專利名稱：一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能家居、智能電表和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在智能電網(wǎng)時代，借助先進的信息通信技術(shù)，根據(jù)調(diào)度需求進行負(fù)荷響應(yīng)成為可能，可以解決清潔能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，電力用戶的所有負(fù)荷特別是彈性負(fù)荷不再是隨機地投入電網(wǎng)，而是有組織、有計劃地投入電網(wǎng)。參見殷樹剛，苗文靜，拜克明(Yin Shugang, Miao Wenjing, Bai Kerning).著準(zhǔn)實時電價策略探析(Discussion of quasi real-time price strategy).電力需求側(cè)管理(Power DSM), 2011,13 (I) :20_23。這就要求供電部門和居民用戶之間實現(xiàn)信息互動，讓電力用戶主動參與到電力市場及電力服務(wù)中，實現(xiàn)電力負(fù)荷的削峰填谷，以提高供電質(zhì)量和供電可靠性。由于居民用戶數(shù)量眾多，用戶負(fù)荷中40% 為彈性負(fù)荷，用電時間選擇余量大；而且，隨著分布式電源的發(fā)展，分布式電源將深入千家萬戶，因此，根據(jù)現(xiàn)行的階梯電價和分時電價，可以使居民在低谷用電，減少高峰用電，并鼓勵居民用戶接入分布式發(fā)電與儲能設(shè)備參與削峰填谷。要求居民根據(jù)階梯電價和分時電價情況做出對家用電器的最優(yōu)投入運行決策。若該決策由人工制定，則需要用戶投入較大的工作量，無法實現(xiàn)。要求由智能電表做出對家電和分布式電源控制的智能決策，傳統(tǒng)智能電表至多能實現(xiàn)雙向計量功能，不具有智能決策功能。因此，設(shè)計根據(jù)階梯電價和分時電價實現(xiàn)對家用電器進行智能控制的智能電表具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)智能電表無法根據(jù)階梯電價和分時電價對家居用戶進行計費；無法根據(jù)階梯電價和分時電價情況實現(xiàn)對家電的智能控制，使電費支出最低； 無法根據(jù)階梯電價和分時電價情況實現(xiàn)對分布式電源的智能控制，使其收益最高的問題， 本發(fā)明提供一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，實現(xiàn)電力負(fù)荷的削峰填谷，提高供電質(zhì)量和供電可靠性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，在每戶居民的家居中裝設(shè)一臺具有雙向計量功能的智能電表，在每臺可控家電和用戶開關(guān)處均裝設(shè)一臺控制終端，在每臺分布式電源處均裝設(shè)一臺分布式電源接入裝置，智能電表與控制終端和分布式電源接入裝置通過PLC通訊網(wǎng)絡(luò)互連，智能電表還與可控家電連接；智能電表與主站通過以太網(wǎng)互聯(lián)， 與主站的高級測量體系A(chǔ)MI進行信息交互，并對控制終端和分布式電源接入裝置進行控制，監(jiān)視用戶開關(guān)狀態(tài)。所述智能電表包括主控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、計量模塊、電氣量輸入模塊、觸摸屏模塊、存儲模塊、實時時鐘模塊、以太網(wǎng)模塊、PLC通訊模塊和RS232/485模塊；主控模塊主要負(fù)責(zé)通訊和人機接口，實現(xiàn)觸摸屏的輸入和輸出、歷史數(shù)據(jù)的存儲、月電量凍結(jié)、以太網(wǎng)通訊、PLC通訊、RS232/485通訊和實時時鐘輸入，實時時鐘模塊實現(xiàn)萬年歷實時時鐘輸入； 數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)電能計量、電費計算、電流和電壓電氣量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波和電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)、有功功率和無功功率計算；根據(jù)階梯電價、分時電價、可控家電和分布式電源狀況，制定可控家電和分布式電源的最優(yōu)工作時間段決策；根據(jù)當(dāng)前電氣參數(shù)制定對家用電器的保護決策；將決策結(jié)果發(fā)送給主控模塊，由主控模塊實現(xiàn)對家用電器的最優(yōu)控制。