CN105655814B - 一种用于能源互联网的智能插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于能源互联网的智能插座，包括基座、感知模块、核心处理器、数字调压模块和智能控制单元；所述基座上设置有零线口、火线口、地线口和微电流口，所述微电流口用于采集用电器上的用电数据；所述感知模块用于接收所述用电数据，并将所述用电数据传送给所述核心处理器；所述核心处理器用于将所述用电数据传送给所述智能控制单元，并根据所述智能控制单元返回的分析结果控制所述数字调压模块调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压状态。本发明能够实现插座的信息化处理，使其更具智能化，不仅方便了用户的使用，而且高效且节约地分配了资源，从而能够满足能源互联网的发展需求。

Description

一种用于能源互联网的智能插座

技术领域

本发明涉及智能插座技术领域，尤其涉及一种用于能源互联网的智能插座。

背景技术

当今，以新能源技术和互联网技术为代表的第三次工业革命正在兴起。作为第三次工业革命的核心技术，能源互联网结合可再生能源技术与互联网技术，推动分布式可再生能源的大规模利用与分享，促进电力、交通、天然气等多种复杂网络***的相互融合，最终实现改变能源利用模式，推动经济与社会可持续发展。能源互联网综合运用先进的电力电子技术，信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置，分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动。

插座是每个用电器设备连接电网必须的接口。目前，我国使用的标准供电电压为220V。因此，绝大部分的插座都只能提供220V的电压，这使得用户需要为不同用电需求的用电器设备配备各种各样型号的变压器，非常浪费资源且为用户(旅行)带来不便。例如：笔记本电脑所需要的输入电压是20V左右，需要配备220V转20V的变压器；手机充电所需要的输入电压为5V，需要配备220V转5V的变压器；平板电脑充电所需要的输入电压为5V，但由于其规格与手机的不一样，所以也要另配备一个220V转5V的变压器；剃须刀所需要的输入电压为12V，需要配备220V转12V的变压器。当前少部分插座能提供一些固定档位的变压功能，如：慈溪市掌起晟铭电器厂生产的红公鸡大功率插座能提供0到220V之间的6个档位的固定变压。虽然这些插座能提供一些固定档位的电压变化，但需要用户手动确认和调节应变的档位数，无法达到自适应地自动、连续的调节所需电压。

此外，插座状态信息，如：电压、电流、负载、功率、交直流形态等信息，如果不进行采集、智能的分析，将不能统筹科学地管理插座的协同工作，这不符合未来能源互联网的基本理念。

孟州市电力公司设计了一种变压插座，包括插头、壳体、初级线圈、次级线圈、金属卡头、铁芯、旋钮、触头。除插头和旋钮外，壳体将其他所述部件均包裹在其内部，铁芯由彼此绝缘的硅钢环片叠成，初级线圈密绕在该铁芯上，两端接插头，次级线圈密绕在初级线圈外层，且自身表面的绝缘漆上开设一条与铁芯同心的圆形破口，该破口与可沿铁芯中心转动的触头相接触，该触头上方固结绝缘旋钮，壳体的每一对插孔下方设置两个金属卡头，其中的一个与触头相连接，另一个与次级线圈的一个端头相连接。该变压插座可以连续地调节输出电压，使其具有一个连续的变化范围，以满足各种不同数值的电压需求。

但是上述变压插座具有以下缺点：不能够自适应地判断调节电压，需要人为判断，需要用户识别用电器的额定电压来进行调控，对于非专业用户容易造成误差或错误；未含有无线或有线通信模块，不能感知用电设备的信息，也无法做到通过网络完成数据的上传和下达，进行远程控制和监控；无交直流转换模块，只能输出交流电压，不能输出直流电压，对需要直流电压的用电器(如笔记本电脑)则不能适用。因此，上述变压插座不能很好地满足用户的智能化自动控制的需求。

南京物博信息科技有限公司提出了一种通用新型智能化变压插座，包括壳体和设置在壳体内的主电路，壳体的进线端设有总控制开关按钮，所述的壳体内还设有ZigBee通信模块，所述的主电路上还设有电源转换模块，所述的电源转换模块电连接ZigBee通信模块。

然而，该智能化变压插座具有以下缺点：虽然包含有ZigBee无线通信模块，但其作用仅仅是实现了一个类似于拓展开关的功能，不符合未来能源互联网的需求；不能进行智慧地分析，即不能对采集的用电器的电流、电压、功率、负载、交直流形态等信息进行上传下达、分析统筹规划和管理；不能自适应调节，需要人为参与判断和调节，容易造成误差，产生危险或损失；并且，该智能化变压插座也不能将交流电压转换成直流电压，对需要利用直流电压的用电器(如笔记本电脑)不匹配。

