CN203561870U - 一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及需求响应控制领域，具体涉及一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备。该设备包括主控制器模块，以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，三相电压电流采样模块，存储模块和安全模块；所述以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，存储模块和安全模块分别与所述主控制器模块连接；所述三相电压电流采样模块与电能计量模块连接。该响应设备通过相应的可插拔控制模块产生具体的控制信号对用能设备或系统进行控制，以达到调整用能设备或系统运行状态参数的目的，进而对用能设备或系统输入电参数进行调整，对需求响应信息做出响应。

Description

一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备

技术领域

本实用新型涉及需求响应控制领域，具体涉及一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备。

背景技术

随着国家节能法规及标准的不断完善，国外先进节能理念及方法的引进，在国内各用能单位开展节能项目以及由电网公司组织实施需求响应已成为当前工程及科研领域的热点。利用系统方法进行节能降耗具有非常可观的经济效益和社会效益，而开发功能丰富、适应能力强的用户侧响应设备是实施系统节能的基础，同时也是关键支撑部分。

目前在与需求响应相结合的需求响应控制技术领域，没有一种便捷的响应设备能够针对用能单位的具体用能设备或系统，仅需通过插拔与用能设备或系统相适应的可插拔控制模块就可以实现对用能单位所有用能设备或系统的控制，而无需针对每一种用能设备或系统单独开发相应的响应设备。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备，该响应设备能够采集电量信号、非电量信号，测量输入用能设备或系统的各种电参数、用能设备或系统的运行状态参数、用能设备或系统所处环境的环境参数等。同时，该响应设备可以接收需求响应主站的需求响应信息，结合响应设备的测量参数，执行需求响应信息，做出控制命令，通过相应的可插拔控制模块产生具体的控制信号对用能设备或系统进行控制，以达到调整用能设备或系统运行状态参数的目的，进而对用能设备或系统输入电参数进行调整，对需求响应信息做出响应。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备，其改进之处在于，所述设备包括主控制器模块，以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，三相电压电流采样模块，存储模块和安全模块；所述以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，存储模块和安全模块分别与所述主控制器模块连接；所述三相电压电流采样模块与电能计量模块连接。

进一步地，所述主控制器模块包括控制器，输出控制命令至所述可插拔控制模块。

进一步地，所述以太网接口模块包括以太网接口，通过总线与主控制器模块双向连接，所述以太网接口模块通过通信网络连接需求响应主站。

进一步地，所述可插拔控制模块通过可插拔接口与主控制器模块双向连接，并通过总线与用能设备或系统连接。

进一步地，所述可插拔控制模块包括电动阀门控制模块、温湿度控制模块、开关电路控制模块和处理器；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块分别与处理器连接；所述处理器通过可插拔接口与主控制器双向连接；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块通过总线分别与用能设备或系统连接。

进一步地，所述用能设备或系统包括控制单元，所述控制单元包括电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器；所述电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器分别与可插拔控制模块连接。

进一步地，所述电源模块为所述响应设备供电，采用电压互感器PT供电模式、外接交流电源供电模式或外接直流电源的供电模式。

进一步地，所述热工量采集模块与用能设备或系统连接，采集用能设备或系统的非电量参数模拟量信号，包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、烟雾传感器、噪度传感器和辐射度传感器中的一种或一种以上的组合。

进一步地，所述三相电压电流采样模块包括电压互感器PT和电流互感器CT，所述电压互感器PT采集用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，所述电流互感器CT采集用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流。

进一步地，所述电能计量模块与主控制器模块通过SPI接口双向连接，所述电能计量模块与三相电压电流采样模块单向连接；所述电能计量模块包括12位精度的AD转换器；用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流均通过电能计量模块进行处理得到电气参数，电气参数包括基本电气参数及电能质量参数；

所述基本电气参数包括电流、电压、功率和电能量；所述电能质量参数包括电网频率、电压有效值、电流有效值、总有功功率、总无功功率和功率因数。

进一步地，所述安全模块通过总线与所述主控制模块双向连接，所述安全模块包括解密器和校验器；

所述存储模块通过总线与主控制器模块双向连接，所述存储模块包括存储器，保存所述响应设备从需求响应主站接收的需求响应命令、电工参数、热工参数、参数曲线和本地事件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.所述响应设备具有统一标准的可插拔接口，支持控制模块的热插拔，便于针对具体的用能设备或系统实施针对性控制；

2.可插拔控制模块具有独立处理器，能够根据所述响应设备的控制命令产生针对具体用能设备或系统的控制信号；

3.所述响应设备具有安全模块，能够以较安全的方式获取需求响应命令信息，防止需求响应信息泄露或被恶意篡改；

4.对于正在研制的用能设备或系统，可以配置智能接口以兼容响应设备的可插拔控制模块，如果没有合适的可插拔控制模块，可以针对特定用能设备或系统进行开发；

5.对于已有的用能设备或系统，响应设备为了实现对其控制，可以针对其开发可插拔控制模块以实现对其控制，而无需更换响应设备，只需要更换可插拔控制模块即可实现。

6.本实用新型用于监测用能设备或系统的电参数、非电参数，以及用能设备或系统所在环境的热工参数，并针对电网公司或第三方能源托管机构的需求响应命令进行实时响应，以实现稳定电网负荷、延缓电网设备投资增长以及提高能源利用效率，降低用能单位能源开支的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的响应设备的可插拔控制模块功能示意图；

