編者按：本文介紹了一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表的研究內(nèi)容，本發(fā)明涉及智能電表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表。該發(fā)明內(nèi)容是由國網(wǎng)河南省電力公司周口工供電公司提出，發(fā)明人：劉陽 馬學民 潘濤。

摘要：本發(fā)明公開了一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，包括控制器以及分別與所述控制器連接的采集裝置、通信裝置和接口裝置;所述控制器包括控制芯片以及與其連接的指令存儲裝置，所述采集裝置包括與所述控制器連接的信號采集器和設(shè)置于電能表本體表面的顯示裝置，所述通信模塊包括電力線載波通信模塊、射頻模塊和射頻匹配電路，所述接口裝置包括負載接口和儲能接口。本發(fā)明電能表可以實現(xiàn)綜合功能，一方面是通過遠程方式，另一方面，是通過接口裝置實現(xiàn)電能表與直流微電網(wǎng)、直流母線的無縫對接，通過智能電表雙網(wǎng)絡(luò)混合、雙向通信的實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了用戶對智能電表的遠程通訊和用電信息查看，實現(xiàn)了遠程查詢與對接管理的雙重功效，值得廣泛推廣與使用。

技術(shù)特征：

1 .一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：包括控制器以及分別與所述控制器連接的采集裝置、通信裝置和接口裝置;所述控制器包括控制芯片以及與其連接的指令存儲裝置，所述采集裝置包括與所述控制器連接的信號采集器和設(shè)置于電能表本體表面的顯示裝置，所述通信模塊包括電力線載波通信模塊、射頻模塊和射頻匹配電路，所述接口裝置包括負載接口和儲能接口，所述射頻匹配電路連接增幅裝置。

2.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述指令存儲裝置包括分級存儲器以及分別與其連接的程序計數(shù)器、指令譯碼器和時序產(chǎn)生器。

3.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述信號采集器包括數(shù)據(jù)采集卡以及分別與所述數(shù)據(jù)采集卡連接的信號放大器、AD采樣單元。

4.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述顯示裝置包括顯示面板和輸入面板，所述輸入面板包括按鍵盤，所述顯示面板包括人機交互界面的液晶顯示屏。

5.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述負載接口包括直流負載母端和直流控制子端，所述直流負載母端分別與多個所述直流控制子端連接，所述直流負載母端包括Buck變換器。

6.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述儲能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲能端口，所述蓄電池儲能端口包括雙向Boost/Buck變換器。

7 .如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述增幅裝置包括定向增益天線，所述定向增益天線包括螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與所述射頻匹配電路相連。

8.如權(quán)利要求1所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述電能表的外圍設(shè)置屏蔽罩，所述屏蔽罩采用0 .15mm至0 .35mm的金屬板材，所述板材上包含多個微型圓孔，所述屏蔽罩外圍覆蓋絕緣漆層。

9.如權(quán)利要求8所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述屏蔽罩頂部設(shè)置伸縮提手，所述伸縮提手上設(shè)置硅膠套，所述硅膠套上設(shè)置透氣口及若干顆凸起粒狀。

10.如權(quán)利要求9所述的一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，其特征在于：所述透氣口內(nèi)層設(shè)置海綿襯里。

背景技術(shù)

近年來，隨著可再生能源的廣泛應用，儲能設(shè)備成本持續(xù)降低，應運而生了多種形式的直流微電網(wǎng)。在電力電子技術(shù)和儲能技術(shù)的推動下，直流微電網(wǎng)得到了快速發(fā)展，并以其便于控制、可靠性高、損耗小等優(yōu)點將要成為偏遠山村和未來家庭的主要供電結(jié)構(gòu)，所以如何對這些分布式的直流微電網(wǎng)進行用電管理，就成為了電力行業(yè)需要解決的問題，當前的用電管理已經(jīng)普遍進入了智能化時代，智能用電管理系統(tǒng)及智能電表的使用量不斷增加，一方面通過智能用電管理系統(tǒng)，電力企業(yè)可以遠程獲取用戶的實時用電信息，另一方面用戶也將作為用電管理的參與者，實現(xiàn)在戶內(nèi)監(jiān)控并管理家庭用電。但截至目前為止，尚無專門應用于直流微電網(wǎng)遠程管理的智能電能表。