因此，如何提供一种符合能源互联网发展趋势的智能化插座是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于能源互联网的智能插座，解决现有插座缺乏自适应调压功能(包括调节电压的高低，交直流电压的转换)、用户操作不便(需要用户手动调节档位变压，对非专业用户容易造成错误)、且缺乏自动采集数据(电流、电压、功率、负载、交直流形态)并上传下达的功能而不利于统筹管理和不符合未来能源互联网要求的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于能源互联网的智能插座，包括基座、感知模块、核心处理器、数字调压模块和智能控制单元；

所述基座上设置有零线口、火线口、地线口和微电流口，所述微电流口用于采集用电器上的用电数据；

所述感知模块用于接收所述用电数据，并将所述用电数据传送给所述核心处理器；

所述核心处理器用于将所述用电数据传送给所述智能控制单元，并根据所述智能控制单元返回的分析结果控制所述数字调压模块调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压状态。

优选地，所述用电数据包括所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态，所述输出电压状态包括输出电压的大小和交直流形态。

优选地，所述智能插座还包括无线通信模块，所述核心处理器通过所述无线通信模块将所述用电数据传送给所述智能控制单元，所述智能控制单元通过所述无线通信模块将所述分析结果返回给所述核心处理器。

优选地，所述无线通信模块支持蓝牙、ZigBee和WiFi无线通信协议。

优选地，所述智能插座还包括报警器，所述报警器由所述核心处理器控制；

当所述智能控制单元返回的分析结果中第一次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，所述核心处理器控制所述数字调压模块降低所述零线口和所述火线口之间的输出电压；

当所述智能控制单元返回的分析结果中第二次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，所述核心处理器控制所述数字调压模块切断电压，并控制所述报警器报警。

优选地，所述智能插座还包括独立电源，所述独立电源为低压电源，用于对所述核心处理器供电。

优选地，所述智能插座还包括设置在所述基座上的显示屏，所述显示屏由所述核心处理器控制，用于显示所述用电器的实际用电数据，所述实际用电数据包括所述数字调压模块调节后的所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态。

优选地，所述数字调压模块包括电磁单元、数字调压开关和智能交直流转换器；

所述电磁单元包括铁芯和围绕所述铁芯设置的线圈，所述线圈由所述数字调压开关控制，所述数字调压开关由所述核心处理器控制，以调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压的大小，并将调节结果反馈给所述核心处理器；

所述数字调压开关的输出端与所述智能交直流转换器相连，所述智能交直流转换器由所述核心处理器控制，当所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出交流电时，所述智能交直流转换器不对输入的交流电做处理，当所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出直流电时，所述智能交直流转换器对输入的交流电进行处理使其转换为直流电后输出，并将处理结果反馈给所述核心处理器。

优选地，所述智能交直流转换器包括智能数字开关、整流电路和无整流电路；

所述智能数字开关由所述核心处理器控制，当交流电输入所述智能交直流转换器时，如果所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出交流电，则所述智能数字开关选择无整流电路进行输出，如果所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出直流电，则所述智能数字开关选择整流电路将输入的交流电整流为直流电后进行输出，并将处理结果反馈给所述核心处理器。

优选地，所述智能控制单元包括智能电表，所述智能控制单元通过监测单个用电器功率或已接入用电器总功率来同时监测单台或多台所述用电器。。

本发明具有以下有益效果：

当用电设备接入本发明所提供的智能插座时，所述智能插座并不会立即供电，而是通过微电流口采集用电器的用电数据(包括电压、电流、功率、负载、交直流形态)，并上传至智能控制单元，由智能控制单元判断后将分析结果下达到核心处理器，由核心处理器控制数字调压模块调节电压(包括电压大小、交直流形态)，然后再将调节后的数据反馈给智能控制单元。

本发明能够实现插座的信息化处理，使其更具智能化，从而满足能源互联网的发展需求，既方便了用户的使用，也方便了智能控制单元的调控，高效且节约地分配了资源。当发生危险情况(如过载、短路)时，智能控制单元或用户可以及时采取措施，有效地保障了使用的安全。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所提供的智能插座的结构示意图；

