一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，包括殼體以及設于所述殼體內(nèi)的主板電源模塊、時鐘模塊、中央控制器，還包括分別與所述中央控制器連接的電能采集模塊、A/D輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、繼電器輸出模塊，所述繼電器輸出模塊連接有電容投切器。本發(fā)明裝置采用兩條數(shù)據(jù)處理通道對數(shù)據(jù)進行處理，可以實現(xiàn)電能管理，也可以實現(xiàn)無功補償控制，不需要借助于不同的平臺，具有精度高、數(shù)據(jù)準確、適用性強的特點，不僅能夠在有網(wǎng)絡的情況下對用電設備的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，并且還有短信通知的功能，當后臺管理人員沒有網(wǎng)絡時，也能夠通過手機進行監(jiān)控。
【專利說明】一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，是涉及一種集用電信息采集、用電信息監(jiān)控、無功補償控制于一體的基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)是近幾年來興起的一項新技術(shù)，從宏觀意義上講就是將相同特性的物體通過一種媒介相互連通，形成一個有機的整體，并建立一個公共平臺，和這個有機的整體進行對接，通過平臺對這個有機的整體進行統(tǒng)一的管理，我們平日所使用的電源都是來源于當?shù)氐墓╇娤到y(tǒng)，供電系統(tǒng)提供的電能輸送到各個用電設備后，如何對各個用電設備的用電情況進行一個統(tǒng)一的管理以達到供電部門的用電效率指標是目前企業(yè)、工廠以及學校等用電單位所面臨的一個亟待解決的問題。
[0003]另外，在供用電系統(tǒng)中，除了需要有功電源，還需要無功電源，電力系統(tǒng)中的電力負荷如變壓器、電動機等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需要向這些設備提供相應的無功功率。目前，用電單位用電設備配備的感性負荷如電動機等往往考慮啟動電阻和過載能力，留有較大的功率剩余量，使得電動機的負荷率過低，容量得不到充分利用，造成電動機能耗的浪費，又增加了電動機的損耗，并且在運行階段，負荷率過低會加重電力系統(tǒng)的負荷，加大感性負荷，相應的無功功率增加，導致供電系統(tǒng)提供的無功功率增加，功率因數(shù)降低，電網(wǎng)線路損耗相應地增加，電能浪費情況嚴重。
[0004]其次，如果供電系統(tǒng)的無功功率供不應求，會造成用電設備功率因數(shù)降低，容量得不到充分利用，電壓波動甚至不能正常工作，進一步增加了無功功率消耗，嚴重影響了用電安全和用電質(zhì)量，為了提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)、降低電網(wǎng)中電能損耗以及保證用電設備能夠正常工作，達到供電部門的用電效率指標，用電單位一般采用無功功率電容補償?shù)姆绞接枰越鉀Q，但是，造成功率因數(shù)降低的因素還有很多不確定因素，電容補償不是一個持久性的過程，其根據(jù)功率因數(shù)的數(shù)值來進行調(diào)節(jié)，用電單位一般在用電設備上配置具有無功補償控制功能的用電控制設備來對電容補償進行控制。
[0005]現(xiàn)有的用電控制設備一般只具備單一的功能，如電能采集儀器、無功補償控制器等，在實際的工作過程中，需要安裝多種具有不同功能的儀器儀表，不同功能的儀器儀表如果分別安裝在用電設備上，會增加設備的投入成本，不利于后臺管理人員對用電設備的用電情況以及電容投切的情況做統(tǒng)一的管理和數(shù)據(jù)分析，要借助于不同的平臺，導致誤差大，精度不高，資源不能合理利用。
[0006]綜上所述，有必要研究一種多功能的能與物聯(lián)網(wǎng)橋接的用電控制設備，以提高用電設備的用電效率，使電能利用率最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述【背景技術(shù)】中所提到的問題，提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，該發(fā)明裝置采用兩條數(shù)據(jù)處理通道對數(shù)據(jù)進行處理，可以實現(xiàn)電能管理，也可以實現(xiàn)無功補償控制，不需要借助于不同的平臺，具有精度高、數(shù)據(jù)準確、適用性強的特點，不僅能夠在有網(wǎng)絡的情況下對用電設備的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，并且還有短信通知的功能，當后臺管理人員沒有網(wǎng)絡時，也能夠通過手機進行監(jiān)控。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，包括殼體以及分別設于所述殼體內(nèi)、用于向各模塊供電的主板電源模塊和用于向各模塊提供控制時鐘的時鐘模塊，還包括設于所述殼體內(nèi)的中央控制器、電能采集模塊、Α/D輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、繼電器輸出模塊、電容投切器，所述中央控制器分別與所述主板電源模塊、時鐘模塊、電能采集模塊、Α/D輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、繼電器輸出模塊連接，所述繼電器輸出模塊的輸出接口與所述電容投切器連接，其中:
