本發(fā)明涉及智能電表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)程通信式微電網(wǎng)電能表。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著可再生能源的廣泛應(yīng)用，儲(chǔ)能設(shè)備成本持續(xù)降低，應(yīng)運(yùn)而生了多種形式的直流微電網(wǎng)。在電力電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的推動(dòng)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(diǎn)將要成為偏遠(yuǎn)山村和未來(lái)家庭的主要供電結(jié)構(gòu)，所以如何對(duì)這些分布式的直流微電網(wǎng)進(jìn)行用電管理，就成為了電力行業(yè)需要解決的問(wèn)題，

當(dāng)前的用電管理已經(jīng)普遍進(jìn)入了智能化時(shí)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(guò)智能用電管理系統(tǒng)，電力企業(yè)可以遠(yuǎn)程獲取用戶的實(shí)時(shí)用電信息，另一方面用戶也將作為用電管理的參與者，實(shí)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(wú)專門(mén)應(yīng)用于直流微電網(wǎng)遠(yuǎn)程管理的智能電能表。

申請(qǐng)?zhí)枮?01010288648.5的專利涉及電子式費(fèi)控電能表，尤其是無(wú)線集抄遠(yuǎn)傳費(fèi)控電能表，包括微處理器，其特點(diǎn)是，還包括一與該微處理器連接的無(wú)線通信模塊從而可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)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(mén)無(wú)需到用戶用電現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行繁瑣的抄表，只需進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線集抄；二是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)用戶的用電情況和電網(wǎng)的運(yùn)行情況，通過(guò)主站定制任務(wù)的監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)召測(cè)，可以分析用電情況和電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)。

申請(qǐng)?zhí)枮?01220728801.6的專利涉及基于階梯電價(jià)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(guò)電力線互聯(lián)。該實(shí)用新型主要應(yīng)用于普通居民家庭，能夠計(jì)算階梯電價(jià)和峰谷電價(jià)背景下的電費(fèi)，統(tǒng)計(jì)各電器的用電量，通過(guò)軟件計(jì)算給出最節(jié)儉的用電方案，同時(shí)可以通過(guò)智能控制器控制各敏感用電器的定時(shí)通斷，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的電器的綜合型智能表記系統(tǒng)。該電能表能夠進(jìn)行基于階梯電價(jià)和峰谷電價(jià)電費(fèi)計(jì)算、電能消耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算后的結(jié)果將通過(guò)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(guò)軟件很直觀地向用戶展示各電器用電情況及電費(fèi)。

申請(qǐng)?zhí)枮?01610180044.6的專利涉及一種智能化電能表，包括flash存儲(chǔ)設(shè)備、三相電能計(jì)量設(shè)備、人物出現(xiàn)次數(shù)檢測(cè)設(shè)備和凌陽(yáng)spce061a芯片，三相電能計(jì)量設(shè)備用于檢測(cè)并輸出三相電力線路的有功功率，人物出現(xiàn)次數(shù)檢測(cè)設(shè)備用于檢測(cè)樓梯間每一個(gè)人物的出現(xiàn)次數(shù)，凌陽(yáng)spce061a芯片分別與flash存儲(chǔ)設(shè)備、三相電能計(jì)量設(shè)備和人物出現(xiàn)次數(shù)檢測(cè)設(shè)備連接，控制三相電能計(jì)量設(shè)備操作的同時(shí)基于人物出現(xiàn)次數(shù)檢測(cè)設(shè)備的輸出來(lái)確定人物的身份。通過(guò)本發(fā)明，能夠借用現(xiàn)有的設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯間的人物身份的準(zhǔn)備鑒別，從而保證樓宇居民的居住安全。

然而通過(guò)綜合對(duì)比，上述裝置或方法涉及的無(wú)線近場(chǎng)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(shí)規(guī)避近場(chǎng)無(wú)線通信和電力線通信的遠(yuǎn)程通信方式智能微電網(wǎng)電表來(lái)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸與管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種遠(yuǎn)程通信式微電網(wǎng)電能表，能實(shí)現(xiàn)智能電表的雙向電力線和射頻通信，進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：一種遠(yuǎn)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(chǔ)裝置，所述采集裝置包括與所述控制器連接的信號(hào)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(fù)載接口和儲(chǔ)能接口，所述射頻匹配電路連接增幅裝置。