所述主控模塊采用MCF5272芯片，數(shù)據(jù)處理模塊采用DSP芯片和大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA，DSP芯片與MCF5272芯片間通過DMA通信；模擬電壓和電流信號經(jīng)過模擬輸入變壓器或飛電容轉(zhuǎn)換，然后濾波，再經(jīng)過一個8選1CM0S多路轉(zhuǎn)換器選擇，多路轉(zhuǎn)換器的輸出由電壓跟隨放大器驅(qū)動，送入高速16位Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，Α/D的輸出以串行數(shù)據(jù)流的形式送入DSP進行處理，每周波采樣128個點。所述控制終端采用片上系統(tǒng)MC13213，該終端通過PLC通訊接收到控制器的通斷電源命令后，通過輸出驅(qū)動電路MC1413控制電磁繼電器，控制可控家電通斷電源；電磁繼電器的狀態(tài)通過光電隔離器后送至MC13213，實現(xiàn)對可控家電的通斷電源狀態(tài)監(jiān)測；家電的溫度測量采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，通過串行數(shù)據(jù)流送入MC13213進行處理。所述智能電表且支持階梯電價、分時電價和月電量凍結(jié)，根據(jù)階梯電價和分時電價信息以及用戶的用電信息，對居民用戶進行用電電費計算。所述智能電表從主站獲取階梯電價、分時電價、家電類型、家電運行時間、居民對家電運行狀態(tài)的期望值、環(huán)境溫度條件，計算當(dāng)日各時間段家電運行的電費支出，取電費支出最低的時間段作為家電運行的時間段，由智能電表通過PLC通訊方式向家電處的控制終端發(fā)送投入命令，實現(xiàn)對家電的運行費用最低控制。所述智能電表根據(jù)從主站獲取的階梯電價、分時電價、度電補貼、分布式電源運行成本和分布式電源的發(fā)電量計算分布式電源投入運行的盈虧；若盈虧值大于0，且分布式電源滿足接入點的最大容許容量限制，則由智能電表通過PLC通訊方式向相應(yīng)分布式電源的接入裝置發(fā)送投入命令，使相應(yīng)的分布式電源投入運行；若盈虧值小于0，則使分布式電源停止運行。所述家電在各時間段的運行電費支出；
權(quán)利要求
1.一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，在每戶居民的家居中裝設(shè)一臺具有雙向計量功能的智能電表，在每臺可控家電和用戶開關(guān)處均裝設(shè)一臺控制終端，在每臺分布式電源處均裝設(shè)一臺分布式電源接入裝置，智能電表與控制終端和分布式電源接入裝置通過PLC通訊網(wǎng)絡(luò)互連，智能電表還與可控家電連接；智能電表與主站通過以太網(wǎng)互聯(lián)，與主站的高級測量體系A(chǔ)MI進行信息交互，并對控制終端和分布式電源接入裝置進行控制，監(jiān)視用戶開關(guān)狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述智能電表包括主控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、計量模塊、電氣量輸入模塊、觸摸屏模塊、存儲模塊、 實時時鐘模塊、以太網(wǎng)模塊、PLC通訊模塊和RS232/485模塊；主控模塊主要負(fù)責(zé)通訊和人機接口，實現(xiàn)觸摸屏的輸入和輸出、歷史數(shù)據(jù)的存儲、月電量凍結(jié)、以太網(wǎng)通訊、PLC通訊、 RS232/485通訊和實時時鐘輸入，實時時鐘模塊實現(xiàn)萬年歷實時時鐘輸入；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)電能計量、電費計算、電流和電壓電氣量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波和電壓有效值、電流有效值、功率因數(shù)、有功功率和無功功率計算；根據(jù)階梯電價、分時電價、可控家電和分布式電源狀況，制定可控家電和分布式電源的最優(yōu)工作時間段決策；根據(jù)當(dāng)前電氣參數(shù)制定對家用電器的保護決策；將決策結(jié)果發(fā)送給主控模塊，由主控模塊實現(xiàn)對家用電器的最優(yōu)控制。
