一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，包括電壓測量模塊、電流測量模塊、電能計量芯片、雙向電能計數(shù)器電路、計量處理器以及通信模塊，電能計量芯片在輸出功率脈沖的同時輸出功率方向指示，雙向電能計數(shù)器電路能夠識別功率方向指示并對正反向功率脈沖分別進行計數(shù)，計量處理器實時獨立地獲取并累積正反向電能，并將定時直接讀取電能計量芯片輸出的反向功率與接收到的主站參考值比較，發(fā)現(xiàn)異常情況時會及時報警。本發(fā)明能夠實時獨立計量用戶與電網(wǎng)之間的正向、反向電能及正反向總電能的累積，同時可以通過對反向功率的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，及時提醒相關人員進行疑似騙取國家新能源發(fā)電補貼事件的監(jiān)察。
【專利說明】-種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電能計量【技術領域】，具體講涉及一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 可再生能源分布式發(fā)電技術是近年來智能電網(wǎng)【技術領域】中最具有應用前景的技 術創(chuàng)新成果之一，被認為是解決目前能源危機，環(huán)境困局的有效途徑。采用可再生能源分布 式發(fā)電與傳統(tǒng)的電網(wǎng)供電相結合的供電模式得到了普遍的認可和推廣。需要指出的是，在 可再生能源分布式發(fā)電與電網(wǎng)供電相結合的供電模式中，電能在電網(wǎng)與用戶之間的流動并 不是單向的。用戶既可能通過電網(wǎng)向其補充供電，又可能給電網(wǎng)反饋電能，反饋的電能還可 W得到國家的新能源發(fā)電補貼。該就需要一種能夠實現(xiàn)雙向電能實時獨立計量的計量系統(tǒng) 及方法。
[0003] 傳統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)僅僅能夠實現(xiàn)電能從電網(wǎng)流向用戶的單方向計量，而目前已 公開的智能電能計量技術方案中，計量芯片通常只采用脈沖輸出，電能累積只有一個計數(shù) 器，累積的電能可W是正向、反向或者正反向的代數(shù)和，無法獨立地計量正向、反向電能。如 國內已公開的發(fā)明專利CN 102200544A提出了一種可實現(xiàn)雙向計量的智能電表的總電量 累加方法，能夠實現(xiàn)正反向總電量的累加和各種費率下正反向總電量的累加，但無法實現(xiàn) 正反向電能的獨立計量，在售用電資費結算時，也就無法對用戶反饋上網(wǎng)的電量進行結算 和補貼。不能滿足可再生能源分布式發(fā)電技術的發(fā)展與實用推廣的需要。再如國內已公開 的發(fā)明專利CN 103364631A提出了一種高壓用戶光伏發(fā)電電能計量系統(tǒng)及其方法，其提到 了所使用的電能計量表為雙向電能計量表，但是并沒有給出雙向電能計量表的發(fā)明方案W 及【具體實施方式】，該些都顯然不能滿足可再生能源分布式發(fā)電技術的進一步發(fā)展與實用推 廣的需要。
【發(fā)明內容】
[0004] 鑒于上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種位于配置有分布式新 能源發(fā)電設施的用戶與電網(wǎng)之間，能夠實時獨立計量用戶與電網(wǎng)之間的正向、反向電能及 正反向總電能的累積，同時可W通過對反向功率的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，及時提醒相關人員進行 疑似騙取國家新能源發(fā)電補貼事件的監(jiān)察的實時雙向電能獨立計量的系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的是采用如下技術方案實現(xiàn)的： 