图3为本实用新型实施例提供的所述响应设备所对应的用能设备或系统内置的控制单元示意图；

图4为本实用新型实施例提供的所述响应设备的可插拔控制模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备，其结构示意图如图1所示，包括主控制器模块，以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，三相电压电流采样模块，存储模块和安全模块；所述以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，存储模块和安全模块分别与所述主控制器模块连接；所述三相电压电流采样模块与电能计量模块连接。

主控制器模块包括控制器，用于所述响应设备的运行管理维护，参数采集及处理，控制命令的生成，以及输出控制命令至所述可插拔控制模块。

所述基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备在所述主控制器内进行电压曲线记录、电流曲线记录、功率曲线记录、跨月结算、电能量冻结、热工参数(流量、温度、压力和湿度)曲线记录、ABC电流（压）偏差越限事件记录、上电、掉电、清零、断相、编程、校时事件记录以及失压（流）（全ABC相）事件记录等；

所述掉电事件记录指三相电压（单相表为单相电压）均低于电能表临界电压，且负荷电流不大于5%额定电流的工况；所述失压事件指在三相（或单相）供电系统中，某相负荷电流大于启动电流，但电压线路的电压低于电能表参比电压的78%，且持续时间大于1分钟的工况；所述失流事件指在三相供电系统中，三相电压大于电能表的临界电压，三相电流中任一相或两相小于启动电流，且其他相线负荷电流大于5%额定电流的工况；所述设备采用软时钟和网络对时结合的集约方式；所述设备通过主机或掌上机对每个所述端口设置抄收类型和曲线参数，设置所述曲线参数的记录抄收时间的间隔缺省为15分钟。

所述以太网接口模块包括以太网接口，通过总线与主控制器模块双向连接，所述以太网接口模块通过通信网络连接需求响应主站，所述以太网接口模块用于通过通信网络连接需求响应主站，接收需求响应命令。

所述可插拔控制模块包括电动阀门控制模块、温湿度控制模块、开关电路控制模块和处理器；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块分别与处理器连接；所述处理器通过可插拔接口与主控制器双向连接；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块通过总线分别与用能设备或系统连接。可插拔控制模块的结构示意图如图4所示。

所述可插拔控制模块，通过统一的可插拔接口与所述主控制器模块连接，接收主控制器的控制命令，经可插拔控制模块内的处理器处理后产生控制信号，控制信号通过控制模块的输出端口输出至用能设备或系统，用能单位所属的用能设备或系统内置的相应控制单元根据控制信号产生相应的控制动作，可插拔控制模块的功能示意图如图2所示。

所述控制单元位于用能设备或系统侧，包括电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器，所述电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器分别与可插拔控制模块连接。在对具有某一具体控制单元的用能设备或系统进行控制时，所述响应设备会选择特定的可插拔控制模块对所述用能设备或系统进行控制，控制单元的示意图如图3所示。

所述响应设备的可插拔接口应遵循统一标准，兼容所有的可插拔控制模块，对可插拔控制模块所进行的任何更新以及替换都属于本设备的范围。

所述控制信号通过所述可插拔模块与所述用能设备或系统之间的接口连接线进行传输；

所述用能设备或系统需具备一定的智能性并可接收控制信号，对于已经生产或正在使用的所述用能设备或系统，为了达到对于这些用能设备或系统的控制目的，可以针对这些用能设备或系统开发专门的可插拔控制模块；对于正在研制的或即将生产的用能设备或系统,应尽可能兼容已有的可插拔控制模块,以减少开发可插拔控制模块的工作量。

所述用能设备或系统根据接收到的控制信号，驱动所述用能设备或系统内的相应控制单元产生控制动作，完成对所述用能设备或系统的控制。

所述电源电路开关器件的控制动作，通过所述可插拔控制模块内的继电器产生开关控制电流，控制所述用能设备或系统的开关器件的开关。

所述阀门电动执行器的控制动作，通过所述可插拔控制模块内的电动阀门控制器产生针对阀门开合度控制的控制电流，通过控制电流控制阀门电动执行器对阀门进行开合度的控制；

所述加热设备控制器、制冷设备控制器、风机转速控制器的控制动作，通过所述可插拔控制模块内的温湿度控制器，所述温湿度控制器可以接收主控制器的有级无级温度控制、有级无级湿度控制命令，所述温湿度控制器根据所接收的控制命令对加热设备控制器、制冷设备控制器、风机转速控制器中的一种或多种进行控制，以达到温湿度有级无级控制目的。

