CN207339416U - 一种能量管理成套装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种能量管理成套装置，其包括装置箱体、能量集中管理控制终端装置、传输线、智能插座，装置箱体内侧设置有能量集中管理控制终端装置，能量集中管理控制终端装置通过传输线连接智能插座，传输线穿过装置箱体，本实用新型实现了通过WIFI或以太网连接到云端服务器进行数据上传和接收命令，通过RS232等接口与逆变器进行通讯，可对电流、电压、频率、功率、功率因数、谐波、环境温度、环境湿度、烟雾颗粒浓度等进行测量，并将数据上传，优化交互界面，可以根据采集到的信息提出数种用电优化策略供用户选择，能量集中管理控制终端装置和智能插座之间可通过ZigBee进行通信的功能。

Description

一种能量管理成套装置

技术领域

本实用新型涉及能源设备域，具体的说是一种能量管理成套装置。

背景技术

国内外针对分布式电源、储能和可控负荷等设备接入电力***研究主要围绕着以下几个方面进行：1.分布式设备接入对于配电***的影响分析, 其中重点关注了对配电***稳定性、保护、电能质量和可靠性等方面的影响；2.分布式设备的规划问题，研究重点在于分布式电源与储能设备在配电***内的选址与定容,目的是通过合理规划各种分布式设备,实现改善电压轮廓、降低网损、延迟投资、提高***可靠性等目标；3.分布式设备的协调与控制，其中,研究重点包括含分布式电源与储能设备的智能配网或微网的能量管理、无功与电压控制等问题。

可以看出,目前针对分布式电源与储能等设备的研究主要是从智能配电***或微网的角度出发的,关注的重点在于如何实现配电***或微网内功率的平衡与局部优化，在研究时,一般将主网看成一个无穷大电源,并假定由于分布式电源的容量较小,其运行行为对主网的影响可以忽略，当分布式电源的渗透率较低时,这样的假定是合理的，但随着电力***内分布式电源的不断增多,其对大***的影响将越来越显著，此时,不论从经济性还是安全性的角度看,仅仅对分布式设备进行局部协调都是不够的，因此,能源互联网研究着眼于广域内海量分布式设备之间的信息交互与协调，通过进一步扩大各设备间的信息互联,可以更好的利用广域内分布式电源的时空互补性,并充分发挥储能和可控负荷等设备的调峰潜力,进一步提高***的整体经济性与安全性。

因此设计一种通过WIFI或以太网连接到云端服务器进行数据上传和接收命令，通过RS232等接口与逆变器进行通讯，可对电流、电压、频率、功率、功率因数、谐波、环境温度、环境湿度、烟雾颗粒浓度等进行测量并将数据上传，可提出数种用电优化策略的能量管理成套装置，正是发明人要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种能量管理成套装置，能实现通过WIFI或以太网连接到云端服务器进行数据上传和接收命令，通过RS232等接口与逆变器进行通讯，可对电流、电压、频率、功率、功率因数、谐波、环境温度、环境湿度、烟雾颗粒浓度等进行测量并将数据上传，可提出数种用电优化策略的功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能量管理成套装置，其包括装置箱体、能量集中管理控制终端装置、传输线、智能插座，所述装置箱体内侧设置有能量集中管理控制终端装置，所述能量集中管理控制终端装置通过传输线连接智能插座，所述传输线穿过装置箱体；

还包括组成能量集中管理控制终端装置的装置入口端子、装置出口端子、主板接线端子、电流互感器、电压互感器、模数转换模块、供电单元、载波模块、RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口、 TMS320F28335核心板，所述装置入口端子连接主板接线端子，所述主板接线端子分别连接电压互感器、载波模块、供电单元，所述电压互感器连接模数转换模块，所述模数转换模块连接TMS320F28335核心板，所述 TMS320F28335核心板连接载波模块，所述TMS320F28335核心板分别连接 RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块，所述TMS320F28335 核心板分别连接温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口，所述装置入口端子连接装置出口端子，所述装置入口端子与装置出口端子之间的导线穿过电流互感器，所述电流互感器连接模数转换模块；