一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，包括電壓測量模塊、電流測量模塊、電 能計量芯片、雙向電能計數(shù)器電路、電能計量處理器和通信模塊； 所述電壓測量模塊通過電壓互感器將電網(wǎng)電壓轉化為低電壓信號，再經(jīng)過抗混疊低通 濾波器，提供給電能計量芯片的電壓通道，用W進行功率計量； 所述電流測量模塊通過電流互感器及串聯(lián)采樣電阻將電網(wǎng)與用戶之間的電流轉化為 低電壓信號，再經(jīng)過抗混疊低通濾波器，提供給電能計量芯片的電流通道，用W進行功率計 量； 所述電能計量芯片是雙向電能功率計量芯片，在輸出電能脈沖的同時，輸出電能功率 方向標志位； 所述雙向電能計數(shù)器電路由兩個獨立的正向及反向電能計數(shù)器組成，兩個獨立的正向 及反向計數(shù)器均通過邏輯電路由計量芯片輸出的功率方向標志位使能； 所述電能計量處理器，讀取電能計數(shù)器的進位脈沖輸出，完成正、反向電能的換算及累 積，在需要精確實時計量正、反向電量時，直接讀取雙向電能計數(shù)器的當前計數(shù)數(shù)值，同時 對計數(shù)器清零，經(jīng)電能換算后，分別與前一次電能累積值相加，得到精確的正反向電能，同 時計算得到正反向電能的代數(shù)和W及絕對值和； 所述通信模塊用于將電能計量處理器采集處理的電能電量信息傳送至主站W(wǎng)及接收 主站下達的指令和反向功率參考值。
[0006] 進一步的，所述低通濾波器的截止頻率小于或等于電能計量芯片電流通道AD采 樣頻率的一半。
[0007] 進一步的，所述電能計量芯片中，輸出0-1高低電平功率方向標志位，其中之一代 表電網(wǎng)向用戶供電的正向電能，另外一個則用于代表用戶向電網(wǎng)反饋的反向電能，同時實 時計量并輸出所測正向或反向功率的瞬時值。
[0008] 進一步的，當電能計量芯片輸出的功率方向標志位表示正向功率時，正向電能計 數(shù)器工作，計數(shù)電能計量芯片輸出的電能脈沖；當電能計量芯片輸出的功率方向標志位表 示反向功率時，反向電能計數(shù)器工作，計數(shù)電能計量芯片輸出的電能脈沖。
[0009] 進一步的，每隔一段時間，電能計量處理器將讀取一次電能計量芯片輸出的功率 方向標志位，當電能計量芯片正輸出反向的功率脈沖時，電能計量處理器將讀取電能計量 芯片所計量的反向功率瞬時值，并將該值與接收到的主站下達的反向功率參考值比較，若 其大于參考值，則通過通信模塊向主站發(fā)出報警提示。
[0010] 進一步的，所述電能計量處理器讀取電能計數(shù)器的進位脈沖的時間間隔為5-60 砂。
[0011] 進一步的，所述通信模塊接收主站下發(fā)的反向功率參考值的時間間隔為5-30分 鐘。
[0012] 進一步的，所述通信模塊的傳輸模塊及通道采用光纖、GPRS、電力載波、RS 485。
[0013] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為： 本發(fā)明可W實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間實時雙向電能的獨立計量，在含有新能源分布式發(fā)電 的智能電網(wǎng)應用中，在計量電網(wǎng)供給用戶的電能的同時，計量用戶向電網(wǎng)反饋的電能，解決 了現(xiàn)有技術只能計量電網(wǎng)到用戶的正向電能或者反向電能或者正向反向的電能總量代數(shù) 和的問題； 在含有新能源分布式發(fā)電的智能電網(wǎng)中，本發(fā)明為用單一設備同時完成用戶用電資費 結算，國家新能源發(fā)電上網(wǎng)補貼結算，提供了可靠，便捷，并不明顯增加現(xiàn)有電能計量設備 投資成本的技術解決方案； 本發(fā)明在完成實時雙向電能獨立計量的同時，可W有效減少或避免利用不正當手段騙 取國家新能源發(fā)電補貼的事件發(fā)生。
[0014]
【專利附圖】