图2是本发明实施例中感知模块的连接示意图；

图3是本发明实施例中数字调压模块的结构示意图；

图4是本发明实施例中智能交直流转换器的结构示意图；

图5是本发明实施例中智能插座的外观示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种用于能源互联网的智能插座，如图1所示，所述智能插座包括基座11、感知模块12、核心处理器13、数字调压模块14和智能控制单元2；其中，基座11上设置有零线口z、火线口f、地线口g和微电流口m，微电流口m用于采集用电器上的用电数据；感知模块12用于接收所述用电数据，并将所述用电数据传送给核心处理器13；核心处理器13用于将所述用电数据传送给智能控制单元2，并根据智能控制单元2返回的分析结果控制数字调压模块14调节零线口z和火线口f之间的输出电压状态。

其中，所述用电数据包括所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态，所述输出电压状态包括输出电压的大小和交直流形态。

当用电设备(用电器)接入本发明所提供的智能插座时，智能插座的零线口z和火线口f并不会立即供电，而是通过微电流口m采集用电器的用电数据(包括电压、电流、功率、负载、交直流形态)，并上传至智能控制单元2，由智能控制单元2判断后将分析结果下达到核心处理器13，由核心处理器13控制数字调压模块14调节电压(包括电压大小、交直流形态)，然后再将调节后的数据反馈给智能控制单元2。

若智能控制单元2侦测到过载情况，其会向核心处理器13发送命令，使其控制数字调压模块14以减小电压的提供；若之后依然检测到过载的情况，智能控制单元2会向核心处理器发送命令，令数字调压模块14提供电压为零，同时报警以避免发生危险。

本发明能够实现插座的信息化处理，使其更具智能化，从而满足能源互联网的发展需求，既方便了用户的使用，也方便了智能控制单元的调控，高效且节约地分配了资源。当发生危险情况(如过载、短路)时，智能控制单元或用户可以及时采取措施，有效地保障了使用的安全。

优选地，如图1所示，所述智能插座还包括无线通信模块15，核心处理器13通过无线通信模块15将所述用电数据传送给智能控制单元2，智能控制单元2通过无线通信模块15将所述分析结果返回给核心处理器13。

其中，无线通信模块15可以支持蓝牙、ZigBee和WiFi等多种无线通信协议。智能控制单元2可以包括智能电表，智能控制单元2通过监测单个用电器功率或已接入用电器总功率来同时监测单台或多台所述用电器。

如图2所示，微电流口m采集到用电器的用电数据(包括电压、电流、功率、负载、交直流形态)后传送给感知模块12，感知模块12将所述用电数据传送给核心处理器13，核心处理器13将所述用电数据传送给无线网卡，之后再由无线网卡发送给智能电表，实现智能插座的信息化处理过程。如上所述，这里的无线网卡支持蓝牙、ZigBee、WiFi、802.11等无线通讯协议。

优选地，如图1所示，所述智能插座还包括报警器16，报警器16由核心处理器13控制；当智能控制单元2返回的分析结果中第一次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，核心处理器13控制数字调压模块14降低零线口z和火线口f之间的输出电压；

当智能控制单元2返回的分析结果中第二次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，核心处理器13控制数字调压模块14切断电压，并控制报警器16报警，提醒用户进行处理。

优选地，所述智能插座还包括独立电源17，独立电源17为低压电源，用于对核心处理器13供电。需要说明的是，本发明中的智能插座也可以直接使用自身的输入电压作为电源为核心处理器13供电。

优选地，所述智能插座还包括设置在基座11上的显示屏18，显示屏18由核心处理器13控制，用于显示所述用电器的实际用电数据，所述实际用电数据包括数字调压模块14调节后的所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态。此外，显示屏18还可以显示用电器的状态信息，如正常工作、过载等。

进一步地，如图3所示，数字调压模块14包括电磁单元141、数字调压开关142和智能交直流转换器143；

电磁单元141包括铁芯141a和围绕铁芯141a设置的线圈141b，线圈141b由数字调压开关142控制，数字调压开关142由核心处理器13控制，以调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压的大小，并将调节结果反馈给核心处理器13；

数字调压开关142的输出端与智能交直流转换器143相连，智能交直流转换器143由核心处理器13控制，当核心处理器13控制智能交直流转换器143输出交流电时，智能交直流转换器143不对输入的交流电做处理，当核心处理器13控制智能交直流转换器143输出直流电时，智能交直流转换器143对输入的交流电进行处理使其转换为直流电后输出，并将处理结果反馈给核心处理器13。