还包括组成智能插座的采样电路、放大电路、模数转换模块、供电单元、继电器、时钟及存储、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP芯片及其电源电路，所述继电器、供电单元、采样电路通过进线插头连接在一起，所述继电器连接出线插座，所述供电单元分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP芯片及其电源电路，所述DSP芯片及其电源电路分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏，所述DSP芯片及其电源电路连接继电器，所述采样电路连接放大电路，所述放大电路连接模数转换模块，所述模数转换模块连接DSP芯片及其电源电路，所述供电单元连接继电器。

进一步，所述时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee 模块、显示屏与DSP芯片及其电源电路之间为信号输送回路。

进一步，所述时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee 模块、显示屏与供电单元之间为能量输送回路。

进一步，所述能量集中管理控制终端装置按照用户不同分为分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置、商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置，组成两种装置的电子元器件除电流互感器之外所有电子元器件均相同，所述设置在分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置内的电流互感器并联电阻为200Ω，所述设置在商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置内的电流互感器并联电阻为100Ω。

进一步，所述主板接线端子型号为HB-9500-5P且接线端与装置入口端子插针焊接。

进一步，所述电压互感器采用DL-PT202H1微型电压互感器且工作电流设置为2mA。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型智能插座与能量集中管理控制终端装置之间采用ZigBee 通讯，能量集中管理控制终端装置入户集中器与楼层集中器之间采用载波通信，实现了能量集中管理控制终端装置通过WIFI或以太网连接到云端服务器进行数据上传和接收命令，分布式能源接入的能量集中管理控制终端装置通过RS232等接口与逆变器进行通讯。

2.本实用新型能量集中管理控制终端装置和智能插座通过采用电流互感器、电压互感器、温湿度传感器、空气质量传感器等电子元器件与主板连接相互之间协同工作，实现了可对电流、电压、频率、功率、功率因数、谐波、环境温度、环境湿度、烟雾颗粒浓度等进行测量，并将数据上传的功能。

3.本实用新型通过内置本地***配合高清触摸屏，实现了优化交互界面，可以根据采集到的信息提出数种用电优化策略供用户选择的功能。

4.本实用新型通过给能量集中管理控制终端装置和智能插座同时配备 ZigBee模块，实现了能量集中管理控制终端装置和智能插座之间可通过 ZigBee进行通信的功能。

附图说明

图1是本实用新型装置结构图。

图2是本实用新型能量集中管理控制终端装置结构框图。

图3是本实用新型智能插座结构框图。

图4是本实用新型电压互感器电路原理图。

图5是本实用新型电流互感器电路原理图。

图6是本实用新型模数转换芯片电路原理图。

图7是本实用新型载波模块电路原理图。

图8是本实用新型RS232接口电路原理图。

图9是本实用新型RS485接口电路原理图。

图10是本实用新型USB接口电路原理图。

图11是本实用新型温湿度传感器电路原理图。

图12是本实用新型空气质量传感器电路原理图。

图13是本实用新型WIFI模块电路原理图。

图14是本实用新型ZigBee模块电路原理图。

图15是本实用新型以太网接口电路原理图。

附图标记说明：1-装置箱体；2-能量集中管理控制终端装置；3-传输线；4-智能插座。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1至3是本实用新型装置结构图、能量集中管理控制终端装置2 结构框图、智能插座4结构框图，其包括装置箱体1、能量集中管理控制终端装置2、传输线3、智能插座4，装置箱体1内侧设置有能量集中管理控制终端装置2，能量集中管理控制终端装置2通过传输线3连接智能插座4，传输线3穿过装置箱体1；

还包括组成能量集中管理控制终端装置2的装置入口端子、装置出口端子、主板接线端子、电流互感器、电压互感器、模数转换模块、供电单元、载波模块、RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口、 TMS320F28335核心板，装置入口端子连接主板接线端子，主板接线端子分别连接电压互感器、载波模块、供电单元，电压互感器连接模数转换模块，模数转换模块连接TMS320F28335核心板，TMS320F28335核心板连接载波模块，TMS320F28335核心板分别连接RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块，TMS320F28335核心板分别连接温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口，装置入口端子连接装置出口端子，装置入口端子与装置出口端子之间的导线穿过电流互感器，电流互感器连接模数转换模块；

