传输产生的热量过大。总进线可控开关42的控制端和电能计量/质量/特性传感器41的数据输出端接输入端接口电路43，输入端接口电路43与管理控制模块51之间由总线3相连，由管理控制模块51完成对输电进线的控制和测量。用户端电能计量管控组件1、输入端电能计量管控组件4的具体电路均可采用现有技术，如电能计量数据转换器ADE7756、ADE7759，在“远程抄表”式设备中的应用已经十分成熟。

本发明的工作原理：

1.分时计量：中央管控组件5从用户端电能计量管控组件1的电能计量传感器11中读取用户电量数据，并分时段计量后存储。中央处理器51A按系统设置的费率，进行分时计费；也可通过通信模块54从管理系统中获取实时费率，实现实时计费；或者将分时计量的电量信息通过通信模块54上传到上级管理系统，由上级管理系统进行计费处理。

2.欠费停电：用户可以选用预付费或预欠费模式，电费实时抵扣，当使用IC卡(磁卡)读入器预缴的费用扣净或欠费到设定数值时，中央管控组件5向该用户端电能计量管控组件1的可控开关12发出控制信号，开关跳闸，停止供电。

3.电量状态监视：中央管控组件5分别从用户端电能计量管控组件1的电能计量传感器11和输入端电能计量管控组件4的电能计量/质量/特性传感器41中读取电能信息，从各组用户端电能计量管控组件1的电能计量传感器11中读出电量数据的总和应与输入端电能计量管控组件4的电能计量/质量/特性传感器41中读出的电量数据相等或相近，若两者相差超过误差容许范围，则视为异常，作出警报反应。

4.信息查询：由数据输入模块53的输入设备输入信息，可查询相应用户端口总用电量、峰谷电量、月电度、月电费、年电量、电费结算等数据，显示模块输出这些数据信息。

本发明采用集中式装置为多名用户提供成本低廉、操作方便的电能控制与计量管理，同时支持电业营业管理远程控制、远程抄表，既可与相同装置组成局域网，也可与局域网上一级相联，构成合理的输电结构。根据具体需要，可以在装置中添设监控系统，低压配电系统由于接点电阻或其它原因会导致异常升温甚至燃爆，箱体状态的监测系统一旦发现温度异常，可立即切断电源将报警；对于封闭箱体的开启，可分为合法正常开启和非法异常开启，当箱盖打开时监控系统产生的信号并传送给中央处理器，可选择通过通信口传送警报至远方，或就地采取跳闸等措施，避免窃电。

Claims

1.一种电能控制与计量装置，包括电能分配汇流排组件、输入端电能计量管控组件、用户端电能计量管控组件，其特征在于：具有1～30组用户端电能计量管控组件，以及为各组用户提供共用的显示、控制、通信和管理功能的中央管控组件，上述所有组件集中安置在一个箱体中，输入端电能计量管控组件、各组用户端电能计量管控组件与中央管控组件之间由总线连接。

2.根据权利要求1所述的电能控制与计量装置，其特征在于：电能分配汇流排组件由两块分别做为零线和火线的带定位孔导体构成，输入端电能计量管控组件的电能输出端经由电能分配汇流排组件接每组用户端电能计量管控组件的电能输入端。

3.根据权利要求1或2所述的电能控制与计量装置，其特征在于：中央管控组件由设备电源模块、管理控制模块、显示模块、通信模块和数据输入模块组成，管理控制模块包括配有基本外围电路的中央处理器、中断形成电路及相应于总线的接口。

4.根据权利要求1或2所述的电能控制与计量装置，其特征在于：每个用户端电能计量管控组件由可控开关、电能计量传感器和用户端接口电路构成，可控开关的控制端和电能计量传感器的数据输出端接用户端接口电路，用户端接口电路与管理控制模块之间由总线相连，输入端电能计量管控组件由总进线可控开关、电能计量/质量/特性传感器和输入端接口电路构成，总进线可控开关的控制端和电能计量/质量/特性传感器的数据输出端接输入端接口电路，输入端接口电路与管理控制模块之间由总线相连。

5.根据权利要求3所述的电能控制与计量装置，其特征在于：每个用户端电能计量管控组件由可控开关、电能计量传感器和用户端接口电路构成，可控开关的控制端和电能计量传感器的数据输出端接用户端接口电路，用户端接口电路与管理控制模块之间由总线相连，输入端电能计量管控组件由总进线可控开关、电能计量/质量/特性传感器和输入端接口电路构成，总进线可控开关的控制端和电能计量/质量/特性传感器的数据输出端接输入端接口电路，输入端接口电路与管理控制模块之间由总线相连。