[0010]所述電能采集模塊用于采集用電設備的用電數(shù)據(jù)并對所述用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查；所述用電數(shù)據(jù)包括電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；
[0011]所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于對所述過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)進行存儲；
[0012]所述Α/D輸入模塊用于將所述過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0013]所述第一數(shù)據(jù)處理模塊用于對存儲在所述數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至所述中央控制器，所述中央控制器對所述處理后的用電數(shù)據(jù)進行計算，得到各項用電信息參數(shù)；
[0014]所述第二數(shù)據(jù)處理模塊用于對所述轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至所述中央控制器，所述中央控制器對經(jīng)過所述第二數(shù)據(jù)處理模塊處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析并通過計算得到應補償?shù)碾娙萑萘浚⒖刂扑隼^電器輸出模塊來投入或切除所述電容投切器。
[0015]進一步地，所述電能采集模塊內(nèi)設置有用于對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查的差分放大電路。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，電能采集模塊內(nèi)設置有差分放大電路，差分放大電路具有高效的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的特性，利用差分放大電路電路參數(shù)對稱性和負反饋的原理，來放大差模信號，同時抑制共模信號，對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查，對三相交流電以及用電設備的電壓、電流情況進行實時監(jiān)控。
[0017]進一步地，所述中央控制器內(nèi)設置有用于對經(jīng)過所述第二數(shù)據(jù)處理模塊處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析的數(shù)據(jù)分析模塊。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，中央控制器內(nèi)設置有數(shù)據(jù)分析模塊，對經(jīng)過第二數(shù)據(jù)處理模塊處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析，從而提高數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。
[0019]進一步地，所述能效管理終端還包括設于所述殼體內(nèi)的通訊模塊，所述通訊模塊通過以太網(wǎng)形式與通信基站的服務器進行通信，用于將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況傳至所述服務器上的監(jiān)控平臺。
[0020]進一步地，所述通訊模塊還通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式與后臺管理人員的手機連接，所述通訊模塊接收到所述后臺管理人員的指令后，將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況通過所述服務器上的短信平臺以短信的形式發(fā)送至所述后臺管理人員的手機上。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，以太網(wǎng)形式是通過通信電路與通信基站連接進行有線傳輸，而移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式是與通信基站之間進行無線傳輸。
