CN204515016U - 分布式电能采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式电能采集系统，包括用于向电网用电负载输送电能的配变电终端，以及连接于所述电网用电负载与配变电终端之间的电能采集装置，用于对所输送的电能进行用电计量，进一步包括分布式发电装置，分散布置于电网用电负载周围，用于获取来自配变电终端输送的工作电力，将无源能量转换为新的电能并通过逆变器向所述电网用电负载馈送；以及电能分配装置，用于将这部分新的电能向不同的电网用电负载提供工作电力，其中所述电能采集装置进一步对新的电能进行用电计算。

Description

分布式电能采集系统

技术领域

本实用新型实施例主要涉及电网公共供能系统中的分布式电能发电输电和电能采集系统。

背景技术

目前电网的发展已不仅限于通过变电站向用能用户输送电力，而已经在用户用能单位组成的用电网络中根据地理位置和实际生产需求设置了分散的发电设备，通过清洁能源或可再生能源的方式向电网馈送清洁电能。同时，用能用户在使用电能外还要使用到水、燃气、热量等多种资源和能源，客观上存在多样的计量需求，在常规的解决方案中分别采用水表、燃气表、热能表等多种计量装置，分别进行数据采集和计量计费，这些需要电表配合自身的电池结合人工抄表来实现，费时费力，电池也存在使用寿命的情况。数据采集过程中每个种类的计量装置采集的数据格式不统一，需要多个网络通道才能分别上传各种计量装置采集的数据，造成设备的重复投资。

而由于这种复杂网络的出现，在多结点接入、长距离传输、任意分布的布线方式的场合，对电能的计量计费则难以可靠应用。在电能量采集时基于监控的需要，存在着对采集数据实时显示的要求，但是因为传统电能表参数输出频率只有几Hz，无法得到实时的电压，电流，功率波形，难以满足用户的需求。

实用新型内容

本实用新型技术方案旨在解决前述技术缺陷，设计一种分布式电能采集系统，能够对分散设置的发电设备和直接来自变电站输配电设备的电能的耗用量进行集中采集，实现有效的电网电能用电和用能质量的采集和分析。

为了实现此目的，本实用新型技术方案1：分布式电能采集系统，包括用于向电网用电负载输送电能的配变电终端，以及连接于所述电网用电负载与配变电终端之间的电能采集装置，用于对所输送的电能进行用电计量，进一步包括分布式发电装置，分散布置于电网用电负载周围，用于获取来自配变电终端输送的工作电力，将无源能量转换为新的电能并通过逆变器向所述电网用电负载馈送；以及电能分配装置，用于将这部分新的电能向不同的电网用电负载提供工作电力，其中所述电能采集装置进一步对新的电能进行用电计算。

作为改进，所述的分布式发电装置是光伏电池板，所述无源能量为光能，通过所述的光伏电池板将光能转换为新的电能。

作为改进，所述电能分配装置包括：电流信号采集端，对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能电流信号进行采集；连接所述电流信号采集端的RC滤波器，对所述电流信号进行RC滤波；连接所述RC滤波器的阻抗变换器，用于减小所采集的电流信号的输出阻抗；连接所述阻抗变换器的放大倍数控制器，用于对接收到阻抗变换器的电流信号进行一定倍数的一次放大；连接所述放大倍数控制器的同相放大器，对经一次放大的电流信号进行二次放大；以及连接所述同相放大器的控制器，接收经二次放大的电流信号以根据预设算法对来自新的电能或直接来自配变电终端的电能电流进行分配，其中所述阻抗变换器是将所采集的电流信号的输出阻抗减低为所述放大倍数控制器的输出内阻，其放大倍数为1。

作为在此基础上的进一步改进，所述放大倍数控制器根据控制器的控制信号VPOS对接收的电流信号进行一定倍数的放大。较佳地，所述放大倍数为10至80的范围以内。

作为改进，分布式电能采集系统进一步包括电压信号采集端，对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能电压信号进行采集；连接所述电压信号采集端的RC滤波器，对所述电压信号进行RC滤波；连接所述RC滤波器的阻抗变换器，用于减小所采集的电压信号的输出阻抗，输送至所述的控制器。

作为进一步改进，所述控制器包括ADC采样电路和与之连接的MCU电路，其中所述ADC采样电路接收采集到的电流信号和电压信号并转换为MCU电路可读的数字信号。

较佳地，分布式电能采集系统对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能信号的交流信号中的每一相配置一个电能分配装置，或者对每一电网用电负载配置一个电能分配装置。

作为又一改进，分布式电能采集系统进一步包括连接所述控制器的协控制器，用于根据对电能电流的分配算法对分配给多个电网用户负载的电流和电压信号进行计量以计算用电量。

作为改进，对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能信号采集包括步骤：通过所述电流信号采集端和电压信号采集端分别对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能电流、电压信号进行采集；通过RC滤波器分别对电流、电压信号进行滤波，通过阻抗变换器将滤波后的电流、电压信号减低；通过多级放大器将电流信号进行放大；将电压信号和放大后的电流信号输送给控制器，根据预设算法对来自新的电能或直接来自配变电终端的电能电流进行分配；根据协控制器对电能电流信号和电压信号进行计量以计算用电量。