【附圖說明】 圖1是本發(fā)明應用結構圖； 圖2是本發(fā)明內部結構原理圖； 圖3是本發(fā)明電能計量計數(shù)器電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖W及實施方式對本發(fā)明進行進一步的描述： 如圖1所示，本發(fā)明提供一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，連接于電網(wǎng)和用戶之間，用 戶側不僅配置有常規(guī)的用電負荷，還配置有分布式新能源發(fā)電裝置； 如圖2所示，本發(fā)明具體包括電壓測量模塊1、電流測量模塊2、電能計量芯片3、雙向電 能計數(shù)器電路4、計量處理器5、通信模塊6。其中， 電壓測量模塊1通過其內的電壓互感器將電網(wǎng)與用戶之間連接處的電壓轉化為低電 壓信號，電壓互感器二次側輸出電壓峰峰值應滿足計量芯片電壓通道的輸入限制及測量精 度需要，該信號經(jīng)過抗混疊低通濾波器，提供給電能計量芯片的電壓通道，優(yōu)選的，低通濾 波器的截止頻率應小于或等于電能計量芯片電壓通道AD采樣頻率的一半； 電流測量模塊2通過電流互感器及串聯(lián)采樣電阻將電網(wǎng)與用戶之間的電流轉化為低 電壓信號，該電壓信號的峰峰值應滿足計量芯片電流通道的輸入限制及測量精度需要，經(jīng) 過抗混疊低通濾波器，提供給電能計量芯片的電流通道，優(yōu)選的，低通濾波器的截止頻率應 小于或等于電能計量芯片電流通道AD采樣頻率的一半； 采用能夠滿足W下要求的電能計量芯片3 ;可W根據(jù)電壓、電流測量模塊測量的電壓 電流信息實時獨立計量電網(wǎng)與用戶之間的正向及反向功率；采用電量功率脈沖的輸出形 式，并同時給出所輸出的電量功率脈沖的方向標志位，標志位1高電平表示電網(wǎng)向用戶供 電的正向功率，標志位0低電平表示用戶向電網(wǎng)反饋電能的反向功率；所計量的正向或反 向功率的瞬時數(shù)值能夠被實時讀取。目前市場上具有較多能夠同時W上要求的計量芯片， 本例采用CIRRUS LOGIC公司的CS5463型單相雙向電能計量芯片； 根據(jù)電能計量芯片3輸出的脈沖常數(shù)合理選擇一個時間常數(shù)T，優(yōu)選的，T位于IOms至 IOs之間，并且該時間常數(shù)T，應小于計量芯片輸出最大功率脈沖頻率時間，雙向電能計數(shù) 器計滿所需時間。每隔時間T，計量處理器將分別讀取一次正向及反向電能計數(shù)器的當前計 數(shù)數(shù)值并對計數(shù)器進行清零，計量處理器根據(jù)讀取的計數(shù)器計數(shù)值，依據(jù)計量芯片的脈沖 常數(shù)換算出雙向電能計數(shù)器當前所計數(shù)的電能量，分別與已存儲的正向及反向電能量進行 累加后更新存儲。在需要精確結算正、反向電量時，將直接讀取雙向電能計數(shù)器的當前計數(shù) 數(shù)值，同時對計數(shù)器進行清零，經(jīng)電能換算后，分別累加到已存儲的正、反向電能中，得到精 確的實時正反向電能。在電能結算時，計量處理器還將根據(jù)已存儲累積的正、反向電能值計 算正反向代數(shù)和電能，W及正反向絕對值和電能等并分別進行存儲。
[0016] 獲得了獨立的正反向電能W后計量處理器模塊可W計算一些混合的電能數(shù)據(jù)，女口 總的正向電能即為用戶總的從電網(wǎng)購電電能，總的反向電能即為用戶分布式電源發(fā)電向電 網(wǎng)的售電電能，而總正向電能減去總的反向電能就獲得了用戶和電力公司需要結算的電 能。
[0017] 雙向電能計數(shù)器電路4包含有兩個獨立的具有使能功能(均為1使能）的計數(shù) 器一正向電能計數(shù)器及反向電能計數(shù)器。電能計量芯片輸出的功率方向標志位直接接到 正向電能計數(shù)器的使能端，通過非口電路接到反向電能計數(shù)器的使能端。當標志位為1時， 正向電能計數(shù)器對計量芯片輸出的功率脈沖進行計數(shù)，記為正向電能；當標志位為O時，反 向電能計數(shù)器對計量芯片輸出的功率脈沖進行計數(shù)，記為反向電能。雙向電能計數(shù)器均采 用"進位輸出"的方式，計數(shù)器的容量一般不大，可W結合計量芯片輸出的功率脈沖常數(shù)， 按照所需的電能計量精度合理選擇一個計數(shù)器計數(shù)限值，每當計數(shù)器的計數(shù)器值達到該個 限值，意味著正向或反向的電能在計數(shù)器中的累積已達到計量精度要求的一個最小計量單 位，此時計數(shù)器將通過比較器輸出高電平，該電平對計數(shù)器進行清零，從而形成一個脈沖輸 出，該脈沖輸出W中斷的形式為計量處理器所讀取。