[0022]進一步地，所述能效管理終端還包括分別與所述中央控制器連接的操作模塊和顯示模塊，所述操作模塊將操作人員的動作指令以低電壓脈沖的形式發(fā)送至所述中央控制器，所述中央控制器根據(jù)所述動作指令，并結(jié)合相應的軟件控制部分或驅(qū)動電路，控制所述顯示模塊實時顯示各項用電信息參數(shù)以及當前無功補償?shù)那闆r。
[0023]進一步地，所述殼體前壁設有顯示屏和若干指示燈，所述顯示屏上設有多個與所述操作模塊連接、用于對所述顯示屏上顯示的菜單欄進行選擇的功能按鍵。
[0024]進一步地，所述殼體外壁設有通信接口，所述通信接口包括以太網(wǎng)接口、RS485接口或RS232接口中的一種或兩種。
[0025]進一步地，所述中央控制器為單片機芯片或中央處理器芯片。
[0026]進一步地，所述繼電器輸出模塊采用驅(qū)動芯片ULN2803。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0028]1、本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端集用電信息采集、用電信息監(jiān)控、無功補償控制于一體，既可以實現(xiàn)電能管理，又可以實現(xiàn)無功補償控制，從根本上減少了設備的自身設計成本，而且能夠更準確地對用電設備的用電信息以及無功補償情況進行統(tǒng)一的管理和精準分析，不需要借助于不同的平臺，具有精度高、數(shù)據(jù)準確、適用性強的特點，并且能夠節(jié)省空間，合理利用資源，減少了制作成本。
[0029]2、本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端不僅能夠在有網(wǎng)絡的情況下對采集到的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，并且還有短信通知的功能，當后臺管理人員沒有網(wǎng)絡時，也能夠通過手機進行監(jiān)控。本發(fā)明裝置中，后臺管理人員在有網(wǎng)絡的情況下通過服務器上的監(jiān)控平臺對用電設備的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，在無網(wǎng)絡的情況下，后臺管理人員只需發(fā)送指定的代碼，監(jiān)控到的數(shù)據(jù)便會通過服務器上的短信平臺以短信的形式發(fā)送到后臺管理人員的手機上。
[0030]3、本發(fā)明裝置整體設計為模塊化設計，不同功能的模塊之間相互獨立，中央控制器具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，其內(nèi)集成了 RAM芯片組，采用兩條數(shù)據(jù)處理通道對數(shù)據(jù)進行處理，可以實現(xiàn)電能管理，也可以實現(xiàn)無功補償控制，滿足電能采集和電容補償同步進行、互不干擾。
[0031]4、本發(fā)明裝置既可以實時顯示當前的用電狀況，并能對其進行監(jiān)控和分析，并且當電路出現(xiàn)無功功率過高或過低時，能夠?qū)崿F(xiàn)無功補償控制，通過投入或切除電容負載，降低電路的無功功率消耗，提高供電系統(tǒng)乃至整個電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能損耗，同時可以提高用電設備的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，維持電壓平衡和穩(wěn)定，使用電設備能夠正常工作，并提高用電設備的利用率，達到供電部門的用電效率指標，以使用電效率最大化，提高電能利用率，節(jié)約電費。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0033]圖1為本發(fā)明的內(nèi)部電路原理示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]附圖標記:1_中央控制器，2-操作模塊，3-時鐘模塊，4-電能采集模塊，5-A/D輸入模塊，6-顯示模塊，7-數(shù)據(jù)存儲模塊，8-第一數(shù)據(jù)處理模塊，9-第二數(shù)據(jù)處理模塊，10-繼電器輸出模塊，11-電容投切器，12-接口模塊，13-通訊模塊，14-主板電源模塊，15-通信基站，16-服務器，17-監(jiān)控平臺，18-短信平臺。
【具體實施方式】