本实用新型的技术效果显而易见：本实用新型可用于分布式能源并网时的双向电能计量，电压、电流数据采集，并网发电输送电能质量等检测内容。当在分布式电能并网时的双向电能计量过程中，逆变器输送到电网中的电能质量不满足设定要求时可以发出报警信号，必要时可以切断逆变器输出，减少对电网波动的影响。同时，通过阻抗变换器减低来自电网或发电装置电能的输出内阻阻抗值，放大电流和电压信号，对信号能够进行有效采集，从而提高对电能质量的分析和电能的分配。

附图说明

图1为本实用新型分布式电能采集系统的结构示意图；

图2为电能分配装置的电路结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参照图1，分布式电能采集系统包括用于向电网用电负载6输送电能的配变电终端1，以及连接于所述电网用电负载6与配变电终端1之间的电能采集装置4，用于对所输送的电能进行用电计量，进一步包括分布式发电装置5，分散布置于电网用电负载6周围，用于获取来自配变电终端1输送的工作电力，将无源能量转换为新的电能并通过逆变器2向所述电网用电负载6馈送；以及电能分配装置3，用于将这部分新的电能向不同的电网用电负载6提供工作电力，其中所述电能采集装置4进一步对新的电能进行用电计算。分布式发电装置5是光伏电池板，所述无源能量为光能，通过所述的光伏电池板将光能转换为新的电能。作为实施例1的第一改进方面，参照图2，电能分配装置3包括：电流信号采集端CT_IN，对新的电能信号或直接来自配变电终端1的电能电流信号进行采集；连接所述电流信号采集端的RC滤波器101，对所述电流信号进行RC滤波；连接所述RC滤波器101的阻抗变换器102，用于减小所采集的电流信号的输出阻抗，由于实际生产过程中，来自光伏电池板的电能是经过直流DC向交流AC变换的电能，同时经过逆变器2后波形信号值存在较大的内阻，影响电流在采集端的输送，因此需要将此电流或电压信号的内阻阻抗值降低至一个合适的值。

作为实施例1的第二改进方面，设置了连接阻抗变换器102的放大倍数控制器103，将电流信号的内阻阻抗降低至放大倍数控制器103能够有效读取的阻抗值，阻抗变换器102较佳地包括一个运算放大器U1，接收电流信号值，并接入图2中所示的一个反馈端。同时，通过运算放大器U1两端接设的电容元件(例如电容器C32)和接地线路，在将电流信号稳定控制在合适值时，在不影响电流幅值的基础上降低信号的输出阻抗，其中，运算放大器U1通过正负电压VCC和VSS加以控制，将稳定后的电流信号输送给放大倍数控制器103。

放大倍数控制器103用于对接收到阻抗变换器102的电流信号进行一定倍数(一般为10倍)的一次放大。在一个实施例中，参照图2，电能分配装置3又包括连接所述放大倍数控制器103的同相放大器104，对经一次放大的电流信号进行二次放大，输出合适幅值的电流采集信号，由于考虑到电流信号的放大不宜过高，否则信号会产生失真或其他增益，因此需要对信号进行有序放大，同相放大器的原理(例如)可以使用推挽电路的原理，利用MOSFET阵列实现电流波形的依次叠加从而实现信号放大；以及连接所述同相放大器104的控制器105，接收经二次放大的电流信号以根据预设算法对来自新的电能或直接来自配变电终端的电能电流进行分配。其中，所述阻抗变换器102是将所采集的电流信号的输出阻抗减低为所述放大倍数控制器103的输出内阻，如图所示，由于接入了负反馈，其放大倍数为1。

在前述第二改进方面的基础上，所述放大倍数控制器103根据控制器105的控制信号端VPOS和VAMP，经过电阻R7和电容器C6滤波后对接收的电流信号进行一定倍数的放大。在一个实施例中，放大倍数为10至80的范围以内。放大倍数控制器103具有一个运算放大器U10，作为同相放大器104中运算放大器U3的正反向输入端，同时，运算放大器U10,U3分别通过正负电压源VCC和VSS来供电控制，其中U3输出放大后的电流信号AD_CT至控制器105端。

在此基础上，分布式电能采集系统进一步包括电压信号采集端V_IN，对新的电能信号或直接来自配变电终端1的电能电压信号进行采集；连接所述电压信号采集端的RC滤波器201，同样地对所述电压信号进行RC滤波(较佳地包括电阻R2和电容器C9)；连接所述RC滤波器201的阻抗变换器202，用于减小所采集的电压信号的输出阻抗，输送至所述的控制器105。电压值无需通过放大电路进行放大，电压值与电流信号值之间存在阻抗上的对应关系。