[0018] 本實施例W FPGA具體實現(xiàn)雙向計量處理器5,如附圖3所示，兩個獨立的正、反 向電能計數(shù)器寫于FPGA中，均具有使能，清零功能，計量芯片給出功率脈沖直接連到FPGA 的一個輸入管腳，在內部與兩個計數(shù)器的計數(shù)輸入端相連。計量芯片給出的功率方向標志 位連到PFGA的另一個輸入管腳，在內部直接與正向電能計數(shù)器的使能端相連，同時通過邏 輯"非"電路與反向電能計數(shù)器的使能端相連。正、反向電能計數(shù)器的計數(shù)輸出均直接連至 FPGA的輸出管腳，同時各經(jīng)過一個比較器電路連至各自的清零端W及FPGA的輸出端作為 各自的電能計量脈沖輸出； 計量處理器5 W中斷的形式接收正、反向計數(shù)器的輸出脈沖，分別進行正向及反向電 能的累積，并將累積后的正、反向電能量分別存放。在需要精確結算正、反向電量時，將直接 讀取雙向電能計數(shù)器的當前計數(shù)數(shù)值，同時對計數(shù)器進行清零，經(jīng)電能換算后，分別累加到 已存儲的正、反向電能中，得到精確的實時正反向電能。在電能結算時，計量處理器還將根 據(jù)已存儲累積的正、反向電能值計算正反向代數(shù)和電能，W及正反向絕對值和電能等并分 別進行存儲； 每隔60砂，計量處理器5將讀取一次計量芯片輸出的功率方向標志位，當所讀標志位 為0,即此時計量芯片正輸出反向的功率脈沖時，計量處理器將讀取計量芯片所計量的反向 功率瞬時值，并將該值與接收到的主站下達的反向功率報警參考值比較，若其大于參考值， 則通過通信模塊向主站發(fā)出報警提示； 通信模塊6用于將計量處理器采集處理的電能電量信息傳送至主站W(wǎng)及接收主站下 達的指令和反向功率參考值。通信模塊6每隔5-30分鐘接受一次主站下達的用戶反向 功率報警參考值，該報警參考值將由W下方法算出：根據(jù)天氣情況，環(huán)境溫度情況，用戶 的分布式新能源裝機容量情況計算出該時段的用戶反向功率參考值Pl R，通過W往歷 史采集的上傳數(shù)據(jù)，分析用戶的最大反向功率P2 A，在Pi Pl和P2之中取其較大者，再加 上參考裕度AP，得到該時段用戶的反向功率報警參考值即=WC-T化為} + AF 戶W =max 巧，巧} + Af。
[0019] 計量處理器將讀取的用戶反向功率值與反向功率極限參考值進行比較，出現(xiàn)用戶 反向功率值大于反向功率極限參考值時，通過通信模塊發(fā)出報警，提醒相關人員及時對疑 似騙取國家新能源發(fā)電補貼行為進行監(jiān)察。
[0020] 通信模塊可W采用光纖/GPRS/電力載波/RS 485等傳輸模塊及通道實現(xiàn)本系統(tǒng) 與主站之間的通信。
[0021] 最后應當說明的是；W上【具體實施方式】僅用于W上實施例，僅用W說明本發(fā)明的 技術方案而非對其進行限制，盡管參照上述實施方式對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領 域的普通技術人員應當理解；依然可W對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換， 而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范 圍當中。
【權利要求】