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]參照圖1、圖2可知，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，包括殼體以及分別設于殼體內(nèi)、用于向各模塊供電的主板電源模塊14和用于向各模塊提供控制時鐘的時鐘模塊3，還包括設于殼體內(nèi)的中央控制器1、電能采集模塊4、A/D輸入模塊5、數(shù)據(jù)存儲模塊7、第一數(shù)據(jù)處理模塊8、第二數(shù)據(jù)處理模塊9、繼電器輸出模塊10、電容投切器11，中央控制器I分別與主板電源模塊14、時鐘模塊3、電能采集模塊4、Α/D輸入模塊5、數(shù)據(jù)存儲模塊7、第一數(shù)據(jù)處理模塊8、第二數(shù)據(jù)處理模塊9、繼電器輸出模塊10連接,繼電器輸出模塊10的輸出接口與電容投切器11連接，其中:
[0038]電能采集模塊4用于采集用電設備的用電數(shù)據(jù)并對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查；采集到的用電數(shù)據(jù)包括三相電壓、三相電流、線電壓以及線電流等電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；
[0039]數(shù)據(jù)存儲模塊7用于對過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)進行存儲；
[0040]Α/D輸入模塊5用于將過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0041]第一數(shù)據(jù)處理模塊8用于對存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊7內(nèi)的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至中央控制器1，結(jié)合中央控制器I內(nèi)置的軟件控制部分對處理后的用電數(shù)據(jù)進行計算，得到各項用電信息參數(shù)；
[0042]第二數(shù)據(jù)處理模塊9用于對轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至中央控制器1，中央控制器I對經(jīng)過第二數(shù)據(jù)處理模塊9處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析并通過中央控制器I內(nèi)置的軟件控制部分根據(jù)功率補償量進行計算，得到應補償?shù)碾娙萑萘浚l(fā)送控制指令到繼電器輸出模塊10，繼電器輸出模塊10通過控制指令來控制投入或切除電容投切器11，進行無功補償量的調(diào)節(jié)。
[0043]本實施例中，中央控制器I用于對來自各方的數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)出相應的執(zhí)行指令，中央控制器I內(nèi)置有軟件控制部分；時鐘模塊3用于提供各個模塊的控制時鐘，以控制各個模塊之間協(xié)同工作，其可以由用戶進行設置，并讀取其中的計時寄存器值，有的帶電池，有的不帶電池，用戶設置后，就可以正常自動計時，用戶需要時可以訪問其內(nèi)部的寄存器，獲取當前時間，包括當前時間的年、月、日、時、分、秒值，一般其可以以秒為周期輸出時鐘脈沖。
[0044]本實施例中，電能采集模塊4內(nèi)設置有用于對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查的差分放大電路，差分放大電路具有高效的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的特性，利用差分放大電路電路參數(shù)對稱性和負反饋的原理，來放大差模信號，同時抑制共模信號，對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查，對三相交流電以及用電設備的電壓、電流情況進行實時監(jiān)控。
[0045]本實施例中，中央控制器I內(nèi)設置有用于對經(jīng)過第二數(shù)據(jù)處理模塊9處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析的數(shù)據(jù)分析模塊，從而提高了數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。
[0046]本發(fā)明裝置還包括設于殼體內(nèi)的通訊模塊13，通訊模塊13通過以太網(wǎng)形式與通信基站15的服務器16進行通信，用于將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況傳至服務器16上的監(jiān)控平臺17。
[0047]本發(fā)明裝置中，通訊模塊13還通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式與后臺管理人員的手機連接，通訊模塊13接收到后臺管理人員的指令后，將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況通過服務器16上的短信平臺18以短信的形式發(fā)送至后臺管理人員的手機上。
