CN104539050A - 能信路由器及用于管理电能网络和信息网络的应用*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能信路由器，该能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器，其中，总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接。该能信路由器可以同时实现管理交流电源、新能源电源和信息网络的功能，还提供一种用于管理电能网络和信息网络的应用***，该应用***能够实现交流电源与新能源电源的实时互补，有利于新能源电源的接入和充分利用。

Description

能信路由器及用于管理电能网络和信息网络的应用***
技术领域
本发明涉及能源流和信息流的控制领域，具体来说，涉及一种能信路由器及用于管理电能网络和信息网络的应用***。
背景技术
随着家用新能源电源的普及，如家用光伏、家用小型风机等，对现有的家庭布线和电能管理提出了新的要求。现有的解决方法是通过简单增加一套与电网独立的转换***为家用电器设备提供一个专门的供电插座的方式来实现家用新能源的使用。但是采用这种解决方法，当新能源功率不够时即断电，无法保证供电持续性和可靠性，也无法在前期装修时规划，所以重新布线麻烦，易造成安全隐患。
家庭直流负载的普及，如直流充电电源和直流LED，尤其直流LED具有低成本、寿命长、亮度高等优点正在逐渐代替传统的光源，迫切需要直流电源的直接供应，而不是利用多个整流模块同时工作，既浪费硬件资源，又增大了转换损耗。
用户对家庭电能和信息网络安全的关注提高。用户希望通过简单的交互方式，主动参与家庭电能和信息网络的管理和监控。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种能信路由器，该能信路由器可以同时实现管理交流电源、新能源电源和信息网络的功能，还提供一种用于管理电能网络和信息网络的应用***，该应用***能够实现交流电源与新能源电源的实时互补，有利于新能源电源的接入和充分利用。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种能信路由器，该能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器，其中，总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接。
进一步，所述的总协调控制器采用型号为STM32系列的单片机。
一种用于管理电能网络和信息网络的应用***，该应用***包括远程用户终端、能信路由器、因特网服务器、新能源电源、交流电源、通信终端、直流负载和交流负载；其中，能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器；总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接；远程用户终端与因特网服务器连接，因特网服务器通过网络与通信路由器连接，通信路由器与用户的通信终端连接，新能源电源与DC/DC模块连接，DC/DC模块分别与直流负载断路器和DC/AC模块连接，直流负载断路器与直流负载连接；DC/AC模块通过交流负载断路器与交流负载连接；交流电源分别与交流负载断路器和AC/DC模块连接，AC/DC模块通过直流负载断路器与直流负载连接；交流负载断路器与交流负载连接。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、解决直流式新能源电源的直接接入，实现交流电源和新能源电源的实时互补，以及为直流负载直接提供直流电能，省去重复的整流环节及其损耗，提高了能源利用效率，既达到了节能的目的，又保证了供电可靠性。
2、能够一键自动合闸，无需人工直接操作刀闸，保证了用户使用的安全性。
3、让用户能够简单地通过用户终端程序，远程实时监控能信路由器的工作状态，进而掌握家庭电能和信息网络的工作情况，提高了用户的生活便利性。
4、能够收集和转发智能插座上传的用电器电能使用信息、转发来自远程用户终端的控制指令至智能插座，为智能插座的普及提供物理硬件的支持。
附图说明
图1是本发明的能信路由器的结构框图。
图2是本发明的应用***的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明的一种能信路由器，包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器。总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接。作为优选方案，所述的总协调控制器采用型号为STM32系列的单片机。
上述结构中，AC/DC模块，用于在新能源电源电能供给不足时，及时采用交流电源。