还包括组成智能插座4的采样电路、放大电路、模数转换模块、供电单元、继电器、时钟及存储、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP芯片及其电源电路，所述继电器、供电单元、采样电路通过进线插头连接在一起，继电器连接出线插座，供电单元分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP 芯片及其电源电路，DSP芯片及其电源电路分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏，DSP芯片及其电源电路连接继电器，采样电路连接放大电路，放大电路连接模数转换模块，模数转换模块连接DSP芯片及其电源电路，供电单元连接继电器。

时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏与DSP芯片及其电源电路之间为信号输送回路，时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏与供电单元之间为能量输送回路。

能量集中管理控制终端装置2按照用户不同分为分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置2、商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置2，组成两种装置的电子元器件除电流互感器之外所有电子元器件均相同，设置在分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置2内的电流互感器并联电阻为200Ω，设置在商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置2内的电流互感器并联电阻为100Ω。

主板接线端子型号为HB-9500-5P且接线端与装置入口端子插针焊接，电压互感器采用DL-PT202H1微型电压互感器且工作电流设置为2mA。

参见图4至15是本实用新型电压互感器电路原理图、电流互感器电路原理图、模数转换芯片电路原理图、载波模块电路原理图、RS232接口电路原理图、RS485接口电路原理图、USB接口电路原理图、温湿度传感器电路原理图、空气质量传感器电路原理图、WIFI模块电路原理图、ZigBee模块电路原理图以太网接口电路原理图，装置入口端子和装置出口端子均采用栅栏双面贯通式接线端子KT8-8-5P，该接线端子额定电压600V，额定电流 50A，尺寸89×24×45mm，5位端子按顺序分别接A相、B相、C相、N、PE，将该接线端子用螺丝固定，其中一面用于与外部接线，另一面用于装置内接主板接线端子和用户负载线；

主板接线端子采用栅栏式HB-9500-5P，该接线端子额定电压300V，额定电流30A，尺寸49×18×14.4mm，接线端接装置入口端子，插针端焊接于主板上，连接供电单元和载波模块；

电压互感器采用DL-PT202H1微型电压互感器，该电压互感器匝数比 1500:1500，额定电流2mA:2mA，相位差≤20′，线性度≤0.1％，最大负载 2KΩ，饱和电压4V，隔离耐压4KV，可在0.02～2kHz范围内使用，工作温度-35℃～+70℃，采用环氧树脂密封，尺寸19.5×18.3×17.2mm，适合于印制板安装。在设定额定工作电流时，为了更好的保证精度和线性，考虑到互感器的饱和电压与负载能力，将工作电流设定为2mA，当输入端输入220V交流电压时，被测电压后面串联一个限流电阻R1，其阻值为110kΩ，而互感器输入端线圈内阻为220Ω，则输入电流为I＝220V/(110kΩ+0.22k Ω)≈1.996mA，此时互感器的工作电流为1.996mA，互感器等比输出1.996mA 电流，在互感器二次侧并联一个采样电阻R2＝2V/1.996mA＝1002Ω，即可实现220V/2V的电压转换；

电流互感器采用DL-CT27C2.0微型电流互感器，外径φ34mm，内径φ 11mm，宽19.5mm，额定输入电流50A，额定输出电流25mA，变比2000:1，额定负载≤200Ω，比值误差≤±0.1％，相移≤10′，精度0.1级，线性度 0.05％，耐压强度4KV，50Ω时为常通电流0～200A，10Ω时为线性保护电流0～300A，采用环氧树脂密封，可用于0～200A单相/三相电流检测，0～ 300A单相/三相电机保护，为了保证精度和线性度，考虑到互感器的负载能力以及分布式能源的输出功率，将采样电阻设定为200Ω，当分布式能源设备输出的单相功率为6.6kW，即一次侧电流为30A时，二次侧电流为15mA，输出电压Uo＝15mA×200Ω＝3V，即可完成50A/3V的转换；

