面向家庭用戶的分布式電能監控裝置的製作方法

2023-05-21 11:23:56 2

專利名稱：面向家庭用戶的分布式電能監控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及併網發電及電能儲存的測量與監控領域，特別涉及一種分布式控制的家庭發電、用電、儲能的電能監控裝置。
背景技術：
隨著化石燃料的消耗及環境問題的緊迫，世界各國紛紛致力於電力行業的研究，來緩解持續緊張的能源形勢與環境壓力。清潔能源的利用無疑成為了一種趨勢，而清潔能源又具有分散，隨時間變化而不斷變化的特點。而家庭用戶發電恰恰就具有分散、分布廣這些特點。而現有的可控清潔能源發電併網裝置都是集中控制的，如果有一個分布式的控制裝置將家庭用戶作為清潔能源發電的個體，相比於集中式的太陽能風能發電會節約大量成本同時也避免了集中式太陽能風能發電大量佔用土地資源的缺點，同時還可為家庭用戶創 造經濟效益。發電問題以外，儲能問題也是一大難題。而分布式的儲能的基本思想是將大量電能分成小份分別儲存於各個家庭用戶的儲能設備中。這樣在用電低谷時將電能儲存，可用在高峰期，從而減輕電網的調節負擔，增強電網的穩定性；同時在用電低谷儲能，也間接地創造了經濟效益。這種技術，從一定角度上緩解了電能不能大量的儲存必須隨發隨用的問題。同時家庭用戶由於有了儲能裝置，在斷電情況下還可使用其作為備用電源，為用戶帶來了方便。目前，分布式供電裝置與大電網結合，被許多專家認為是適應21世紀電力發展方向的方式之一。此方式具有節省投資、提高電力裝置穩定性和靈活性等特點。而且，分布式發電很好的考慮了環境因素，能有效利用諸如太陽能、生物能等可再生能源。也正是由於分布式電能的靈活性、不穩定性，這種分布式發電技術的引入也給電網的電能質量帶來了不利影響。為使分布式供電裝置及電網能夠安全、穩定地運行，迫切需要一個完善、裝置的監控裝置與分布式發電相結合。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種面向家庭用戶的分布式電能監控裝置，將分布式發電和儲能技術用於家庭電能管理，為家庭用戶提供了智能的發電、用電及儲能的監測和調度。面向家庭用戶的分布式電能監控裝置，包括逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、採樣電路、A/D轉換及信號處理電路和逆變\控制驅動電路；逆變電路、充電電路和用電負載並聯於家庭供電裝置的交流母線上；逆變電路通過第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過第三繼電器連接蓄電池；用電負載上設有第五繼電器；採樣電路採集逆變電路的電壓和和電流輸出信號，電網的電壓電流輸入和輸出信號，以及用電負載的電壓和電流輸入信號；採樣電路連接A/D轉換及信號處理電路，A/D轉換及信號處理電路連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接逆變\控制驅動電路的輸入端，逆變\控制驅動電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。本發明的技術效果體現在調度中心可通過網絡查詢發電及用電的測量數據，同時對相應的控制電路發出調控信息，從而實現大範圍以家庭為單位的分布式電能裝置的可控可接受調度發電及儲能。以家庭用戶為單位，進行清潔能源的併網及電能儲存的管理，將分布在一個範圍內的家庭用戶通過該裝置統一成一個分布式發電及儲能的整體。智能的發電、儲能及用電控制，既可以按程序設定的根據調度中心控制信息以最大的經濟效益運行，又能夠按照用戶輸入的信息進行控制，為用戶提供方便靈活的控制方式。同時測量數據經過處理後以波形圖及文字信息顯示給用戶並發布到網頁上，家庭用戶可以在任何時間任何地點訪問自己家的控制節點，從而實現方便的用戶管理功能。裝置通過控制幾組繼電器可以實現電網故障時的斷開保護及供電故障時將儲存的能量作為備用電源為用戶繼續供電的功能。