[0048]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，以太網(wǎng)形式是通過通信電路與通信基站15連接進行有線傳輸，而移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式是與通信基站15之間進行無線傳輸。
[0049]本發(fā)明裝置還包括設于殼體內(nèi)的接口模塊12，殼體外壁設有通信接口，包括以太網(wǎng)接口、RS485接口或RS232接口中的一種或兩種，接口模塊12與RS485接口或RS232接口中的一種或兩種連接，再與外部設備連接進行通信，以太網(wǎng)接口與通訊模塊13連接，再通過通信電路與通信基站15連接；RS485接口或RS232接口是一個多位通信端口，接線方式不一樣，均以脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)。
[0050]本實施例中，通訊模塊13采用MODBUS為主要通信協(xié)議，以ASC II通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0051]本發(fā)明裝置還包括分別與中央控制器I連接的操作模塊2和顯示模塊6，顯示模塊6與中央控制器I的輸出端連接，并受控于中央控制器I的輸出信號，操作模塊2用于將操作人員的動作指令以低電壓脈沖的形式發(fā)送至中央控制器1，中央控制器I根據(jù)動作指令，并結(jié)合相應的軟件控制部分或驅(qū)動電路控制顯示模塊6，用以實時顯示各項用電信息參數(shù)以及當前無功補償?shù)那闆r，同時現(xiàn)場操作人員可以很方便地使用，供其查詢?yōu)g覽用。
[0052]本實施例中，殼體前壁設有顯示屏和若干指示燈，顯示屏上設有四個功能按鍵，包括分別與操作模塊2連接的“設置”鍵、“向上”鍵、“向下”鍵、“確定”鍵，四個功能按鍵用于對顯示在顯示屏上的菜單欄進行選擇，若干指示燈分別與殼體內(nèi)對應的電路電性連接，顯示屏可為IXD液晶顯示或LED數(shù)碼管顯示中的一種。
[0053]本發(fā)明裝置通電后，顯示屏會出現(xiàn)兩個選項，其一是“電能監(jiān)測”，其二是“無功功率補償控制”，用戶可以根據(jù)需要進行以上兩個選項的選擇，按“設置”鍵進行設置，按“向下”鍵或“向上”鍵進行選擇，選擇完畢后按“確定”鍵，“電能監(jiān)測”菜單欄中包括電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等用電參數(shù)，每項數(shù)據(jù)監(jiān)測時間為15S 無功功率補償控制”菜單欄中包括自動投切、手動投切、投切時間、切除時間、功率因數(shù)等控制參數(shù)。
[0054]本實施例中，殼體前壁設有若干指示燈，指示燈可為LED燈，包括序號從I到12的12個指示燈，還包括各種狀態(tài)指示燈，如過電壓、過電流、過補償、投入、正常、切除、自動、手動、功率因數(shù)、投切時間、切除時間、輸入路數(shù)、輸出路數(shù)、補償容量、CT變比、門限電壓、投切方式等。其中，過電流指示燈表示設備在工作時的工作電流大于設備的額定工作電流時，過電流指示燈便會發(fā)亮；過電壓指示燈表示設備在工作時的工作電壓大于設備的額定工作電壓時，過電壓指示燈就會發(fā)亮；過補償指示燈表示電容補償超過范圍值時，過補償指示燈就會發(fā)亮；投入、正常、切除指示燈表示當前電容投切器11的狀態(tài)；自動、手動指示燈表示當前電容補償控制的方式；投切時間表示設備對電容補償投切限定的一個時間；切除時間表示設備對電容補償切除限定的一個時間；CT變比表示電流互感器的大小；門限電壓表示門電壓；功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，是衡量用電設備效率高低的一個系數(shù)，功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，增加了線路供電損失，因此供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標準要求；投切方式表示手動投切或自動投切，自動投切是在設備上設置為自動投切，結(jié)合中央控制器I內(nèi)的軟件控制部分，根據(jù)功率因數(shù)的范圍值進行，功率因數(shù)小于0.9時進行投切，大于0.9時不進行投切，手動投切是通過設備上的選項進行手動投切；電容投切器11為12條并聯(lián)的電容補償支路，12條電容補償支路形成12路投切通道，當其中的某個投切通道接通時，設備上的12個指示燈中對應的指示燈就売了。