所述电源模块用于为主控制器模块、可插拔控制模块、以太网接口模块、存储模块及其他相关模块提供电源，采用电压互感器PT供电模式、外接交流电源供电模式或外接直流电源的供电模式。

所述热工量采集模块与用能设备或系统连接，采集用能设备或系统的非电量参数模拟量信号，包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、烟雾传感器、噪度传感器和辐射度传感器中的一种或一种以上的组合。所述非电参数模拟量信号经过处理后得到非电参数测量值，输出测量值至主控制器模块。上述的传感器分布于用能设备或系统内部或周围，用于感知用能设备或系统的运行状态及其周围环境状态。

所述三相电压电流采样模块包括电压互感器PT和电流互感器CT，所述电压互感器PT采集用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，所述电流互感器CT采集用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流。

所述电能计量模块与主控制器模块通过SPI接口双向连接，所述电能计量模块与三相电压电流采样模块单向连接；所述电能计量模块包括12位精度的AD转换器；用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流均通过电能计量模块进行处理得到电气参数，电气参数包括基本电气参数及电能质量参数；

所述基本电气参数包括电流、电压、功率和电能量；所述电能质量参数包括电网频率、电压有效值、电流有效值、总有功功率、总无功功率和功率因数。

所述安全模块通过总线与所述主控制模块双向连接，所述安全模块包括解密器和校验器；用于对接收的需求响应命令进行解密，并对需求响应命令的来源、完整性进行校验；

所述存储模块通过总线与主控制器模块双向连接，所述存储模块包括存储器，保存所述响应设备从需求响应主站接收的需求响应命令、电工参数、热工参数、参数曲线和本地事件。

本实用新型提供的基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备，具有很强的抗干扰特性，具备完善周密的电磁兼容性（机械结构、电源、PCB走线、去耦、滤波、接地、光电隔离等方面），能够适应高低温和高湿等恶劣运行环境，具备完善周密的三级防雷措施（电源线、通信接口的防雷措施）。电磁兼容性符合IEC61000-4的规定的工业过程测量和控制设备的电磁兼容性（静电放电抗扰性试验、辐射电磁场抗扰性试验、电快速瞬变脉冲群抗扰性试验、外磁场影响、高频抗扰性试验）。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种基于需求响应的具备可插拔控制模块的响应设备，其特征在于，所述设备包括主控制器模块，以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，三相电压电流采样模块，存储模块和安全模块；所述以太网接口模块，可插拔控制模块，电源模块，热工量采集模块，电能计量模块，存储模块和安全模块分别与所述主控制器模块连接；所述三相电压电流采样模块与电能计量模块连接。

2.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述主控制器模块包括控制器，输出控制命令至所述可插拔控制模块。

3.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述以太网接口模块包括以太网接口，通过总线与主控制器模块双向连接，所述以太网接口模块通过通信网络连接需求响应主站。

4.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述可插拔控制模块通过可插拔接口与主控制器模块双向连接，并通过总线与用能设备或系统连接。

5.如权利要求4所述的响应设备，其特征在于，所述可插拔控制模块包括电动阀门控制模块、温湿度控制模块、开关电路控制模块和处理器；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块分别与处理器连接；所述处理器通过可插拔接口与主控制器双向连接；所述电动阀门控制模块、温湿度控制模块和开关电路控制模块通过总线分别与用能设备或系统连接。

6.如权利要求5所述的响应设备，其特征在于，所述用能设备或系统包括控制单元，所述控制单元包括电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器；所述电源电路开关器件、阀门电动执行器、加热设备控制器、制冷设备控制器和风机转速控制器分别与可插拔控制模块连接。

7.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述电源模块为所述响应设备供电，采用电压互感器PT供电模式、外接交流电源供电模式或外接直流电源的供电模式。

8.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述热工量采集模块与用能设备或系统连接，采集用能设备或系统的非电量参数模拟量信号，包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、烟雾传感器、噪度传感器和辐射度传感器中的一种或一种以上的组合。

9.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述三相电压电流采样模块包括电压互感器PT和电流互感器CT，所述电压互感器PT采集用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，所述电流互感器CT采集用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流。

10.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述电能计量模块与主控制器模块通过SPI接口双向连接，所述电能计量模块与三相电压电流采样模块单向连接；所述电能计量模块包括12位精度的AD转换器；用能设备或系统的电源线的相电压和线电压，用能设备或系统的电源线的相电流、线电流和中性线电流均通过电能计量模块进行处理得到电气参数，电气参数包括基本电气参数及电能质量参数；

所述基本电气参数包括电流、电压、功率和电能量；所述电能质量参数包括电网频率、电压有效值、电流有效值、总有功功率、总无功功率和功率因数。

11.如权利要求1所述的响应设备，其特征在于，所述安全模块通过总线与所述主控制模块双向连接，所述安全模块包括解密器和校验器；

所述存储模块通过总线与主控制器模块双向连接，所述存储模块包括存储器，保存所述响应设备从需求响应主站接收的需求响应命令、电工参数、热工参数、参数曲线和本地事件。

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