DC/DC模块，用于将光伏、直流风机等新能源电源输出的电压不稳定的直流，转换为恒压直流，进而供给直流负载使用，如LED照明、蓄电池、电动汽车。
DC/AC模块，用于及时将新能源电源产生的多余的直流电能转换为工频交流，供给交流负载，如空调、冰箱、风扇，从而充分利用新能源发电。
通信路由器，用于实现用户的通信终端有线和无线上网，如手机、电脑，并作为用户远程终端实时远程监测和遥控能信路由器的通信。
直流负载断路器模块，用于响应总协调控制器的控制命令，分别开通和断开所有的直流负载。
交流负载断路器模块，用于响应总协调控制器的控制命令，分别开通和断开所有的交流负载。
触摸显示屏，用于在本地显示能信路由器各模块的工作状态，手动设置工作参数，手动调控能信路由器的工作模式。工作模式包括新能源利用最大化模式还是UPS模式。其中，新能源利用最大化模式是指优先充分利用新能源，只在新能源功率不足时才引入交流电源。UPS模式是指新能源电源只作为紧急情况下的备用电源，只有当交流电源不能正常供给时，由新能源电源及时为重要负载继续短时供电。
总协调控制器，分别与AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、通信路由器、直流负载断路器、交流负载断路器、触摸显示屏的通信接口相连，用于监测和协调各器件的工作状态，协调控制交流电源和新能源电源的实时互补，并通过通信路由器与远程服务器通信，进而与远程用户终端实时交互，让用户能够远程监控能信路由器的工作状态。
如图2所示，一种用于管理电能网络和信息网络的应用***，包括远程用户终端、能信路由器、因特网服务器、新能源电源、交流电源、通信终端、直流负载和交流负载。能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器。总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接。远程用户终端与因特网服务器连接，因特网服务器通过网络与通信路由器连接，通信路由器与用户的通信终端连接。新能源电源与DC/DC模块连接，DC/DC模块分别与直流负载断路器和DC/AC模块连接，直流负载断路器与直流负载连接；DC/AC模块通过交流负载断路器与交流负载连接。交流电源分别与交流负载断路器和AC/DC模块连接，AC/DC模块通过直流负载断路器与直流负载连接；交流负载断路器与交流负载连接。
上述结构中，通信终端为电脑、电话，或者手机。直流负载为LED照明、蓄电池或电动汽车。交流负载为空调、冰箱或风扇。新能源电源为光伏产生的电源、直流风机产生的电源等。交流电源为市电。
上述应用***中，AC/DC模块，即整流模块，分别与交流电源和直流负载断路器相连，用于在新能源电源电能供给不足时，及时采用交流电源。
DC/DC模块，即直流转直流模块，分别与新能源电源和直流负载断路器相连，用于将光伏、直流风机等新能源电源输出的电压不稳定的直流，转换为恒压直流，进而供给直流负载使用，如LED照明、蓄电池、电动汽车。
DC/AC模块，即逆变模块，分别与DC/DC模块和交流负载断路器相连，用于及时将新能源电源产生的多余的直流电能转换为工频交流，供给交流负载，如空调、冰箱、风扇，从而充分利用新能源发电。
通信路由器，分别与网络供应商提供的信息媒介和用户的通信终端相连，用于实现用户的通信终端有线和无线上网，如手机、电脑，并作为用户远程终端实时远程监测和遥控能信路由器的通信。
直流负载断路器模块，用于响应总协调控制器的控制命令，分别开通和断开所有的直流负载。
交流负载断路器模块，用于响应总协调控制器的控制命令，分别开通和断开所有的交流负载。
触摸显示屏，用于在本地显示能信路由器各模块的工作状态，手动设置工作参数，手动调控能信路由器的工作模式。主要是选择新能源利用最大化模式还是UPS模式。其中新能源利用最大化模式是指优先充分利用新能源，只在新能源功率不足时才引入交流电源。UPS模式是指新能源电源只作为紧急情况下的备用电源，只有当交流电源不能正常供给时，由新能源电源及时为重要负载继续短时供电。
总协调控制器，分别与AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、通信路由器、直流负载断路器、交流负载断路器、触摸显示屏的通信接口相连，用于监测和协调各器件的工作状态，协调控制交流电源和新能源电源的实时互补，并通过通信路由器与远程服务器通信，进而与远程用户终端实时交互，让用户能够远程监控能信路由器的工作状态。
总协调控制器实现交流电源和新能源电源的实时互补的原理为：
（1）工作在新能源利用最大化模式下，对DC/DC模块出口端采集的电压和电流进行判断：若电压低于90%Un且DC/DC模块的PWM占空比大于98%时，表示新能源电源功率不足，则开启AC/DC模块，由交流电源及时整流，保证直流负载的持续供电；若电压高于110%Un且DC/DC模块的PWM占空比低于50%时，表示直流负载较少，新能源电源未完全利用，则开启DC/AC模块，将多余的直流电能逆变后并网使用；其他情形属于正常工作状态，交流电源为交流负载供电，新能源电源为直流负载供电，AC/DC模块和DC/AC模块都处于不工作状态。