申請?zhí)枮?01010288648.5的專利涉及電子式費控電能表，尤其是無線集抄遠傳費控電能表，包括微處理器，其特點是，還包括一與該微處理器連接的無線通信模塊從而可通過無線網(wǎng)絡(luò)與遠程服務(wù)器雙向通信。該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是抄表方便，供電部門無需到用戶用電現(xiàn)場進行繁瑣的抄表，只需進行遠程無線集抄;二是能夠?qū)崟r監(jiān)測用戶的用電情況和電網(wǎng)的運行情況，通過主站定制任務(wù)的監(jiān)測和實時召測，可以分析用電情況和電網(wǎng)的運行參數(shù)。

申請?zhí)枮?01220728801.6的專利涉及基于階梯電價的智能電表系統(tǒng)，包括電能表、基于KQ300的電力線載波控制器、智能控制器、短信收發(fā)控制器和電腦且均接入220V交流電網(wǎng)，通過電力線互聯(lián)。該實用新型主要應用于普通居民家庭，能夠計算階梯電價和峰谷電價背景下的電費，統(tǒng)計各電器的用電量，通過軟件計算給出最節(jié)儉的用電方案，同時可以通過智能控制器控制各敏感用電器的定時通斷，也可以實現(xiàn)遠程控制的電器的綜合型智能表記系統(tǒng)。該電能表能夠進行基于階梯電價和峰谷電價電費計算、電能消耗統(tǒng)計，計算后的結(jié)果將通過電力線載波通信上傳給配電變電站和各家庭用戶的電腦上，通過軟件很直觀地向用戶展示各電器用電情況及電費。

申請?zhí)枮?01610180044.6的專利涉及一種智能化電能表，包括FLASH存儲設(shè)備、三相電能計量設(shè)備、人物出現(xiàn)次數(shù)檢測設(shè)備和凌陽SPCE061A芯片，三相電能計量設(shè)備用于檢測并輸出三相電力線路的有功功率，人物出現(xiàn)次數(shù)檢測設(shè)備用于檢測樓梯間每一個人物的出現(xiàn)次數(shù)，凌陽SPCE061A芯片分別與FLASH存儲設(shè)備、三相電能計量設(shè)備和人物出現(xiàn)次數(shù)檢測設(shè)備連接，控制三相電能計量設(shè)備操作的同時基于人物出現(xiàn)次數(shù)檢測設(shè)備的輸出來確定人物的身份。通過本發(fā)明，能夠借用現(xiàn)有的設(shè)備資源實現(xiàn)對電梯間的人物身份的準備鑒別，從而保證樓宇居民的居住安全。

然而通過綜合對比，上述裝置或方法涉及的無線近場通信網(wǎng)絡(luò)易受家居建筑格局及自然環(huán)境的影響，通信效率受到制約，而且單純電力線通信方式，也易受用電條件等因素影響，通信成功率不高，這就需要一種同時規(guī)避近場無線通信和電力線通信的遠程通信方式智能微電網(wǎng)電表來進行有效的數(shù)據(jù)傳輸與管理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，能實現(xiàn)智能電表的雙向電力線和射頻通信，進行遠程通訊和用電信息查詢，并整合多種不同的微電網(wǎng)控制接口，便捷使用。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，包括控制器以及分別與所述控制器連接的采集裝置、通信裝置和接口裝置;所述控制器包括控制芯片以及與其連接的指令存儲裝置，所述采集裝置包括與所述控制器連接的信號采集器和設(shè)置于電能表本體表面的顯示裝置，所述通信模塊包括電力線載波通信模塊、射頻模塊和射頻匹配電路，所述接口裝置包括負載接口和儲能接口，所述射頻匹配電路連接增幅裝置。