模数转换模块采用AD7606，这是一款16位8通道同步数据采集芯片，各通道均内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、 16位电荷再分配逐次逼近型模数转换器、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口，输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V的电压，该芯片采用5V单电源供电，可以处理±10V和±5V真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达200kSPS的吞吐速率采样；

由于板上模块较多，所需电压等级不同，供电单元需要提供12V、5V、 3.3V等电压。采用HB12N10模块将220V交流电压变换为12V直流电压，该模块为EMC电源模块，内部集成了防雷保护电路、抗干扰电路、AC-DC转换单元和滤波电路，输出电压稳定，保护可靠。采用MP1584EN模块和IB1205S 模块将12V直流变换为5V直流，其中IB1205S单独为AD7606芯片供电，保证芯片电源的稳定可靠，MP1584EN为其余模块供电。采用TPS73633芯片将5V直流变换为3.3V直流，为部分数字模块供电；

载波模块采用KQ-130E模块，是一款完全载波模块，传送数据与零点无关。在载波解调后做了数字滤波，提高其载波数据的抗干扰能力，速率越低效果越好，可以在0V至220V交直流电压下进行载波通讯，如：220V， 110V，80V，48V，36V，24V，12V等交直流电压以及停电情况下的载波通讯，最高通讯速率是400BPS。当选择100BPS通讯速率时可以提高抗干扰能力；

串口TTL转RS232采用MAX3232芯片，该芯片采用专有的低压差发送器输出级，仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容，即可利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时实现RS232功能，芯片传输速率120kbps数据速率。该芯片有两路接收器和两路驱动器，在本装置中，两路接收器和两路驱动器分别接两个DB9针接头，其中一个用于和逆变器或ARM通信，另一个用于二次开发调试，串口TTL转RS485采用MAX3490芯片，采用3.3V 供电，包含一个接收器和一个驱动器，无须电荷泵电容，自动完成TTL电平信号和RS485信号的转换，其输出接RJ45接口，用于和逆变器通信的备用接口，串口TTL转USB采用CH340G模块，主芯片为CH340G，模块在USB 口取5V电源供电，模块含有稳压二极管，将CH340G设置为3.3V工作模式，以便合DSP通讯；

时钟芯片采用DS1302Z，是一款高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，内置一个31×8位的用于临时存放数据的RAM寄存器，可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。储存芯片采用AT24C64，主要用于储存参数和扩展DSP的储存容量；

温湿度传感器采用AM2302传感器，内部包含一个电容式感湿器件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，无需模数转换，直接数字输出，体积小、功耗低，其湿度分辨率达0.1％RH，25℃下精度为± 2％，温度分辨率为0.1℃，精度为±0.5℃；

空气质量传感器采用MQ135，输出为模拟电压量，接AD7606芯片，输出电压值随浓度增加而增加，浓度越高电压越高，对氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽、烟雾等气体具有很高的灵敏度，具有长期的使用寿命和可靠的稳定性，测量量程为10至1000ppm；

WIFI模块采用USR-C215模块，该模块上集成了MAC、基频芯片以及功率放大器，内置低功耗运行机制，可以有效实现模块的低功耗运行；支持 WIFI协议以及TCP/IP协议，仅需简单配置即可实现UART设备的联网功能， ZigBee模块采用DRF1605H模块，这是一款串口TTL转ZigBee的无线透明传输模块，该模块集合了ZigBee自组网、低功耗、远距离传输、抗干扰能力强等优点，该模块使用方便，仅需添加少量***电路即可，以太网接口模块采用USR-K2，这是一款高性价比、多功能的超级网口，采用网口一体化设计，集成度高，体积小，实现串口TTL与以太网双向透明传输；

TMS320F28335核心板为自主研发的最小***板，板上有双路输出电源芯片TPS73HD301，仅需给核心板提供5V电源，该电源芯片即可提供 TMS320F28335所需要的3.3V和1.9V电源，板上搭载了一片外部SRAM，储存容量256K×16位，该核心板按照功能将87个IO引脚、16个AD转换引脚、7个JTAG引脚、5个电源引脚排列引出，简化了能量集中管理控制终端底板的设计和布线难度，提高可靠性。