進(jìn)一步地，所述指令存儲(chǔ)裝置包括分級(jí)存儲(chǔ)器以及分別與其連接的程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼器和時(shí)序產(chǎn)生器。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)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(hào)放大器、ad采樣單元。

進(jìn)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(pán)，所述顯示面板包括人機(jī)交互界面的液晶顯示屏。

進(jìn)一步地，所述負(fù)載接口包括直流負(fù)載母端和直流控制子端，所述直流負(fù)載母端分別與多個(gè)所述直流控制子端連接，所述直流負(fù)載母端包括buck變換器。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲(chǔ)能端口，所述蓄電池儲(chǔ)能端口包括雙向boost/buck變換器。

進(jìn)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(guò)同軸電纜與所述射頻匹配電路相連。

進(jìn)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(gè)微型圓孔，所述屏蔽罩外圍覆蓋絕緣漆層。

進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)綜合功能，一方面是通過(guò)遠(yuǎn)程方式，利用電力線載波通信模塊和射頻通信模塊對(duì)來(lái)自智能電表的信息進(jìn)行收集、處理和分析，另一方面，是通過(guò)接口裝置實(shí)現(xiàn)電能表與直流微電網(wǎng)、直流母線的無(wú)縫對(duì)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(yuǎn)程通訊指令，另一方面通過(guò)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(guò)與其連接的接口裝置，進(jìn)行對(duì)直流微電網(wǎng)的對(duì)接，解決傳統(tǒng)接口之間不匹配的問(wèn)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(yuǎn)程通訊并與直流微電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)縫銜接的裝置，通過(guò)智能電表雙網(wǎng)絡(luò)混合、雙向通信的實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)智能電表的遠(yuǎn)程通訊和用電信息查看，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程查詢與對(duì)接管理的雙重功效，值得廣泛推廣與使用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種遠(yuǎn)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(chǔ)裝置6，采集裝置2包括與控制器1連接的信號(hào)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(fù)載接口13和儲(chǔ)能接口14，射頻匹配電路11連接增幅裝置12。指令存儲(chǔ)裝置包括分級(jí)存儲(chǔ)器以及分別與其連接的程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼器和時(shí)序產(chǎn)生器。信號(hào)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(hào)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(pán)，顯示面板包括人機(jī)交互界面的液晶顯示屏。負(fù)載接口包括直流負(fù)載母端和直流控制子端，直流負(fù)載母端分別與多個(gè)直流控制子端連接，直流負(fù)載母端包括buck變換器。儲(chǔ)能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲(chǔ)能端口，蓄電池儲(chǔ)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(guò)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(gè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，即通過(guò)電力線載波通信模塊和射頻通信模塊對(duì)來(lái)自智能電表的信息進(jìn)行收集、處理和分析，單片機(jī)芯片是控制器的控制核心，一方面執(zhí)行遠(yuǎn)程通訊指令，另一方面通過(guò)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(jī)交互界面的液晶顯示屏，便于用戶的直接信息讀??；信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并統(tǒng)一匯集送入單片機(jī)進(jìn)行處理；

指令存儲(chǔ)裝置包括分級(jí)存儲(chǔ)器以及分別與其連接的程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼器和時(shí)序產(chǎn)生器。分級(jí)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)并提供智能電表配置信息、設(shè)備狀態(tài)信息、時(shí)間表信息、計(jì)量數(shù)據(jù)等；程序計(jì)數(shù)器指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計(jì)數(shù)器。它兼有指令地址寄存器和計(jì)數(shù)器的功能。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢的時(shí)候，程序計(jì)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(yùn)行。程序計(jì)數(shù)器用來(lái)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(chǔ)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(guò)將現(xiàn)行地址加1形成，微操作命令“1”就用于這個(gè)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(jì)數(shù)器。指令譯碼器用來(lái)對(duì)指令的操作碼進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制電平，完成分析指令的功能。時(shí)序產(chǎn)生器用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)志信號(hào)。在微型計(jì)算機(jī)中，時(shí)間標(biāo)志信號(hào)一般為三級(jí)：指令周期、總線周期和時(shí)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(shí)間標(biāo)志和指令的操作性質(zhì)，實(shí)際是各微操作控制信號(hào)表達(dá)式的電路實(shí)現(xiàn)，它是組合邏輯控制器中最為復(fù)雜的部分。電力線載波通訊模塊的主要作用是使單片機(jī)與智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)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(shí)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(gè)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(qiáng)；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(shí)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(wú)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(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋鬏斔俾士蛇_(dá)2m，具有128個(gè)通道，可在擁擠的ism頻段中達(dá)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(yùn)用在車(chē)輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸射頻智能卡、小型無(wú)線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無(wú)線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無(wú)線232數(shù)據(jù)通信、無(wú)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(shí)為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)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(guò)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(duì)準(zhǔn)的難度。

