CN211348450U - 一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及负荷监测技术领域，特别涉及一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其包括用于为家用电器供电的智能插排和处理器，智能插排的多个插座分别从电网取电并经过各自的控制模块连接到处理器。控制模块的开关模块分别串联于智能插排上各个插座的火线中，用于进行电器负载的通断控制。处理器还连接有用于与电网的控制端通信的载波通信模块，载波通信模块通过配电线路向后台服务器上送监测数据，并实时接收服务器下达的负荷分解结果、执行服务器下送的需求响应控制指令，实现对用电设备的远程控制。该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置能够准确采集单体电器的负荷数据和对用户电器开关状态进行控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及负荷监测技术领域，特别涉及一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置。
背景技术
电器监测是以智能监测终端装置为基础，融合现代电子技术、信息处理技术、网络通信技术、传感技术等多种技术，来获取居民电器用电细节、监测电器运行状态的重要手段。其目的是通过对各个电器用电信息的深入分析，挖掘用户潜在的用能模式、用能规律、需求响应潜力等，以引导用户合理用电、节能降耗，同时也为智能电网中需求响应方案的制定和实施提供参考。电器监测有利于加强配电网的需求侧管理，实现供需友好互动。
通常，实现电器监测需要在用户端布置高级量测体系，其硬件基础为安装在用户家庭内部各个独立用电设备的智能监测终端，能够实现实时计量、安全保护、双向通信等功能，属于侵入式电器负荷监测方式。但该方式受限于电器与监测终端一一对应的关系，其硬件成本随电器数量的增加而显著上升。为此，采用非侵入式的电器负荷监测方式取消了电器监测终端，仅在用户电力总线入口处采集总电流、功率、谐波等信息，通过复杂的算法辨识家庭内部的电器类型、运行状况等相关参数。虽然用于实现非侵入式的电器负荷监测装置解决了侵入式方式成本过高的问题，但是，其仅仅在电网接入的位置进行信号采集，放弃了对电器的远程控制功能，不利于智能电网下实时自动需求响应的发展。
实用新型内容
针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置的硬件结构，供软件工程师对其中的处理器进行编程后，能够准确采集单体电器的负荷数据和对用户电器开关状态进行控制。
为实现上述目的，本实用新型提供一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，包括设有至少两个插座的智能插排和处理器，这些插座分别从电网取电并经过各自的控制模块连接到所述处理器，所述控制模块包括开关模块，该开关模块的打开/闭合则其连接的插座与电网断开/连接；所述处理器还连接有用于采集电网接入端电压、电流信号的电气采集模块，以及用于与电网的控制端通信的载波通信模块。
其中，所述开关模块包括连接在电网火线和插座火线之间的继电器。
其中，所述继电器是型号为HF7520的开关继电器。
其中，所述控制模块包括三极管和接收端连接到所述处理器的光耦驱动，所述光耦驱动的输出端经所述三极管连接到所述继电器的控制端。
其中，所述处理器还连接有液晶显示屏。
其中，所述处理器还连接有安全检测模块。
其中，所述安全检测模块包括温度传感器和烟雾浓度传感器。
其中，所述电网的火线和零线之间连接有电源模块，所述电源模块包括防雷保护电路、 AC/DC转换电路、DC/DC转换电路和低通滤波电路。
其中，所述电气采集模块包括采样端连接在所述电网的火线的电流传感器，采样端连接在所述电网的火线和零线之间的电压传感器，所述电流传感器和电压传感器分别经信号调理电路和ADC芯片处理后连接到所述处理器。
其中，所述载波通信模块包括型号为KQ130F的过零载波数据收发模块。
有益效果：该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置包括用于为家用电器供电的智能插排和处理器，这些插座分别从电网取电并经过各自的控制模块连接到所述处理器。控制模块包括开关模块，开关模块分别串联于智能插排上各个插座的火线中，用于进行电器负载的通断控制。处理器还连接有用于采集电网接入端电压、电流信号的电气采集模块，以及用于与电网的控制端通信的载波通信模块。载波通信模块通过配电线路向后台服务器上送监测数据，并实时接收服务器下达的负荷分解结果、执行服务器下送的需求响应控制指令，实现对用电设备的远程控制。该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置能够准确采集单体电器的负荷数据和对用户电器开关状态进行控制。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置的结构示意图。
图2是该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置的控制模块的结构示意图。
图3是该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置的电器采集模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，如图1所示，包括设有至少两个插座的智能插排、处理器和电源模块，这些插座分别从电网取电并经过各自的控制模块连接到处理器，控制模块包括开关模块，该开关模块的打开/闭合则其连接的插座与电网断开/连接。处理器还连接有用于采集电网接入端电压、电流信号的电气采集模块，用于与电网的控制端通信的载波通信模块，安全检测模块，液晶显示屏。智能插排、电气采集模块、载波通信模块、电源模块与电网的进线220V市电并联，控制模块与智能插排220V市电火线串联，电源模块的输出端分别与中央处理模块、电气采集模块、载波通信模块、控制模块、安全检测模块、液晶显示屏的电源输入端连接。
