CN218850461U - 一种分布式电源接入双向计量与监控终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源运行监测技术，旨在提供一种分布式电源接入双向计量与监控终端。该产品包括机箱和主电路板，在主电路板上设有主控模块和电源模块，以及分别与主控模块电连接的电能双向计量模块、通信模块、数据存储模块和人机交互模块；其中，在电能双向计量模块中设有若干个电能双向计量通道，每个计量通道均包括依次电连接的变换电路、低通滤波电路、电能计量芯片和光耦合器；变换电路设有连接外部电源的接线端子，电能计量芯片与主控模块电连接；在通信模块中设有多种分别与主控模块电连接的通信模块或通信接口。该产品能实现单相和三相兼容应用，可适应不同通信环境下的安装需求，用于采集分布式电源设备和可控负荷的运行数据。

Description

一种分布式电源接入双向计量与监控终端

技术领域

本实用新型涉及新能源运行监测技术，具体涉及一种分布式电源接入双向计量与监控终端。

背景技术

在能源逐步枯竭、温室效应日益显著和低碳经济蓬勃发展趋势的影响下，以光伏、风机和储能为代表的分布式电源应用得到了长足发展。与传统的集中发电技术相比，分布式电源以分散的形式靠近用电负荷中心，有效缓解了峰值时段的供电压力、降低了供电传输的线路损耗。

然而，随着分布式发电设备接入配电网容量不断增大，因随机性和间歇性带来的出力变化将提高配电网功率平衡的难度。由于分布式电源接入，配电网的潮流方向从单向转变为双向，给配电网的计量系统和继电保护系统带来了一系列问题，降低了配电网的安全性和供电可靠性。

现有的用电信息采集管理系统既具有电能信息采集终端到控制主站的上行传输通道，又有控制主站到电能信息采集终端的下行传输通道。然而，对于用户侧微电网中各层分布式电源及可控负荷与控制终端的接口方式和通信协议仍没有统一的规范，导致现有的分布式电源接入双向计量和监控终端产品存在可支持设备少、通信环境要求高、适应性差的缺点，故有必要提出分布式电源接入双向计量与监控终端的设计。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种分布式电源接入双向计量与监控终端。

为解决技术问题，本实用新型的具体解决方案是：

提供一种分布式电源接入双向计量与监控终端，包括机箱和主电路板，在主电路板上设有主控模块(微控制单元Microcontroller Unit，缩写为MCU)和电源模块；还包括分别与主控模块电连接的电能双向计量模块、通信模块、数据存储模块和人机交互模块；其中，

在电能双向计量模块中设有若干个电能双向计量通道，每个计量通道均包括依次电连接的变换电路、低通滤波电路、电能计量芯片和光耦合器(opticalcouplerequipment，缩写为OCEP，简称光耦)；变换电路设有连接外部电源的接线端子，电能计量芯片与主控模块电连接，光耦合器用于隔离转换并向外部的脉冲计数装置传送功率脉冲；

在通信模块中设有多种分别与主控模块电连接的通信模块或通信接口，包括：电力线载波模块、WI-FI模块、以太网RJ45接口、含解调功能的红外接收器、红外发射管、智能卡接口、CAN总线接口、RS485总线接口、继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口。

作为一种改进，所述以太网RJ45接口通过以太网物理层芯片与主控模块电连接。

作为一种改进，所述红外发射管通过调制电路与主控模块电连接。

作为一种改进，所述智能卡接口通过隔离芯片与主控模块电连接。

作为一种改进，所述CAN总线接口依次通过CAN驱动芯片和隔离芯片与主控模块电连接。

作为一种改进，所述RS485总线接口依次通过电平转换芯片和隔离芯片与主控模块电连接。

作为一种改进，所述继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口分别通过各自对应的光耦合器与主控模块电连接。

作为一种改进，所述数据存储模块包括用于存储电能信息的Flash芯片、用于存储用户用电信息的ESAM芯片和用于存储终端初始化配置参数的EEPROM芯片；其中，Flash芯片与主控模块之间采用SPI总线串行连接，EEPROM与主控模块之间采用I2C总线连接；ESAM芯片与主控模块之间采用ISO7816协议通信。

作为一种改进，所述人机交互模块包括指示灯、按键和LCD模块；其中，LCD模块采用点阵式液晶显示屏，以并行通信方式与主控模块连接。

作为一种改进，所述电源模块包括主供电、辅助供电和时钟备用供电，用于为各电气元件提供不同电压水平的电源。

与现有技术相比，采用本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中的分布式电源接入双向计量与监控终端，其电能双向计量模块中的电能计量芯片可选单相电能计量芯片或三相电能计量芯片，因此能实现单相和三相兼容应用。