[0055]具體電能監(jiān)測的工作流程如下:電能采集模塊4采集用電設備的三相電流、三相電壓、線電壓以及線電流等電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，采集到的用電數(shù)據(jù)通過電能采集模塊4內(nèi)的差分放大電路，對其進行過濾篩查，過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)存儲模塊7進行存儲，存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊7內(nèi)的用電數(shù)據(jù)發(fā)送至第一數(shù)據(jù)處理模塊8，第一數(shù)據(jù)處理模塊8對其進行處理，處理后的用電數(shù)據(jù)傳至中央控制器1，并通過中央控制器I內(nèi)的軟件控制部分，對其進行計算，得到各種用電信息參數(shù)，包括用電量、電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率等，經(jīng)過處理的用電設備的用電情況通過通訊模塊13以以太網(wǎng)形式或移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式傳至服務器16上的監(jiān)控平臺17和短信平臺18，后臺管理人員可以在有網(wǎng)絡的時候?qū)ζ溥M行實時監(jiān)控和分析，在無網(wǎng)絡的時候也可通過手機發(fā)送指令到通訊模塊13，經(jīng)過處理的用電設備的用電情況便通過短信平臺18以短信的形式發(fā)送到后臺管理人員的手機上。
[0056]具體無功功率補償控制的工作過程如下:A/D輸入模塊5將過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過第二數(shù)據(jù)處理模塊9進行處理，處理后的用電數(shù)據(jù)傳至中央控制器1，中央控制器I內(nèi)設置有數(shù)據(jù)分析模塊，用于對經(jīng)過第二數(shù)據(jù)處理模塊9處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合相應的軟件控制部分，根據(jù)功率補償量進行計算，得出應補償?shù)碾娙萑萘?，并發(fā)送控制指令到繼電器輸出模塊10，繼電器輸出模塊10通過控制指令以脈沖形式發(fā)送至電容投切器11，來控制投入或切除電容投切器11，電容投切器11為并聯(lián)的12條電容補償支路，經(jīng)過處理的用電設備的無功補償情況通過通訊模塊13以以太網(wǎng)形式或移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式傳至服務器16上的監(jiān)控平臺17和短信平臺18，后臺管理人員可以在有網(wǎng)絡的時候?qū)ζ溥M行實時監(jiān)控和分析，在無網(wǎng)絡的時候也可通過手機發(fā)送指令到通訊模塊13，經(jīng)過處理的用電設備的無功補償情況便通過短信平臺18以短信的形式發(fā)送到后臺管理人員的手機上。
[0057]本實施例中，電容補償?shù)臅r候，電容與負載的連接方式為并聯(lián)，電容相當于無功電源，在負載的運行過程中負載量突然增大時，由于電源自身存在的內(nèi)阻會加大，電源輸出的電壓就會降低，但是電容兩端要維持原來的電壓，電容內(nèi)的電流會釋放一部分出來，從而延緩了電壓的下降，以分相補償、三相補償或綜合補償?shù)姆绞秸{(diào)節(jié)三相各補償點的電壓，將每相補償前的最低電壓調(diào)整到補償后的目標電壓，目標電壓的確定以滿足提高功率因數(shù)所需的電容補償容量為前提，保證補償后的運行電壓盡量接近用電設備工作時的額定電壓，使用電設備能夠正常工作；本發(fā)明裝置用來監(jiān)測用電設備的用電參數(shù)，同時作出什么時候接通/斷開電容補償支路的邏輯判定，并根據(jù)電容器兩端的電壓和補償點的電壓情況實時自動增減電容補償支路的組數(shù)。
[0058]本實施例中，中央控制器I內(nèi)設有軟件控制部分，軟件控制部分包括輸入監(jiān)控、參數(shù)管理、數(shù)據(jù)計算、輸入/輸出控制，輸入監(jiān)控對各個模塊進行監(jiān)測，從而確定下一步的執(zhí)行計劃，對各個模塊之間的協(xié)同性以及運行狀態(tài)進行追蹤分析，對產(chǎn)生的誤判斷以及錯誤指令做出快速響應；參數(shù)管理設定其中每種輸入/輸出參數(shù)的模式，當有錯誤或故障發(fā)生時，對其進行記錄，輸入?yún)?shù)包括補償方式、補償容量、補償路數(shù)、投切時間、切除時間等，輸出參數(shù)包括經(jīng)過處理的的各項用電數(shù)據(jù)以及電容補償?shù)那闆r；數(shù)據(jù)計算對采集到的用電數(shù)據(jù)進行計算，得到各種用電信息參數(shù)，主要計算各相電壓、各相電流、有功功率以及無功功率等，對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查；輸入/輸出控制主要針對電容投切器11的投切動作，為保護電容投切器11不頻繁動作，留有足夠的時間放電，當所投切容量小于120%的電容補償容量時不再投切，即所投電量已達到電壓水平值的范圍之內(nèi)。