更进一步地，如图4所示，智能交直流转换器143包括智能数字开关143a、整流电路143b和无整流电路143c；

智能数字开关143a由核心处理器13控制，当交流电输入智能交直流转换器143时，如果核心处理器13控制智能交直流转换器143输出交流电，则智能数字开关143a选择无整流电路143c进行输出，如果核心处理器13控制智能交直流转换器143输出直流电，则智能数字开关143a选择整流电路143b将输入的交流电整流为直流电后进行输出，并将处理结果反馈给核心处理器13。

具体地，所述智能插座中核心处理器的主要功能如下：

a、接收感知模块传来的信息(包括电压、电流、功率、负载、交直流形态)，并传送给无线通信模块(可支持蓝牙，ZigBee，WiFi等)；

b、将智能控制单元下达的指令传送给数字调压模块令其作出相应地处理，或接收数字调压模块传送来的信息，并传送给无线通信模块(可支持蓝牙，ZigBee，WiFi等)。

c、与无线通信模块(可支持蓝牙，ZigBee，WiFi等)互相传递信息。

d、对报警器发送指令。

具体地，所述智能控制单元的主要功能如下：

a、接收核心处理器传来的感知模块中的信息(包括电压、电流、功率、负载、交直流形态)，并检查是否功率发生过载，若没有过载则对核心处理器发送指令，核心处理器再对数字调压模块发送指令调压(包括电压大小、交直流形态)。

b、若测到功率发生过载，则对核心处理器发送命令，降低电压。

c、若降低电压后依然测到发生过载，则对核心处理器发送命令切断电压，同时令报警器报警。

d、若智能控制单元发现某用电器的电已经充满，则对核心处理器发送命令，令其降低电压提供或切断电源。

进一步地，所述智能插座上可以包括多个零线口z和火线口f，即制作成智能插排的形式，并且，每一对零线口z和火线口f均为其配备一个微电流口m，如图5所示。

下面以一些具体的实施例对本发明所提供的智能插座的功用进行详细的阐述。

实施例一

使用本发明所述智能插座，用户可省去各种规格的变压器，节约资源。比如用户去旅游，如果用普通插座，则要带上笔记本电脑变压器(220V转20V)、手机变压器(220V转5V)、平板电脑变压器(220V转5V)、剃须刀变压器(220V转12V)等各种变压器。有了本发明所述的智能插座以后，就可以省去那些笨重的变压器。

用电设备只需要配置有与本发明所述智能插座相吻合的接口和程序模块。用户出行时，只要走到任意一个安装有本发明所述智能插座和智能控制单元(如智能电表)的地方，然后把插头接上插座，本发明所述智能插座就可以配合智能控制单元(如智能电表)自适应地调节合适的电压(包括电压数值大小和交直流形态)，并附带有过载处理功能。

或者，如果用户所在的地方只有普通插座，但却有本发明所述智能控制单元(如智能电表)的话，也可以携带具有本发明所述智能插座功能的插排，把具有本发明所述智能插座功能的插排接上普通插座，该智能插排亦可以配合智能控制单元(如智能电表)实现本发明所述智能插座的功能。

或者，可以把一个小区中每家每户的智能控制单元(如智能电表)统一安装在一个网络好的地方，这样所有的智能插座或者智能插排都能与其进行流畅的网络通信，用户可不必关心智能控制单元(如智能电表)的问题。

实施例二

当笔记本电脑充满电时，感知模块将信息发送给智能电表，智能电表即令数字调压模块降低其电压供电，延长笔记本电脑寿命。

笔记本电脑充满电时，可通过微电流口m向本发明所述智能插座的感知模块发送一条信息，该信息说明该笔记本电脑内电池的电量已满，请求智能插座不要再给它提供电压或适当降低给它提供的电压。感知模块把该信息转达给核心处理器，核心处理器将信息反馈给智能电表，由智能电表分析以后根据家里用电器的负载情况和该笔记本电脑提出的要求确定需要降低的电压的大小。之后智能电表给核心处理器下达相应指令，核心处理器再向数字调压模块下达相应指令。数字调压模块完成指令以后再把完成情况通过核心处理器转达给智能电表，智能电表作记录，从而达到一个反馈的作用。

或者，笔记本电脑在充满电时可直接向感知模块发送信息，该信息中包含降低电压的请求和需要降低的电压百分比。也就是把分析需要降多少电压的职能从智能电表转移到了用电器本身，智能电表只需要综合负载情况作出反馈，这样可以减小智能电表需要承受的处理负担。