進一步地，所述指令存儲裝置包括分級存儲器以及分別與其連接的程序計數(shù)器、指令譯碼器和時序產(chǎn)生器。

進一步地，所述信號采集器包括數(shù)據(jù)采集卡以及分別與所述數(shù)據(jù)采集卡連接的信號放大器、AD采樣單元。

進一步地，所述顯示裝置包括顯示面板和輸入面板，所述輸入面板包括按鍵盤，所述顯示面板包括人機交互界面的液晶顯示屏。

進一步地，所述負載接口包括直流負載母端和直流控制子端，所述直流負載母端分別與多個所述直流控制子端連接，所述直流負載母端包括Buck變換器。

進一步地，所述儲能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲能端口，所述蓄電池儲能端口包括雙向Boost/Buck變換器。

進一步地，所述增幅裝置包括定向增益天線，所述定向增益天線包括螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與所述射頻匹配電路相連。

進一步地，所述電能表的外圍設(shè)置屏蔽罩，所述屏蔽罩采用0.15mm至0.35mm的金

屬板材，所述板材上包含多個微型圓孔，所述屏蔽罩外圍覆蓋絕緣漆層。

進一步地，所述屏蔽罩頂部設(shè)置伸縮提手，所述伸縮提手上設(shè)置硅膠套，所述硅膠套上設(shè)置透氣口及若干顆凸起粒狀。

進一步地，所述透氣口內(nèi)層設(shè)置海綿襯里。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明電能表可以實現(xiàn)綜合功能，一方面是通過遠程方式，利用電力線載波通信模塊和射頻通信模塊對來自智能電表的信息進行收集、處理和分析，另一方面，是通過接口裝

置實現(xiàn)電能表與直流微電網(wǎng)、直流母線的無縫對接;

2、作為本發(fā)明控制核心的控制器，可以一方面執(zhí)行遠程通訊指令，另一方面通過電力載波通信模塊和射頻通信模塊獲取能耗數(shù)據(jù)，還可以通過與其連接的接口裝置，進行對直流微電網(wǎng)的對接，解決傳統(tǒng)接口之間不匹配的問題;

3、本發(fā)明可以在不改變現(xiàn)有智能電表安裝方式的情況下，提供了一種可遠程通訊并與直流微電網(wǎng)進行無縫銜接的裝置，通過智能電表雙網(wǎng)絡(luò)混合、雙向通信的實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了用戶對智能電表的遠程通訊和用電信息查看，實現(xiàn)了遠程查詢與對接管理的雙重功效，值得廣泛推廣與使用。

具體實施方式

如圖1所示，一種遠程通信式微電網(wǎng)電能表，包括控制器1以及分別與控制器1連接的采集裝置2、通信裝置3和接口裝置4;控制器1包括控制芯片5以及與其連接的指令存儲裝置6，采集裝置2包括與控制器1連接的信號采集器7和設(shè)置于電能表本體表面的顯示裝置8，通信模塊3包括電力線載波通信模塊9、射頻模塊10和射頻匹配電路11，接口裝置4包括負載接口13和儲能接口14，射頻匹配電路11連接增幅裝置12。指令存儲裝置包括分級存儲器以及分別與其連接的程序計數(shù)器、指令譯碼器和時序產(chǎn)生器。信號采集器包括數(shù)據(jù)采集卡以及分別與數(shù)據(jù)采集卡連接的信號放大器、AD采樣單元。顯示裝置包括顯示面板和輸入面板，

輸入面板包括按鍵盤，顯示面板包括人機交互界面的液晶顯示屏。負載接口包括直流負載母端和直流控制子端，直流負載母端分別與多個直流控制子端連接，直流負載母端包括Buck變換器。儲能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲能端口，蓄電池儲能端口包括雙向Boost/Buck變換器。增幅裝置包括定向增益天線，定向增益天線包括螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與射頻匹配電路相連。電能表的外圍設(shè)置屏蔽罩，屏蔽罩采用0.15mm至0.35mm的金屬板材，板材上包含多個微型圓孔，屏蔽罩外圍覆蓋絕緣漆層。屏蔽罩頂部設(shè)置伸縮提手，伸縮提手上設(shè)置硅膠套，硅膠套上設(shè)置透氣口及若干顆凸起粒狀。透氣口內(nèi)層設(shè)置海綿襯里。