2、本实用新型的通信模块中设置了多种通信接口或通信模块，可以在不同通信环境下根据实际情况进行选择安装，能够适应各种复杂应用环境；用于与不同类型分布式发电设备并网点和负荷并网点的对接，实现电能的计量与监测。

3、本实用新型能够用于采集分布式电源设备和可控负荷的运行数据，并通过人机交互模块显示与主站通信进行电能数据上传和电价信息获取，从而为操作人员进行调控提供依据。

附图说明

图1是双向计量与监控终端硬件连接示意图；

图2是数据存储模块与主控模块MCU之间的通信或连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此次所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型中提供的分布式电源接入双向计量与监控终端，包括机箱和主电路板，在主电路板上设有主控模块(MCU)、电源模块，以及分别与主控模块电连接的电能双向计量模块、通信模块、数据存储模块和人机交互模块；其中：

在电能双向计量模块中设有若干个电能双向计量通道，每个计量通道均包括依次电连接的变换电路、低通滤波电路、电能计量芯片和光耦合器(opticalcouplerequipment，缩写为OCEP，简称光耦)；变换电路设有连接外部电源的接线端子，电能计量芯片与主控模块电连接，光耦合器用于隔离转换并向外部的脉冲计数装置传送功率脉冲。电能双向计量模块用于实现实时计量与监测分布式发电设备的发电信息和用户的用电信息，包括电压、电流、功率、电能以及失压、过压、失流、过流等电能事件。电网电压或电流经过变换电路及滤波电路形成符合输入要求的电压信号，提供给电能计量芯片获取相应电能信息和事件，主控模块通过SPI总线和中断线从电能计量芯片中获取电能信息和电能事件。电能计量芯片产生功率脉冲信号，外部的脉冲计数装置可利用该信号计算获得本装置计量的电量数据。

通信模块用于实现用电信息上传和控制指令接收功能，并与分布式电源逆变器通信，获取其工作状态并下达控制指令。为了保证在不同应用条件下的正常运行，同时提供数字输入输出口和各类常见或不常见的通信能力，在通信模块中设有多种分别与主控模块电连接的通信模块或通信接口。具体包括：电力线载波模块、WI-FI模块、以太网RJ45接口、含解调功能的红外接收器、红外发射管、智能卡接口、CAN总线接口、RS485总线接口、继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口；其中，以太网RJ45接口通过以太网物理层芯片与主控模块电连接，红外发射管通过调制电路与主控模块电连接，智能卡接口通过隔离芯片与主控模块电连接，CAN总线接口依次通过CAN驱动芯片和隔离芯片与主控模块电连接，RS485总线接口依次通过电平转换芯片和隔离芯片与主控模块电连接，继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口分别通过各自对应的光耦合器与主控模块电连接。

数据存储模块由3种存储芯片构成，用于实现不同存储空间和不同安全等级的数据存储；具体包括用于存储电能信息的Flash芯片、用于存储用户用电信息的ESAM芯片和用于存储终端初始化配置参数的EEPROM芯片；其中，Flash芯片与主控模块之间采用SPI总线串行连接，EEPROM与主控模块之间采用I2C总线连接；ESAM芯片与主控模块之间采用ISO7816协议通信。

人机交互模块包括指示灯、按键和LCD模块；其中，LCD模块采用点阵式液晶显示屏以并行通信方式与主控模块连接，可以显示两通道的电能计量信息和事件信息，以及分布式电源及可控负荷的运行状态。

电源模块包括主供电、辅助供电和时钟备用供电，可以根据不同电路对供电电压和质量要求的不同，提供为各电气元件1.8V、3.3V、5V等不同电压水平的电源。

下面结合具体示例对本实用新型进行更为详细的描述。

如图1所示，本申请的分布式电源接入双向计量与监控终端包括主控模块、电能双向计量模块、数据存储模块、通信模块、人机交互模块以及电源模块，能够用于不同通信环境下实现对分布式发电设备并网点和负荷并网点电能的计量与监测。

主控模块可以采用市面产品ST公司的STM32F207ZGT6芯片实现，该芯片具备CAN、SPI、I²C、USART和10/100M以太网MAC层，有利于实现多种通信与控制接口的扩展。

电能双向计量模块首先由电阻分压电路和电流互感器组成的变换电路获取计量点电压电流，获取的计量点电压信号由电阻分压电路得到，获取的计量点电流信号由电流互感器输出的电流通过电阻转换为电压信号。随后通过低通滤波电路截断高频分量，将电压信号提供给电能计量芯片，由电能计量芯片计算电路，生成电压、电流、功率、电能和电能事件，单相电压信号由单相电能计量芯片计算，三相电压信号由三相电能计量芯片计算。主控芯片通过SPI总线和中断线从电能计量芯片获取电能信息和电能事件。单相电能计量芯片可以选用市面产品ADI公司ADE7953型号产品，三相电能计量芯片可以选用市面产品上海贝岭公司BL6522B型号产品。