该非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，智能插排上的每个插座配置独立的控制模块，仅在总进线处安装单个电气采集模块进行非侵入式采集，由此实现“统一采集、独立控制”的非侵入式监测结构，避免了对每个插座单独设计采样电路，有效降低了硬件成本。
其中，作为中央处理模块的处理器包括DSP芯片、EEPROM、实时时钟芯片。DSP芯片采用Piccolo系列的TMS320F28035，该芯片是一款主频60MHz的32位定点处理器，用于计算电气数据、环境安全阈值判断以及使协调各模块配合运行；EEPROM采用SPI闪存芯片AT25F040，负责实时负荷分解结果、累计消耗电量的掉电存储；实时时钟芯片采用含I2C总线接口的PCF8563，用于记录测量数据对应的时间戳。
其中，如图2所示，开关模块包括连接在电网火线和插座火线之间的继电器，该继电器是型号为HF7520的开关继电器。控制模块包括三极管和接收端连接到处理器的光耦驱动，光耦驱动的输出端经三极管连接到继电器的控制端。光耦驱动电路基于光耦驱动芯片PC817 构成，其输入端与处理器的DSP芯片的控制引脚连接，输出端与继电器连接，用于隔离数字电路与模拟电路之间的干扰；继电器型号为HF7520，分别串联于智能插排上各个插座的火线中，用于进行电器负载的通断控制。
其中，安全检测模块包括温度传感器和烟雾浓度传感器。温度传感器采用DS18B20数字温度传感模块，模块测温范围为-55℃～+125℃,提供9～12位的可编程分辨率，用于对监控仪附近的环境进行测温；烟雾浓度传感器采用空气质量检测模块MQ-135，用于检测空气中硫化物、苯系蒸汽、氨气、烟雾等危险气体的浓度，该模块内气体敏感元件的浓度测试范围为 10～1000ppm，具备可靠的稳定性，环境检测数据输出至DSP芯片进行阈值判断，以实现电器负载的安全通断。
其中，电网的火线和零线之间连接有电源模块，电源模块包括防雷保护电路、AC/DC转换电路、DC/DC转换电路和低通滤波电路。防雷保护电路由串联于火线的保险丝、并联于火线和零线之间的压敏电阻构成，起防雷保护作用；AC/DC转换电路采用开关电源模块HQ05P10，该模块的转换效率高达78％，误差在±1％内，可将220V交流转换为5V直流；低通滤波电路设计为RC低通滤波电路，负责滤除高频噪音；DC/DC转换电路采用TPS73633 稳压芯片，实现5V直流到3.3V直流的转换；5V直流输出为实时时钟芯片、信号调理电路、继电器、载波通信模块、液晶显示屏、温度传感器、烟雾浓度传感器供电，3.3V直流为DSP 芯片、EEPROM、ADC芯片、光耦驱动芯片供电。
其中，如图3所示，电气采集模块包括采样端连接在电网的火线的电流传感器，以及采样端连接在电网的火线和零线之间的电压传感器，电流传感器和电压传感器分别经信号调理电路和ADC芯片处理后连接到处理器。具体的，电压互感器DL-PT2020H并联于220V市电的火线和零线之间以获取输入电压信号；电流互感器DL-CT1010A挂载于220V市电火线上以采集总负荷电流信号；信号调理电路由运算放大器INA128构成，将电压互感器和电流互感器的输出放大至ADC芯片合适的输入电压范围；ADC芯片采用8位逐次逼近式A/D模数转换器ADC0809，对采集的电压和电流模拟信号进行模数转换，转换后的数字信号输出至中央处理模块的DSP芯片进行后续电气参数的计算。
其中，载波通信模块包括型号为KQ130F的过零载波数据收发模块，其载波速率为100BPS。依托电力载波通信模块完成与后台服务器的有线通信，定时上传监测数据，并接收服务器智能分析后下送的负荷分解结果、控制决策指令，实现用电模式分析、实时自动需求响应功能。
其中，液晶显示屏采用SPI串口OLED显示屏模块2015a，模块分辨率为128*64，向用户显示实时监测数据和电器负荷分解结果，完善人机交互。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，包括设有至少两个插座的智能插排和处理器，这些插座分别从电网取电并经过各自的控制模块连接到所述处理器，所述控制模块包括开关模块，该开关模块的打开/闭合则其连接的插座与电网断开/连接；所述处理器还连接有用于采集电网接入端电压、电流信号的电气采集模块，以及用于与电网的控制端通信的载波通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述开关模块包括连接在电网火线和插座火线之间的继电器。
3.根据权利要求2所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述继电器是型号为HF7520的开关继电器。
4.根据权利要求2所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述控制模块包括三极管和接收端连接到所述处理器的光耦驱动，所述光耦驱动的输出端经所述三极管连接到所述继电器的控制端。
5.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述处理器还连接有液晶显示屏。
6.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述处理器还连接有安全检测模块。
7.根据权利要求6所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述安全检测模块包括温度传感器和烟雾浓度传感器。
8.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述电网的火线和零线之间连接有电源模块，所述电源模块包括防雷保护电路、AC/DC转换电路、DC/DC转换电路和低通滤波电路。
9.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述电气采集模块包括采样端连接在所述电网的火线的电流传感器，采样端连接在所述电网的火线和零线之间的电压传感器，所述电流传感器和电压传感器分别经信号调理电路和ADC芯片处理后连接到所述处理器。
10.根据权利要求1所述的一种非侵入式结构的电器负荷单体监测装置，其特征在于，所述载波通信模块包括型号为KQ130F的过零载波数据收发模块。
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