本裝置的首要職能是實現(xiàn)遠程通信，即通過電力線載波通信模塊和射頻通信模塊對來自智能電表的信息進行收集、處理和分析，單片機芯片是控制器的控制核心，一方面執(zhí)行遠程通訊指令，另一方面通過電力載波通信模塊和射頻通信模塊獲取能耗數(shù)據(jù)，顯示屏為包括人機交互界面的液晶顯示屏，便于用戶的直接信息讀取;信號采集器包括數(shù)據(jù)采集卡和模數(shù)處理單元，將采集的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并統(tǒng)一匯集送入單片機進行處理;指令存儲裝置包括分級存儲器以及分別與其連接的程序計數(shù)器、指令譯碼器和時序產(chǎn)生器。分級存儲器存儲并提供智能電表配置信息、設(shè)備狀態(tài)信息、時間表信息、計量數(shù)據(jù)等;程序計數(shù)器指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計數(shù)器。它兼有指令地址寄存器和計數(shù)器的功能。當一條指令執(zhí)行完畢的時候，程序計數(shù)器作為指令地址寄存器，其內(nèi)容必須已經(jīng)改變成下一條指令的地址，從而使程序得以持續(xù)運行。程序計數(shù)器用來形成下一條要執(zhí)行的指令的地址。通常，指令是順序執(zhí)行的，而指令在存儲器中是順序存放的。一般情況下下一條要執(zhí)行的指令的地址可通過將現(xiàn)行地址加1形成，微操作命令“ 1”就用于這個目的。如果執(zhí)行的是轉(zhuǎn)移指令，則下一條要執(zhí)行的指令的地址是要轉(zhuǎn)移到的地址。該地址就在本轉(zhuǎn)移指令的地址碼字段，將其直接送往程序計數(shù)器。指令譯碼器用來對指令的操作碼進行譯碼，產(chǎn)生相應的控制電平，完成分析指令的功能。時序產(chǎn)生器用來產(chǎn)生時間標志信號。

在微型計算機中，時間標志信號一般為三級：指令周期、總線周期和時鐘周期。微操作命令產(chǎn)生電路產(chǎn)生完成指令規(guī)定操作的各種微操作命令。這些命令產(chǎn)生的主要依據(jù)是時間標志和指令的操作性質(zhì)，實際是各微操作控制信號表達式的電路實現(xiàn)，它是組合邏輯控制器中最為復雜的部分。電力線載波通訊模塊的主要作用是使單片機與智能電表進行數(shù)據(jù)交換，以實現(xiàn)裝置外部通信的各種功能;射頻通信模塊結(jié)合射頻匹配電路和增幅裝置，基于射頻通信的方式實現(xiàn)裝置與智能電表數(shù)據(jù)交換。

電能表的外圍設(shè)置屏蔽罩，屏蔽罩采用0.15mm至0.35mm的金屬板材，板材上包含多個微型圓孔，屏蔽罩外圍覆蓋絕緣漆層，可以起到很好的絕緣屏蔽效果，從而使裝置箱的抗干擾能力更強;屏蔽罩頂部設(shè)置伸縮提手，提手上設(shè)置硅膠套，硅膠套上設(shè)置透氣口及若干顆凸起粒狀，用于增大防滑效果，硅膠材質(zhì)也提高手持時的舒適度，透氣口內(nèi)層可以設(shè)置海綿襯里，用以吸汗透氣。

通信模塊方面是在傳統(tǒng)的電力線載波通信模塊基礎(chǔ)上，新加入了射頻模塊和射頻匹配電路，射頻模塊作為無線雙向模塊，整合了高頻鍵控(GFSK)收發(fā)電路的功能，以特小體積、更低成本，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。傳輸速率可達2M，具有128個通道，可在擁擠的ISM頻段中達到穩(wěn)定可靠的短距離數(shù)據(jù)傳輸而互不干擾，被廣泛運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸射頻智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。射頻匹配電路與射頻模塊相配合，起輔助作用，同時為了實現(xiàn)無線遠程傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性，射頻匹配電路連接增幅裝置，即定向增益天線，定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與射頻匹配電路相連，降低了工程上調(diào)整天線之間方向性對準的難度。