1. 一種實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，包括電壓測量模塊、電流測量模塊、 電能計量芯片、雙向電能計數(shù)器電路、計量處理器和通信模塊； 所述電壓測量模塊通過電壓互感器將電網(wǎng)電壓轉化為低電壓信號，再經(jīng)過抗混疊低通 濾波器，提供給電能計量芯片的電壓通道，用以進行功率計量； 所述電流測量模塊通過電流互感器及串聯(lián)采樣電阻將電網(wǎng)與用戶之間的電流轉化為 低電壓信號，再經(jīng)過抗混疊低通濾波器，提供給電能計量芯片的電流通道，用以進行功率計 量； 所述電能計量芯片是雙向電能功率計量芯片，在輸出電能脈沖的同時，輸出電能功率 方向標志位； 所述雙向電能計數(shù)器電路由兩個獨立的正向及反向電能計數(shù)器組成，兩個獨立的正向 及反向計數(shù)器均通過邏輯電路由計量芯片輸出的功率方向標志位使能； 所述電能計量處理器，讀取電能計數(shù)器的進位脈沖輸出，完成正、反向電能的換算及累 積，在需要精確實時計量正、反向電量時，直接讀取雙向電能計數(shù)器的當前計數(shù)數(shù)值，同時 對計數(shù)器清零，經(jīng)電能換算后，分別與前一次電能累積值相加，得到精確的正反向電能，同 時計算得到正反向電能的代數(shù)和以及絕對值和； 所述通信模塊用于將計量處理器采集處理的電能電量信息傳送至主站以及接收主站 下達的指令和反向功率參考值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，所述低通濾波器 的截止頻率小于或等于電能計量芯片電流通道AD采樣頻率的一半。
3. 根據(jù)權利要求1所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，所述電能計量芯 片中，輸出0-1高低電平功率方向標志位，其中之一代表電網(wǎng)向用戶供電的正向電能，另外 一個則用于代表用戶向電網(wǎng)反饋的反向電能，同時實時計量并輸出所測正向或反向功率的 瞬時值。
4. 根據(jù)權利要求1或3所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，當電能計量芯 片輸出的功率方向標志位表示正向功率時，正向電能計數(shù)器工作，計數(shù)電能計量芯片輸出 的電能脈沖；當電能計量芯片輸出的功率方向標志位表示反向功率時，反向電能計數(shù)器工 作，計數(shù)電能計量芯片輸出的電能脈沖。
5. 根據(jù)權利要求1所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，每隔一段時間，電 能計量處理器將讀取一次電能計量芯片輸出的功率方向標志位，當電能計量芯片正輸出反 向的功率脈沖時，電能計量處理器將讀取電能計量芯片所計量的反向功率瞬時值，并將該 值與接收到的主站下達的反向功率參考值比較，若其大于參考值，則通過通信模塊向主站 發(fā)出報警提示。
6. 根據(jù)權利要求5所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，所述電能計量處 理器讀取電能計數(shù)器的進位脈沖的時間間隔為5-60秒。
7. 根據(jù)權利要求1所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊接 收主站下發(fā)的反向功率參考值的時間間隔為5-30分鐘。
8. 根據(jù)權利要求1或7所述的實時雙向電能獨立計量系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊 的傳輸模塊及通道采用光纖、GPRS、電力載波、RS 485。
【文檔編號】G01R22/10GK104237632SQ201410506883
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權日:2014年9月28日
【發(fā)明者】李鵬, 郭曉斌, 許愛東, 雷金勇, 黃燾, 彭勇剛, 蔡宏達, 史哲, 胡輝勇, 韋巍 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 浙江大學