实施例三

当新的用电器接入本发明所述智能插座，通过微电流口m向感知模块告知其所需电压(包括电压数值大小和交直流形态)，感知模块转达给核心处理器，核心处理器再转达给智能电表。智能电表分析该新接入用电器所要求的电压，再综合智能电表上记录的已经接入用户的用电器电压进行分析：

若发现再提供给该新接入的用电器其要求的电压会发生过载，则考虑降低安全且不影响正常使用范围内百分比的电压给该新接入的用电器；

若发现降低电压后影响该新接入用电器的正常使用，则令报警器报警；

若发现降低电压后依然导致该新接入用电器或已接入用电器总功率过载，则令报警器报警。

若当已接入本发明所述智能插座的用电器向智能电表提出电压调节要求时：该用电器通过微电流口m向感知模块告知其所需电压(包括电压数值大小和交直流形态)，感知模块转达给核心处理器，核心处理器再转达给智能电表。智能电表分析该已接入用电器所要求的电压，再综合智能电表上记录的已经接入用户的用电器电压进行分析：

若发现再提供给该已接入的用电器其要求的电压会发生过载，则考虑降低安全且不影响正常使用范围内百分比的电压给该已接入的用电器；

若发现降低电压后影响该已接入用电器的正常使用，则令报警器报警；

若发现降低电压后依然导致该已接入用电器或已接入用电器总功率过载，则令报警器报警。

综上所述，本发明能够实现插座的信息化处理，使其更具智能化，从而满足能源互联网的发展需求，既方便了用户的使用，也方便了智能控制单元的调控，高效且节约地分配了资源。当发生危险情况(如过载、短路)时，智能控制单元或用户可以及时采取措施，有效地保障了使用的安全。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种用于能源互联网的智能插座，其特征在于，包括基座、感知模块、核心处理器、数字调压模块、无线通信模块和智能控制单元；

所述基座上设置有零线口、火线口、地线口和微电流口，所述微电流口用于采集用电器上的用电数据；

所述感知模块用于接收所述用电数据，并将所述用电数据传送给所述核心处理器；

所述核心处理器用于通过所述无线通信模块将所述用电数据传送给所述智能控制单元，并根据所述智能控制单元通过所述无线通信模块返回的分析结果控制所述数字调压模块调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压状态。

2.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，所述用电数据包括所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态，所述输出电压状态包括输出电压的大小和交直流形态。

3.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，所述无线通信模块支持蓝牙、ZigBee和WiFi无线通信协议。

4.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括报警器，所述报警器由所述核心处理器控制；

当所述智能控制单元返回的分析结果中第一次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，所述核心处理器控制所述数字调压模块降低所述零线口和所述火线口之间的输出电压；

当所述智能控制单元返回的分析结果中第二次提示单个用电器功率或已接入用电器总功率发生过载情况时，所述核心处理器控制所述数字调压模块切断电压，并控制所述报警器报警。

5.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括独立电源，所述独立电源为低压电源，用于对所述核心处理器供电。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括设置在所述基座上的显示屏，所述显示屏由所述核心处理器控制，用于显示所述用电器的实际用电数据，所述实际用电数据包括所述数字调压模块调节后的所述用电器上的电压、电流、功率、负载和交直流形态。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能插座，其特征在于，所述数字调压模块包括电磁单元、数字调压开关和智能交直流转换器；

所述电磁单元包括铁芯和围绕所述铁芯设置的线圈，所述线圈由所述数字调压开关控制，所述数字调压开关由所述核心处理器控制，以调节所述零线口和所述火线口之间的输出电压的大小，并将调节结果反馈给所述核心处理器；

所述数字调压开关的输出端与所述智能交直流转换器相连，所述智能交直流转换器由所述核心处理器控制，当所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出交流电时，所述智能交直流转换器不对输入的交流电做处理，当所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出直流电时，所述智能交直流转换器对输入的交流电进行处理使其转换为直流电后输出，并将处理结果反馈给所述核心处理器。

8.根据权利要求7所述的智能插座，其特征在于，所述智能交直流转换器包括智能数字开关、整流电路和无整流电路；

所述智能数字开关由所述核心处理器控制，当交流电输入所述智能交直流转换器时，如果所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出交流电，则所述智能数字开关选择无整流电路进行输出，如果所述核心处理器控制所述智能交直流转换器输出直流电，则所述智能数字开关选择整流电路将输入的交流电整流为直流电后进行输出，并将处理结果反馈给所述核心处理器。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的智能插座，其特征在于，所述智能控制单元包括智能电表，所述智能控制单元通过监测单个用电器功率或已接入用电器总功率来同时监测单台或多台所述用电器。