接口裝置包括負載接口和儲能接口，負載接口包括直流負載母端和直流控制子端，直流負載母端分別與多個直流控制子端連接，直流負載母端包括Buck變換器。儲能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲能端口，蓄電池儲能端口包括雙向Boost/Buck變換器。傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量控制拓撲，應用的是分布式的控制方式，本接口裝置將分布式的控制端口進行了集中安置，以實現(xiàn)一機通用的功能，而且完全在本地實現(xiàn)，無需通信，并保證微電網(wǎng)的可靠運行。本裝置將直流母線的引出端口與裝置本體上的母線端子對接，將各應用單元的引出端口，如光伏電池單元、蓄電池單元及負載單元的引出端口對應裝置本體上

的控制端子連接。直流微電網(wǎng)采用的是直流母線電壓下垂模式，該模式是通過將各單元的控制，嵌入到相應的控制器或控制接口電路中來實現(xiàn)的。每個單元的工作狀態(tài)由自身的控制接口電路來選擇，并且控制接口電路實現(xiàn)了母線電壓和其他各單元電源的互聯(lián)，進而決定各單元電源的工作模式。接口裝置在進行直流微電網(wǎng)對接時，直流母線電壓Udc應滿足340V 壓下垂模式，根據(jù)母線電壓調(diào)節(jié)輸出電流;當330V MPPT模式，實現(xiàn)最大太陽能的輸出;當Udc <330V時，輸出電流Ip達到限制電流，Boost功率變換器恒流輸出;如果直流母線電壓繼續(xù)跌落時，Boost功率變換器停止工作。蓄電池組充放電的門檻電壓設(shè)置為350V，直流微電網(wǎng)的功率缺額由蓄電池組提供，當340V 時，蓄電池儲能端口中的雙向Boost/Buck變換器運行在電壓下垂控制模式，基于母線電壓Udc和蓄電池的SOC，選擇相應的充放電電流;當Udc <340V或者360V < Udc時，蓄電池組以極限電流進行充放電，從而協(xié)調(diào)直流微電網(wǎng)的能量平衡。

下面以裝置應用時控制芯片的一個時序周期流程為例，控制芯片采用AVR單片機。

在實際查詢裝置設(shè)計中，具備類似功能的芯片或電路系統(tǒng)均可應用，其運行和操作方法是，將編寫的軟件固化在硬件中，其工作流程包括：

步驟301：程序開始;

步驟302：判斷查詢開始按鍵是否按下，當用戶開始查詢時首先按下查詢裝置上的開始查詢按鍵以表示進入查詢操作，當芯片檢測到該按鍵時程序進入查詢流程，否則保持初始狀態(tài);

步驟303：當查詢開始按鍵按下后，用戶通過鍵盤輸入查詢密碼，每按下一個按鍵，鍵盤掃描一次，系統(tǒng)記下輸入數(shù)據(jù)，計算輸入位數(shù);

步驟304：當計算出的位數(shù)滿足要求時，系統(tǒng)將信息通過電力線載波通信發(fā)至預查詢智能電表，然后等待電表的回執(zhí);如果按鍵在1分鐘內(nèi)沒有任何響應，而且輸入位數(shù)不滿足要求，則程序回到初始狀態(tài)，用戶需要重新輸入密碼;

步驟305：查詢裝置通過電力線載波通信向電表發(fā)送查詢數(shù)據(jù);

步驟306：本發(fā)明中的電力線通信調(diào)制/解調(diào)模塊具有雙向通信功能，向電表發(fā)送查詢數(shù)據(jù)后，經(jīng)過電表對數(shù)據(jù)的解析，電表通過電力線通信向查詢裝置發(fā)送查詢成功與否的信息;

步驟307：當系統(tǒng)收到電表發(fā)送成功的信息，則將本次查詢信息存入查詢裝置的存儲器，并在顯示器上顯示，否則程序進入步驟302，用戶需重新進行查詢操作;

步驟308：流程結(jié)束。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。