專利名稱：面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及并網(wǎng)發(fā)電及電能儲(chǔ)存的測(cè)量與監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種分布式控制的家庭發(fā)電、用電、儲(chǔ)能的電能監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料的消耗及環(huán)境問(wèn)題的緊迫，世界各國(guó)紛紛致力于電力行業(yè)的研究，來(lái)緩解持續(xù)緊張的能源形勢(shì)與環(huán)境壓力。清潔能源的利用無(wú)疑成為了一種趨勢(shì)，而清潔能源又具有分散，隨時(shí)間變化而不斷變化的特點(diǎn)。而家庭用戶發(fā)電恰恰就具有分散、分布廣這些特點(diǎn)。而現(xiàn)有的可控清潔能源發(fā)電并網(wǎng)裝置都是集中控制的，如果有一個(gè)分布式的控制裝置將家庭用戶作為清潔能源發(fā)電的個(gè)體，相比于集中式的太陽(yáng)能風(fēng)能發(fā)電會(huì)節(jié)約大量成本同時(shí)也避免了集中式太陽(yáng)能風(fēng)能發(fā)電大量占用土地資源的缺點(diǎn)，同時(shí)還可為家庭用戶創(chuàng) 造經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)電問(wèn)題以外，儲(chǔ)能問(wèn)題也是一大難題。而分布式的儲(chǔ)能的基本思想是將大量電能分成小份分別儲(chǔ)存于各個(gè)家庭用戶的儲(chǔ)能設(shè)備中。這樣在用電低谷時(shí)將電能儲(chǔ)存，可用在高峰期，從而減輕電網(wǎng)的調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性；同時(shí)在用電低谷儲(chǔ)能，也間接地創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。這種技術(shù)，從一定角度上緩解了電能不能大量的儲(chǔ)存必須隨發(fā)隨用的問(wèn)題。同時(shí)家庭用戶由于有了儲(chǔ)能裝置，在斷電情況下還可使用其作為備用電源，為用戶帶來(lái)了方便。目前，分布式供電裝置與大電網(wǎng)結(jié)合，被許多專家認(rèn)為是適應(yīng)21世紀(jì)電力發(fā)展方向的方式之一。此方式具有節(jié)省投資、提高電力裝置穩(wěn)定性和靈活性等特點(diǎn)。而且，分布式發(fā)電很好的考慮了環(huán)境因素，能有效利用諸如太陽(yáng)能、生物能等可再生能源。也正是由于分布式電能的靈活性、不穩(wěn)定性，這種分布式發(fā)電技術(shù)的引入也給電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來(lái)了不利影響。為使分布式供電裝置及電網(wǎng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，迫切需要一個(gè)完善、裝置的監(jiān)控裝置與分布式發(fā)電相結(jié)合。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置，將分布式發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)用于家庭電能管理，為家庭用戶提供了智能的發(fā)電、用電及儲(chǔ)能的監(jiān)測(cè)和調(diào)度。面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置，包括逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路和逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路；逆變電路、充電電路和用電負(fù)載并聯(lián)于家庭供電裝置的交流母線上；逆變電路通過(guò)第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過(guò)第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過(guò)第三繼電器連接蓄電池；用電負(fù)載上設(shè)有第五繼電器；采樣電路采集逆變電路的電壓和和電流輸出信號(hào)，電網(wǎng)的電壓電流輸入和輸出信號(hào)，以及用電負(fù)載的電壓和電流輸入信號(hào)；采樣電路連接A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路連接上位機(jī)的輸入端，上位機(jī)的輸出端連接逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在調(diào)度中心可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢發(fā)電及用電的測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的控制電路發(fā)出調(diào)控信息，從而實(shí)現(xiàn)大范圍以家庭為單位的分布式電能裝置的可控可接受調(diào)度發(fā)電及儲(chǔ)能。以家庭用戶為單位，進(jìn)行清潔能源的并網(wǎng)及電能儲(chǔ)存的管理，將分布在一個(gè)范圍內(nèi)的家庭用戶通過(guò)該裝置統(tǒng)一成一個(gè)分布式發(fā)電及儲(chǔ)能的整體。智能的發(fā)電、儲(chǔ)能及用電控制，既可以按程序設(shè)定的根據(jù)調(diào)度中心控制信息以最大的經(jīng)濟(jì)效益運(yùn)行，又能夠按照用戶輸入的信息進(jìn)行控制，為用戶提供方便靈活的控制方式。同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后以波形圖及文字信息顯示給用戶并發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)上，家庭用戶可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)訪問(wèn)自己家的控制節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)方便的用戶管理功能。裝置通過(guò)控制幾組繼電器可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)的斷開(kāi)保護(hù)及供電故障時(shí)將儲(chǔ)存的能量作為備用電源為用戶繼續(xù)供電的功能。

圖I為本裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本裝置的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置由逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路和逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。家庭供電裝置的交流母線上并聯(lián)有逆變電路、充電電路和用電負(fù)載，交流母線連接外部電網(wǎng)；逆變電路通過(guò)第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過(guò)第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過(guò)第三繼電器連接蓄電池；用電負(fù)載上設(shè)有第五繼電器；采樣電路采集逆變電路的電壓和和電流輸出信號(hào)，電網(wǎng)的電壓電流輸入和輸出信號(hào)，以及用電負(fù)載的電壓和電流輸入信號(hào)；米樣電路A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路連接上位機(jī)的輸入端，上位機(jī)的輸出端連接逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。