[0059]本實施例中，中央控制器I為單片機芯片或中央處理器芯片，單片機芯片的型號為 80C51 或 80C31 或 8051。
[0060]本實施例中，繼電器輸出模塊10采用驅(qū)動芯片ULN2803。
[0061]本發(fā)明裝置安裝時采用嵌入式安裝，將設備安裝在用電設備制定的儀表面板上，在儀表面板上開一個正方形的孔，將設備固定在這個正方形孔中，背面用卡子固定。
[0062]本發(fā)明裝置外接設置有備用電源，其通過殼體外壁上的電源接口與備用電源連接，供本發(fā)明裝置連續(xù)供電，保持供電穩(wěn)定性。
[0063]本發(fā)明裝置集用電信息采集、用電信息監(jiān)控、無功補償控制于一體，既可以實現(xiàn)電能管理，又可以實現(xiàn)無功補償控制，從根本上減少了設備的自身設計成本，而且能夠更準確地對用電設備的用電信息以及無功補償情況進行統(tǒng)一的管理和精準分析，不需要借助于不同的平臺，具有精度高、數(shù)據(jù)準確、適用性強的特點，并且能夠節(jié)省空間，合理利用資源，減少了制作成本。
[0064]本發(fā)明裝置不僅能夠在有網(wǎng)絡的情況下對采集到的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，并且還有短信通知的功能，當后臺管理人員沒有網(wǎng)絡時，也能夠通過手機進行監(jiān)控。本發(fā)明裝置中，后臺管理人員在有網(wǎng)絡的情況下能通過服務器16上的監(jiān)控平臺17對用電設備的用電情況以及無功補償情況進行實時監(jiān)控，在無網(wǎng)絡的情況下，后臺管理人員只需發(fā)送指定的代碼(如A相電壓指令al)，監(jiān)控到的數(shù)據(jù)便會通過服務器16上的短信平臺18以短信的形式發(fā)送到后臺管理人員的手機上。
[0065]本發(fā)明裝置整體設計為模塊化設計，不同功能的模塊之間相互獨立，中央控制器I具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，其內(nèi)集成了 RAM芯片組，采用兩條數(shù)據(jù)處理通道對數(shù)據(jù)進行處理，可以實現(xiàn)電能管理，也可以實現(xiàn)無功補償控制，滿足電能采集和電容補償同步進行、互不干擾。
[0066]本發(fā)明裝置既可以實時顯示當前的用電狀況，并能對其進行監(jiān)控和分析，并且當電路出現(xiàn)無功功率過高或過低時，能夠?qū)崿F(xiàn)無功補償控制，通過投入或切除電容負載，降低電路的無功功率消耗，提高供電系統(tǒng)乃至整個電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能損耗，同時可以提高用電設備的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，維持電壓平衡和穩(wěn)定，使用電設備正常工作，并提高用電設備的利用率，達到供電部門的用電效率指標，以使用電效率最大化，提高電能利用率，節(jié)約電費。
[0067]本發(fā)明裝置與用電設備連接，采用軟硬件結(jié)合的方式，具有有線操作平臺和無線操作平臺兩種方式，完成對用電單位的用電設備的實時監(jiān)控和無功補償控制的功能，并通過顯示屏對各項用電數(shù)據(jù)進行顯示，供現(xiàn)場操作人員查詢?yōu)g覽，同時通過后臺服務器上的監(jiān)控平臺和短信平臺對其進行全天候?qū)崟r監(jiān)控，供后臺管理人員管理和分析。企業(yè)、學校以及工廠等用電單位在使用的過程中，在每個用電設備節(jié)點處安裝本能效管理終端，將各個能效管理終端相互統(tǒng)一，并且每個能效管理終端都與后臺的服務器以及后臺管理人員的手機進行通訊，從而將各個用電設備的用電情況以及無功補償情況進行統(tǒng)一的管理和分析，以達到更好地調(diào)配電力資源，提高供電系統(tǒng)的供電效率和供電質(zhì)量，減少電能損耗，改善電網(wǎng)電力狀況的目的。