圖I為本裝置的結構框圖。圖2為本裝置的控制流程圖。
具體實施方式
如圖I所示，面向家庭用戶的分布式電能監控裝置由逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、採樣電路、A/D轉換及信號處理電路和逆變\控制驅動電路構成。家庭供電裝置的交流母線上並聯有逆變電路、充電電路和用電負載，交流母線連接外部電網；逆變電路通過第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過第三繼電器連接蓄電池；用電負載上設有第五繼電器；採樣電路採集逆變電路的電壓和和電流輸出信號，電網的電壓電流輸入和輸出信號，以及用電負載的電壓和電流輸入信號；米樣電路A/D轉換及信號處理電路，A/D轉換及信號處理電路連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接逆變\控制驅動電路的輸入端，逆變\控制驅動電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。採樣電路採集的電壓電流信號傳送給A/D轉換及信號處理電路，A/D轉換及信號處理電路對採集信號作A/D轉換，依據電壓電流信號計算對應的相位角及功率，並將包含相位角及功率的電能信息傳送給上位機；上位機將電能信息通過網絡送給電網單位的調度中心，同時依據電能信息得到用電負載的用電狀況包括用電時間、用電器類型和已用電量等，並將其顯示給用戶；上位機通過用戶界面或調度中心接收控制指令，控制指令包含逆變電路發電功率以及各繼電器的開斷信息，並將控制指令傳送給逆變控制驅動電路；逆變控制驅動電路根據控制指令控制逆變電路的發電功率以及各繼電器的開斷。各繼電器的開斷配合可完成光伏併網與斷電式家庭備用電源啟動之間的切換，蓄電池儲能的開斷、用電負載的開斷以及電網故障關斷保護。逆變\控制驅動電路由一個微控制器和驅動電路組成，微控制器執行併網算法及功率控制算法給驅動電路控制信號，驅動電路直接驅動逆變電路工作。同時微控制器還接收來自上位機給出的控制指令，來改變發電策略，從而實現電網單位對分布式發電的調控。蓄電池通過繼電器連接至逆變電路，這樣就可以在電網斷電時將蓄電池中儲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，首先裝置會檢測電網供電是否發生故障，若檢測到電網供電故障，會發出相應的繼電器控制信號，給逆變\控制驅動電路，此時將蓄電池轉換至逆變電路的輸入，為用戶提供備用電源，並將此狀態的信息存入資料庫。若沒有供電故障，裝置會接受來自用戶或調度中心的控制信號，此信號包含逆變電路的功率控制信號以及繼電器狀態信號，裝置根據這些信號並結合來自AD轉換及信號處理電路的電量信號來做閉環控制，同時判斷自己發電的能力通過一個最大經濟效益的算法來執行相應的發電功率控制及儲能的控制。裝置後繼還會接受來自A/D轉換及信號處理電路的電量信號，並將這些信息儲存，這些被儲存的信息可通過計算機網絡發送給調度中心或者是通過轉換為圖表的形式顯示給用戶，同時這些信息會被裝置中的上位機以網頁的形式發布到網際網路上方便用戶隨時隨地查詢。通過計算機網絡，這些分布在每個家庭的電能管理裝置可以統一的接受調度中心 的調度，實現發電與儲能的分布式管理，同時這種分布式管理又是建立在家庭用戶的使用基礎上，為家庭用戶提供了一套智能、經濟的發電、儲能及用電的裝置管理方案。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.面向家庭用戶的分布式電能監控裝置，包括逆變電路、充電電路、控制通斷的繼電器、採樣電路、A/D轉換及信號處理電路和逆變\控制驅動電路；逆變電路、充電電路和用電負載並聯於家庭供電裝置的交流母線上；逆變電路通過第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過第三繼電器連接蓄電池；用電負載上設有第五繼電器；採樣電路採集逆變電路的電壓和和電流輸出信號，電網的電壓電流輸入和輸出信號，以及用電負載的電壓和電流輸入信號；採樣電路連接A/D轉換及信號處理電路，A/D轉換及信號處理電路連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接逆變\控制驅動電路的輸入端，逆變\控制驅動電路的輸出端連接第一 第五繼電器以及逆變電路。
專利摘要本實用新型公開了一種面向家庭用戶的分布式電能監控裝置，主要包括並聯於家庭供電裝置的交流母線上的逆變電路、充電電路和用電負載；逆變電路通過第一繼電器連接光伏電池，充電電路通過第二繼電器連接蓄電池，逆變電路通過第三繼電器連接蓄電池；用電負載上設有第五繼電器；採樣電路採集相關電流和電壓信號；採樣電路連接A/D轉換及信號處理電路，A/D轉換及信號處理電路連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接逆變\控制驅動電路的輸入端，逆變\控制驅動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間能量的雙向流動的管理、調控、智能監控，實現智能用電及發電管理。
文檔編號H02J13/00GK202565031SQ20122019822
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者張力戈, 陳衝, 袁柳, 屠志晨 申請人:華中科技大學