本实用新型智能插座4与能量集中管理控制终端装置2之间采用 ZigBee通讯，能量集中管理控制终端装置2入户集中器与楼层集中器之间采用载波通信，实现了能量集中管理控制终端装置2通过WIFI或以太网连接到云端服务器进行数据上传和接收命令，分布式能源接入的能量集中管理控制终端装置2通过RS232等接口与逆变器进行通讯，能量集中管理控制终端装置2和智能插座4通过采用电流互感器、电压互感器、温湿度传感器、空气质量传感器等电子元器件与主板连接相互之间协同工作，实现了可对电流、电压、频率、功率、功率因数、谐波、环境温度、环境湿度、烟雾颗粒浓度等进行测量，并将数据上传的功能，通过内置本地***配合高清触摸屏，实现了优化交互界面，可以根据采集到的信息提出数种用电优化策略供用户选择的功能，通过给能量集中管理控制终端装置2和智能插座4同时配备ZigBee模块，实现了能量集中管理控制终端装置2和智能插座4之间可通过ZigBee进行通信的功能。

Claims (6)

1.一种能量管理成套装置，其特征在于：包括装置箱体、能量集中管理控制终端装置、传输线、智能插座，所述装置箱体内侧设置有能量集中管理控制终端装置，所述能量集中管理控制终端装置通过传输线连接智能插座，所述传输线穿过装置箱体；

还包括组成能量集中管理控制终端装置的装置入口端子、装置出口端子、主板接线端子、电流互感器、电压互感器、模数转换模块、供电单元、载波模块、RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口、TMS320F28335核心板，所述装置入口端子连接主板接线端子，所述主板接线端子分别连接电压互感器、载波模块、供电单元，所述电压互感器连接模数转换模块，所述模数转换模块连接TMS320F28335核心板，所述TMS320F28335核心板连接载波模块，所述TMS320F28335核心板分别连接RS232接口、RS485接口、USB接口、时钟及存储模块，所述TMS320F28335核心板分别连接温湿度传感器、空气质量传感器、WIFI模块、ZigBee模块、以太网接口，所述装置入口端子连接装置出口端子，所述装置入口端子与装置出口端子之间的导线穿过电流互感器，所述电流互感器连接模数转换模块；

还包括组成智能插座的采样电路、放大电路、模数转换模块、供电单元、继电器、时钟及存储、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP芯片及其电源电路，所述继电器、供电单元、采样电路通过进线插头连接在一起，所述继电器连接出线插座，所述供电单元分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏、DSP芯片及其电源电路，所述DSP芯片及其电源电路分别连接时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏，所述DSP芯片及其电源电路连接继电器，所述采样电路连接放大电路，所述放大电路连接模数转换模块，所述模数转换模块连接DSP芯片及其电源电路，所述供电单元连接继电器。

2.根据权利要求1所述的一种能量管理成套装置，其特征在于：所述时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏与DSP芯片及其电源电路之间为信号输送回路。

3.根据权利要求1所述的一种能量管理成套装置，其特征在于：所述时钟及存储模块、温湿度传感器、空气质量传感器、ZigBee模块、显示屏与供电单元之间为能量输送回路。

4.根据权利要求1所述的一种能量管理成套装置，其特征在于：所述能量集中管理控制终端装置按照用户不同分为分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置、商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置，组成两种装置的电子元器件除电流互感器之外所有电子元器件均相同，所述设置在分布式能源设备接入能量集中管理控制终端装置内的电流互感器并联电阻为200Ω，所述设置在商业居民用户接入能量集中管理控制终端装置内的电流互感器并联电阻为100Ω。

5.根据权利要求1所述的一种能量管理成套装置，其特征在于：所述主板接线端子型号为HB-9500-5P且接线端与装置入口端子插针焊接。

6.根据权利要求1所述的一种能量管理成套装置，其特征在于：所述电压互感器采用DL-PT202H1微型电压互感器且工作电流设置为2mA。