如图2所示，终端还需要实现不同存储空间和不同安全等级的数据存储。对于终端的基本参数，包括电能计量芯片的寄存器配置和通信接口的协议配置，存储在EEPROM芯片中，采用I2C总线与主控芯片连接；对于电能使用量、电能需量及事件记录等电能信息和分布式电源及智能用电设备的运行状态信息，存储在Flash芯片中，以SPI总线串行连接到主控芯片；对于用户当前用电量、当前费率模式、用户余额等重要信息，存储在ESAM芯片中，通过ISO7816协议与主控芯片通信。

考虑到分布式电源往往布置在地理环境恶劣、通信条件不佳的地区，为保证产品普遍适应性，本产品的通信模块具有多种通信接口，相应具备多种通信方式。如：以太网、WI-FI、电力线载波、RS485、智能卡接口，区别在于物理层驱动电路，不同的通信方式需要相应的驱动或转换芯片。同时，终端通信模块提供了4路数字输入和2路OC门、2路继电器输出接口，可以与某些不具备常见通信接口的设备进行通信。

LCD模块用于显示两通道的电能计量信息和事件信息，以及分布式电源及可控负荷的运行状态，采用并行通信方式与主控芯片连接。LCD可以采用市面产品海比邻公司HB240160M1型号液晶模块产品。

电源模块包括主供电、辅助供电和时钟备用供电。主供电来自于进线端的单相或三相交流电，通过保护电路以及变换电路形成24V直流电，随后根据不同模块的供电要求，采用DCDC稳压芯片和开关稳压芯片转换成13.5V、5V、3.3V、1.8V直流电源；辅助供电是在主供电失效后，为终端关键芯片供电，由3V锂电池提供。时钟备用供电是在主供电和辅助供电同时失效后，为时钟供电以保证准确性，由3V纽扣电池提供。

基于本实用新型的分布式电源接入双向计量与监控终端，实现了单相和三相兼容应用，可以在不同通信环境下实现对分布式发电设备并网点和负荷并网点电能的计量与监测；能够用于实现分布式电源设备和可控负荷的数据采集与控制，并且与主站通信进行电能数据的上传和电价信息的获取。

Claims (10)

1.一种分布式电源接入双向计量与监控终端，包括机箱和主电路板，在主电路板上设有主控模块和电源模块；其特征在于，还包括分别与主控模块电连接的电能双向计量模块、通信模块、数据存储模块和人机交互模块；其中，

在电能双向计量模块中设有若干个电能双向计量通道，每个计量通道均包括依次电连接的变换电路、低通滤波电路、电能计量芯片和光耦合器；变换电路设有连接外部电源的接线端子，电能计量芯片与主控模块电连接，光耦合器用于隔离转换并向外部的脉冲计数装置传送功率脉冲；

在通信模块中设有多种分别与主控模块电连接的通信模块或通信接口，包括：电力线载波模块、WI-FI模块、以太网RJ45接口、含解调功能的红外接收器、红外发射管、智能卡接口、CAN总线接口、RS485总线接口、继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口。

2.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述以太网RJ45接口通过以太网物理层芯片与主控模块电连接。

3.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述红外发射管通过调制电路与主控模块电连接。

4.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述智能卡接口通过隔离芯片与主控模块电连接。

5.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述CAN总线接口依次通过CAN驱动芯片和隔离芯片与主控模块电连接。

6.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述RS485总线接口依次通过电平转换芯片和隔离芯片与主控模块电连接。

7.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述继电器输出接口、OC门输出接口和数字输入接口分别通过各自对应的光耦合器与主控模块电连接。

8.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述数据存储模块包括用于存储电能信息的Flash芯片、用于存储用户用电信息的ESAM芯片和用于存储终端初始化配置参数的EEPROM芯片；其中，Flash芯片与主控模块之间采用SPI总线串行连接，EEPROM与主控模块之间采用I2C总线连接；ESAM芯片与主控模块之间采用ISO7816协议通信。

9.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述人机交互模块包括指示灯、按键和LCD模块；其中，LCD模块采用点阵式液晶显示屏，以并行通信方式与主控模块连接。

10.根据权利要求1所述的分布式电源接入双向计量与监控终端，其特征在于，所述电源模块包括主供电、辅助供电和时钟备用供电，用于为各电气元件提供不同电压水平的电源。

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