（2）工作在UPS模式，即不间断供电电源模式，对DC/AC模块出口端采集的电压和电流进行判断，若电压突降至0，表示交流电源断开，则开启DC/AC模块，将直流电能逆变后为重要的交流负载供电，保证重要设备的不间断工作。
本发明的应用***的工作过程为：
1．首先接入网络供应商提供的传输媒介。通信路由器实现拨号上网、自动分配IP地址、产生无线网络等功能，为用户的通信终端和总协调控制器提供网络服务。
2．总协调控制器通过Internet网络访问远程服务器，远程用户终端通过Internet网络访问该远程服务器，达到远程用户终端与总协调控制器的远程交互，即用户可以远程实时监控家庭能信路由器的工作状态的效果。
若未接入Internet网络，则用户只能通过触摸显示屏在本地对能信路由器进行监控。由触摸显示屏完成人机交互，显示能信路由器的工作状态和完成用户开通和断开所有的直流负载和交流负载的控制命令。
3．用户通过连入Internet的远程用户终端或者通过触摸显示屏，设置能信路由器工作在新能源利用最大化模式，其工作过程如下：
在没有新能源电源接入或者新能源电源功率不够时，电网接入的工频交流电源一部分直接供给本地交流负载，一部分通过AC/DC整流后，为直流负载提供可靠的电能供应。
接入电压和电流不稳定的新能源电源后，将由DC/DC模块转换成稳定的直流电源，为直流负载供电；并在直流电能多余，即短时内无法被直流负载消耗完又尽量不弃电浪费能源的情况，通过DC/AC将直流逆变后为工频交流负载提供部分电能。
4．用户通过连入Internet的远程用户终端或者通过触摸显示屏，设置能信路由器工作在UPS模式，这种模式适用于偏远地区或者有重要电器设备的场所，其工作过程如下：由总协调控制器实时判断交流电源的工作状态，分成正常供应和断开两种。在出现交流电源断开的瞬间由新能源电源接入并发出警报提醒，为重要电器设备继续供电一段时间，保护重要电器设备免受瞬间失电损坏，以及用于用户及时保存重要数据。
上述3、4，在用户选择好工作模式之后，新能源与交流电源的实时互补以及UPS工作过程由总协调控制器内部自动判断并自动完成，不需用户干预。
5．本***通过无线连接的方式，对连入路由器产生的无线局域网之内的智能插座进行监控，收集和转发智能插座上传的用电器电能使用信息、转发来自远程用户终端的控制指令至智能插座。
本***中，作为核心的协调控制器模块，协调控制各个模块，实现交流电源和新能源电源的实时互补、控制交流总负载和直流总负载的通断、信息网络的管理、直流新能源的直接接入、直流负载的直接供电、用户远程监控家庭电能和信息网络的工作状态、收集和转发智能插座上传的用电器电能使用信息、转发来自远程用户终端的控制指令至智能插座的功能。该装置能提高用电可靠性和安全性，以及用户的便利性，并能提高能源的利用效率，达到为用户节省电能开支的目的。

Claims (6)

1.一种能信路由器，其特征在于，该能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器，其中，
总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接。
2.按照权利要求1所述的能信路由器，其特征在于，所述的总协调控制器采用型号为STM32系列的单片机。
3.一种包含权利要求1所述的能信路由器的用于管理电能网络和信息网络的应用***，其特征在于，该应用***包括远程用户终端、能信路由器、因特网服务器、新能源电源、交流电源、通信终端、直流负载和交流负载；其中，
能信路由器包括总协调控制器、触摸显示屏、通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器；总协调控制器通过串行RS485与触摸显示屏连接，总协调控制器通过CAN总线分别与通信路由器、AC/DC模块、DC/DC模块、DC/AC模块、直流负载断路器和交流负载断路器连接；
远程用户终端与因特网服务器连接，因特网服务器通过网络与通信路由器连接，通信路由器与用户的通信终端连接，
新能源电源与DC/DC模块连接，DC/DC模块分别与直流负载断路器和DC/AC模块连接，直流负载断路器与直流负载连接；DC/AC模块通过交流负载断路器与交流负载连接；
交流电源分别与交流负载断路器和AC/DC模块连接，AC/DC模块通过直流负载断路器与直流负载连接；交流负载断路器与交流负载连接。
4.按照权利要求3所述的应用***，其特征在于，所述的通信终端为电脑、电话，或者手机。
5.按照权利要求3所述的应用***，其特征在于，所述的直流负载为LED照明、蓄电池或电动汽车。
6.按照权利要求3所述的应用***，其特征在于，所述的交流负载为空调、冰箱或风扇。
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