[0068]本發(fā)明裝置具有制造簡單，安裝、使用、維修方便，對電網(wǎng)建設、供電線路的供電狀況、用電單位合理用電和安全用電等都將起到很好地智能化管理與自動和遠程控制，具有良好的應用前景。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，包括殼體以及分別設于所述殼體內(nèi)、用于向各模塊供電的主板電源模塊和用于向各模塊提供控制時鐘的時鐘模塊，其特征在于，還包括設于所述殼體內(nèi)的中央控制器、電能采集模塊、Α/D輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、繼電器輸出模塊、電容投切器，所述中央控制器分別與所述主板電源模塊、時鐘模塊、電能采集模塊、Α/D輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、繼電器輸出模塊連接，所述繼電器輸出模塊的輸出接口與所述電容投切器連接，其中: 所述電能采集模塊用于采集用電設備的用電數(shù)據(jù)并對所述用電數(shù)據(jù)進行過 濾篩查；所述用電數(shù)據(jù)包括電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于對所述過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)進行存儲； 所述Α/D輸入模塊用于將所述過濾篩查后的用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述第一數(shù)據(jù)處理模塊用于對存儲在所述數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至所述中央控制器，所述中央控制器對所述處理后的用電數(shù)據(jù)進行計算，得到各項用電信息參數(shù)； 所述第二數(shù)據(jù)處理模塊用于對所述轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的用電數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的用電數(shù)據(jù)傳至所述中央控制器，所述中央控制器對經(jīng)過所述第二數(shù)據(jù)處理模塊處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析并通過計算得到應補償?shù)碾娙萑萘?，并控制所述繼電器輸出模塊來投入或切除所述電容投切器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述電能采集模塊內(nèi)設置有用于對采集到的用電數(shù)據(jù)進行過濾篩查的差分放大電路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述中央控制器內(nèi)設置有用于對經(jīng)過所述第二數(shù)據(jù)處理模塊處理后的用電數(shù)據(jù)進行分析的數(shù)據(jù)分析模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述能效管理終端還包括設于所述殼體內(nèi)的通訊模塊，所述通訊模塊通過以太網(wǎng)形式與通信基站的服務器進行通信，用于將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況傳至所述服務器上的監(jiān)控平臺。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述通訊模塊還通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的形式與后臺管理人員的手機連接，所述通訊模塊接收到所述后臺管理人員的指令后，將經(jīng)過處理的用電設備的用電情況以及無功補償情況通過所述服務器上的短信平臺以短信的形式發(fā)送至所述后臺管理人員的手機上。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述能效管理終端還包括分別與所述中央控制器連接的操作模塊和顯示模塊，所述操作模塊將操作人員的動作指令以低電壓脈沖的形式發(fā)送至所述中央控制器，所述中央控制器根據(jù)所述動作指令， 并結(jié)合相應的軟件控制部分或驅(qū)動電路，控制所述顯示模塊實時顯示各項用電信息參數(shù)以及當前無功補償?shù)那闆r。
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述殼體前壁設有顯示屏和若干指示燈，所述顯示屏上設有多個與所述操作模塊連接、用于對所述顯示屏上顯示的菜單欄進行選擇的功能按鍵。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述殼體外壁設有通信接口，所述通信接口包括以太網(wǎng)接口、RS485接口或RS232接口中的一種或兩種。
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述中央控制器為單片機芯片或中央處理器芯片。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的能效管理終端，其特征在于，所述繼電器輸出模塊采用驅(qū)動芯片ULN2803。
【文檔編號】H02J13/00GK103475102SQ201310430221
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】賈偉, 韓冠杰, 潘波, 段勝 申請人:湖北華辰凱龍電力有限公司