接口裝置包括負(fù)載接口和儲(chǔ)能接口，負(fù)載接口包括直流負(fù)載母端和直流控制子端，直流負(fù)載母端分別與多個(gè)直流控制子端連接，直流負(fù)載母端包括buck變換器。儲(chǔ)能接口包括光伏陣列端口和蓄電池儲(chǔ)能端口，蓄電池儲(chǔ)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?fù)?，?yīng)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(jìn)行了集中安置，以實(shí)現(xiàn)一機(jī)通用的功能，而且完全在本地實(shí)現(xiàn)，無(wú)需通信，并保證微電網(wǎng)的可靠運(yùn)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(duì)接，將各應(yīng)用單元的引出端口，如光伏電池單元、蓄電池單元及負(fù)載單元的引出端口對(duì)應(yīng)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(guò)將各單元的控制，嵌入到相應(yīng)的控制器或控制接口電路中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)單元的工作狀態(tài)由自身的控制接口電路來(lái)選擇，并且控制接口電路實(shí)現(xiàn)了母線電壓和其他各單元電源的互聯(lián)，進(jìn)而決定各單元電源的工作模式。接口裝置在進(jìn)行直流微電網(wǎng)對(duì)接時(shí)，直流母線電壓udc應(yīng)滿足340v<udc<360v。當(dāng)350v<udc<370v時(shí)，光伏陣列接口電路中的boost功率變換器運(yùn)行在電壓下垂模式，根據(jù)母線電壓調(diào)節(jié)輸出電流；當(dāng)330v<udc<350v時(shí)，boost功率變換器運(yùn)行在mppt模式，實(shí)現(xiàn)最大太陽(yáng)能的輸出；當(dāng)udc<330v時(shí)，輸出電流ip達(dá)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(shí)，boost功率變換器停止工作。蓄電池組充放電的門(mén)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(dāng)340v<udc<360v時(shí)，蓄電池儲(chǔ)能端口中的雙向boost/buck變換器運(yùn)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(yīng)的充放電電流；當(dāng)udc<340v或者360v<udc時(shí)，蓄電池組以極限電流進(jìn)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(yīng)用時(shí)控制芯片的一個(gè)時(shí)序周期流程為例，控制芯片采用avr單片機(jī)。在實(shí)際查詢裝置設(shè)計(jì)中，具備類(lèi)似功能的芯片或電路系統(tǒng)均可應(yīng)用，其運(yùn)行和操作方法是，將編寫(xiě)的軟件固化在硬件中，其工作流程包括：

步驟301：程序開(kāi)始；

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

步驟303：當(dāng)查詢開(kāi)始按鍵按下后，用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入查詢密碼，每按下一個(gè)按鍵，鍵盤(pán)掃描一次，系統(tǒng)記下輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算輸入位數(shù)；

步驟304：當(dāng)計(jì)算出的位數(shù)滿足要求時(shí)，系統(tǒng)將信息通過(guò)電力線載波通信發(fā)至預(yù)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(méi)有任何響應(yīng)，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(guò)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(guò)電表對(duì)數(shù)據(jù)的解析，電表通過(guò)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(dāng)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(chǔ)器，并在顯示器上顯示，否則程序進(jìn)入步驟302，用戶需重新進(jìn)行查詢操作；

步驟308：流程結(jié)束。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)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(duì)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(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。