采樣電路采集的電壓電流信號(hào)傳送給A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路對(duì)采集信號(hào)作A/D轉(zhuǎn)換，依據(jù)電壓電流信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)的相位角及功率，并將包含相位角及功率的電能信息傳送給上位機(jī)；上位機(jī)將電能信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送給電網(wǎng)單位的調(diào)度中心，同時(shí)依據(jù)電能信息得到用電負(fù)載的用電狀況包括用電時(shí)間、用電器類型和已用電量等，并將其顯示給用戶；上位機(jī)通過(guò)用戶界面或調(diào)度中心接收控制指令，控制指令包含逆變電路發(fā)電功率以及各繼電器的開(kāi)斷信息，并將控制指令傳送給逆變控制驅(qū)動(dòng)電路；逆變控制驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制指令控制逆變電路的發(fā)電功率以及各繼電器的開(kāi)斷。各繼電器的開(kāi)斷配合可完成光伏并網(wǎng)與斷電式家庭備用電源啟動(dòng)之間的切換，蓄電池儲(chǔ)能的開(kāi)斷、用電負(fù)載的開(kāi)斷以及電網(wǎng)故障關(guān)斷保護(hù)。逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)微控制器和驅(qū)動(dòng)電路組成，微控制器執(zhí)行并網(wǎng)算法及功率控制算法給驅(qū)動(dòng)電路控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)逆變電路工作。同時(shí)微控制器還接收來(lái)自上位機(jī)給出的控制指令，來(lái)改變發(fā)電策略，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)單位對(duì)分布式發(fā)電的調(diào)控。蓄電池通過(guò)繼電器連接至逆變電路，這樣就可以在電網(wǎng)斷電時(shí)將蓄電池中儲(chǔ)存的電能用作備用電源供用戶使用。圖2給出本裝置的工作流程，首先裝置會(huì)檢測(cè)電網(wǎng)供電是否發(fā)生故障，若檢測(cè)到電網(wǎng)供電故障，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的繼電器控制信號(hào)，給逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路，此時(shí)將蓄電池轉(zhuǎn)換至逆變電路的輸入，為用戶提供備用電源，并將此狀態(tài)的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)。若沒(méi)有供電故障，裝置會(huì)接受來(lái)自用戶或調(diào)度中心的控制信號(hào)，此信號(hào)包含逆變電路的功率控制信號(hào)以及繼電器狀態(tài)信號(hào)，裝置根據(jù)這些信號(hào)并結(jié)合來(lái)自AD轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路的電量信號(hào)來(lái)做閉環(huán)控制，同時(shí)判斷自己發(fā)電的能力通過(guò)一個(gè)最大經(jīng)濟(jì)效益的算法來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的發(fā)電功率控制及儲(chǔ)能的控制。裝置后繼還會(huì)接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路的電量信號(hào)，并將這些信息儲(chǔ)存，這些被儲(chǔ)存的信息可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給調(diào)度中心或者是通過(guò)轉(zhuǎn)換為圖表的形式顯示給用戶，同時(shí)這些信息會(huì)被裝置中的上位機(jī)以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布到因特網(wǎng)上方便用戶隨時(shí)隨地查詢。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些分布在每個(gè)家庭的電能管理裝置可以統(tǒng)一的接受調(diào)度中心 的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)發(fā)電與儲(chǔ)能的分布式管理，同時(shí)這種分布式管理又是建立在家庭用戶的使用基礎(chǔ)上，為家庭用戶提供了一套智能、經(jīng)濟(jì)的發(fā)電、儲(chǔ)能及用電的裝置管理方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置，包括逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路和逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路；逆變電路、充電電路和用電負(fù)載并聯(lián)于家庭供電裝置的交流母線上；逆變電路通過(guò)第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過(guò)第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過(guò)第三繼電器連接蓄電池；用電負(fù)載上設(shè)有第五繼電器；采樣電路采集逆變電路的電壓和和電流輸出信號(hào)，電網(wǎng)的電壓電流輸入和輸出信號(hào)，以及用電負(fù)載的電壓和電流輸入信號(hào)；采樣電路連接A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路連接上位機(jī)的輸入端，上位機(jī)的輸出端連接逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種面向家庭用戶的分布式電能監(jiān)控裝置，主要包括并聯(lián)于家庭供電裝置的交流母線上的逆變電路、充電電路和用電負(fù)載；逆變電路通過(guò)第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過(guò)第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過(guò)第三繼電器連接蓄電池；用電負(fù)載上設(shè)有第五繼電器；采樣電路采集相關(guān)電流和電壓信號(hào)；采樣電路連接A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理電路連接上位機(jī)的輸入端，上位機(jī)的輸出端連接逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，逆變\控制驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接第一~第五繼電器以及逆變電路。本裝置解決了家庭用戶與電網(wǎng)間能量的雙向流動(dòng)的管理、調(diào)控、智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能用電及發(fā)電管理。
文檔編號(hào)H02J13/00GK202565031SQ20122019822
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者張力戈, 陳沖, 袁柳, 屠志晨 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)