所述控制器105包括ADC采样电路1051和与之连接的MCU电路1052，其中所述ADC采样电路1051接收采集到的电流信号和电压信号并转换为MCU电路1052可读的数字信号。在一个实施例中，前述预设算法主要包含了根据电流值的大小和不同电网用户负载6的用电负荷，实现分级供电。例如分级供电机制使用安装于用户室内的智能插座，为了对用户负载3进行有效供电，选择不同的用户负载3按照相应的规格要求连接不同的智能插座，从而达到硬件上分级供电的机制。

在第一改进方面的基础上，分布式电能采集系统对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能信号的交流信号中的每一相配置一个电能分配装置3，或者对每一电网用电负载配置一个电能分配装置。

分布式电能采集系统进一步包括连接所述控制器105中MCU单元1052的协控制器106，用于根据对电能电流的分配算法对分配给多个电网用户负载的电流和电压信号进行计量以计算用电量。

在实施例1的一个改进方面，对新的电能信号或直接来自配变电终端1的电能信号采集包括步骤：通过所述电流信号采集端CT_IN和电压信号采集端V_IN分别对新的电能信号或直接来自配变电终端1的电能电流、电压信号进行采集；通过RC滤波器101分别对电流、电压信号进行滤波，通过阻抗变换器102将滤波后的电流、电压信号减低；通过多级放大器将电流信号进行放大；将电压信号和放大后的电流信号输送给控制器105，根据预设算法对来自新的电能或直接来自配变电终端1的电能电流进行分配；根据协控制器106对电能电流信号和电压信号进行计量以计算用电量。

在一个实施例中，多级放大电路是由放大倍数控制器103和与之连接的同相放大器104组成，对电流信号进行设定倍数的放大而非直接放大，以减低波形噪声。

Claims (9)

1.分布式电能采集系统，包括用于向电网用电负载输送电能的配变电终端，以及连接于所述电网用电负载与配变电终端之间的电能采集装置，用于对所输送的电能进行用电计量，其特征在于：进一步包括分布式发电装置，分散布置于电网用电负载周围，用于获取来自配变电终端输送的工作电力，将无源能量转换为新的电能并通过逆变器向所述电网用电负载馈送；以及电能分配装置，用于将这部分新的电能向不同的电网用电负载提供工作电力，其中所述电能采集装置进一步对新的电能进行用电计算。

2.根据权利要求1所述的分布式电能采集系统，其特征在于：所述的分布式发电装置是光伏电池板，所述无源能量为光能，通过所述的光伏电池板将光能转换为新的电能。

3.根据权利要求1所述的分布式电能采集系统，其特征在于所述电能分配装置包括：电流信号采集端，对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能电流信号进行采集；连接所述电流信号采集端的RC滤波器，对所述电流信号进行RC滤波；连接所述RC滤波器的阻抗变换器，用于减小所采集的电流信号的输出阻抗；连接所述阻抗变换器的放大倍数控制器，用于对接收到阻抗变换器的电流信号进行一定倍数的一次放大；连接所述放大倍数控制器的同相放大器，对经一次放大的电流信号进行二次放大；以及连接所述同相放大器的控制器，接收经二次放大的电流信号以根据预设算法对来自新的电能或直接来自配变电终端的电能电流进行分配，其中所述阻抗变换器是将所采集的电流信号的输出阻抗减低为所述放大倍数控制器的输出内阻，其放大倍数为1。

4.根据权利要求3所述的分布式电能采集系统，其特征在于：所述放大倍数控制器根据控制器的控制信号VPOS对接收的电流信号进行一定倍数的放大。

5.根据权利要求4所述的分布式电能采集系统，其特征在于：所述放大倍数为10至80的范围以内。

6.根据权利要求3所述的分布式电能采集系统，其特征在于：进一步包括电压信号采集端，对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能电压信号进行采集；连接所述电压信号采集端的RC滤波器，对所述电压信号进行RC滤波；连接所述RC滤波器的阻抗变换器，用于减小所采集的电压信号的输出阻抗，输送至所述的控制器。

7.根据权利要求6所述的分布式电能采集系统，其特征在于：所述控制器包括ADC采样电路和与之连接的MCU电路，其中所述ADC采样电路接收采集到的电流信号和电压信号并转换为MCU电路可读的数字信号。

8.根据权利要求3所述的分布式电能采集系统，其特征在于：对新的电能信号或直接来自配变电终端的电能信号的交流信号中的每一相配置一个电能分配装置，或者对每一电网用电负载配置一个电能分配装置。

9.根据权利要求3所述的分布式电能采集系统，其特征在于：进一步包括连接所述控制器的协控制器，用于根据对电能电流的分配算法对分配给多个电网用户负载的电流和电压信号进行计量以计算用电量。