3.如權(quán)利要求2所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述主控模塊采用MCF5272芯片，數(shù)據(jù)處理模塊采用DSP芯片和大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA， DSP芯片與MCF5272芯片間通過DMA通信；模擬電壓和電流信號經(jīng)過模擬輸入變壓器或飛電容轉(zhuǎn)換，然后濾波，再經(jīng)過一個8選1CM0S多路轉(zhuǎn)換器選擇，多路轉(zhuǎn)換器的輸出由電壓跟隨放大器驅(qū)動，送入高速16位Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，Α/D的輸出以串行數(shù)據(jù)流的形式送入DSP進行處理，每周波采樣128個點。
4.如權(quán)利要求I所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述控制終端采用片上系統(tǒng)MC13213，該終端通過PLC通訊接收到控制器的通斷電源命令后，通過輸出驅(qū)動電路MC1413控制電磁繼電器，控制可控家電通斷電源；電磁繼電器的狀態(tài)通過光電隔離器后送至MC13213，實現(xiàn)對可控家電的通斷電源狀態(tài)監(jiān)測；家電的溫度測量采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，通過串行數(shù)據(jù)流送入MC13213進行處理。
5.如權(quán)利要求I所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述智能電表且支持階梯電價、分時電價和月電量凍結(jié)，根據(jù)階梯電價和分時電價信息以及用戶的用電信息，對居民用戶進行用電電費計算。
6.如權(quán)利要求I所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述智能電表從主站獲取階梯電價、分時電價、家電類型、家電運行時間、居民對家電運行狀態(tài)的期望值、環(huán)境溫度條件，計算當(dāng)日各時間段家電運行的電費支出，取電費支出最低的時間段作為家電運行的時間段，由智能電表通過PLC通訊方式向家電處的控制終端發(fā)送投入命令，實現(xiàn)對家電的運行費用最低控制。
7.如權(quán)利要求I所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述智能電表根據(jù)從主站獲取的階梯電價、分時電價、度電補貼、分布式電源運行成本和分布式電源的發(fā)電量計算分布式電源投入運行的盈虧；若盈虧值大于0，且分布式電源滿足接入點的最大容許容量限制，則由智能電表通過PLC通訊方式向相應(yīng)分布式電源的接入裝置發(fā)送投入命令，使相應(yīng)的分布式電源投入運行；若盈虧值小于0，則使分布式電源停止運行。
8.如權(quán)利要求6所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，所述家電在各時間段的運行電費支出；
9.如權(quán)利要求7所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，分布式電源投入運行的盈虧
10.如權(quán)利要求6或7所述的適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，其特征是，對于階梯電價和分時電價，采用如下公式進行電費計算
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)。它是一種適用于智能電網(wǎng)的居民用戶智能電表系統(tǒng)，它在每戶居民的家居中裝設(shè)一臺智能電表，每臺可控家電和用戶開關(guān)處均裝設(shè)一臺控制終端，在每臺分布式電源處均裝設(shè)一臺分布式電源接入裝置；智能電表與各控制終端和分布式電源接入裝置間通過PLC通訊網(wǎng)絡(luò)互連，智能電表與主站的高級測量體系A(chǔ)MI進行信息交互。適用于實行階梯電價和分時電價的居民用戶，以用戶電費支出最少為目標(biāo)，對居民用戶家電和分布式電源進行智能控制，實現(xiàn)電力負(fù)荷的削峰填谷，提高供電質(zhì)量和供電可靠性。
文檔編號G05B19/418GK102591276SQ20121001577
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者劉新允, 華臻, 孫靜, 龐清樂, 張勇, 王永強 申請人:山東工商學(xué)院