电力采集系统.pdf

本发明公开了一种电力采集系统，用于自设置在不同的地理区域位置内的采集终端获取公用商品能耗信息，并将这些信息通过程式化表单或地图形式在一个监控设备上加以可视化显示，其中所述地理区域位置包括已知地理区域和未知地理区域，包括：应用数据设备，接收来自所述已知地理区域内的采集终端的公用商品能耗信息；定位设备，根据应用数据设备获取的公用商品能耗信息来确定在未知地理区域内的采集终端以对其加以定位，其中所述定位设备根据应用数据设备的一个最大信号值来确定与所述应用数据设备最接近的采集终端的定位信息，并反馈给应用数据设备；监控设备，连接于所述定位设备并将所述公用商品能耗信息与各自相应的采集终端之间建立关联。

权利要求书
1.  电力采集系统，用于自设置在不同的地理区域位置内的采集终端获取公 用商品能耗信息，并将这些信息通过程式化表单或地图形式在一个监控设备上 加以可视化显示，其中所述地理区域位置包括已知地理区域和未知地理区域， 其特征在于所述系统包括：应用数据设备，接收来自所述已知地理区域内的采 集终端的公用商品能耗信息；定位设备，根据应用数据设备获取的公用商品能 耗信息来确定在未知地理区域内的采集终端以对其加以定位，其中所述定位设 备根据应用数据设备的一个最大信号值来确定与所述应用数据设备最接近的采 集终端的定位信息，并反馈给应用数据设备；以及监控设备，连接于所述定位 设备并将所述公用商品能耗信息与各自相应的采集终端之间建立关联。

2.  根据权利要求1所述的电力采集系统，其特征在于：所述应用数据设备 是一个可移动设备。

3.  根据权利要求1所述的电力采集系统，其特征在于：进一步包括输出界 面，用于根据所述关联进行可视化显示，其中所述未知地理区域内的关联是根 据与这个最大信号值最接近的已知地理区域内的关联加以判断。

4.  根据权利要求1所述的电力采集系统，其特征在于进一步包括：发电装 置，通过所述地理区域位置内的电网电力线获取工作电力，并通过逆变器向所 述的公用商品馈送电能；连接所述发电装置的公用商品储能装置，用于收集公 用商品，其中所述采集终端分别连接所述逆变器和公用商品储能装置。

5.  根据权利要求4所述的电力采集系统，其特征在于：在所述公用商品储 能装置与采集终端之间设置电能分配装置，包括主断路器，连接所述公用商品 储能装置并控制公用商品的供给；表箱，用于装设和封围多个采集终端，其中 这些采集终端受控于所述主断路器；采集器，连接所述的多个采集终端以读取 公用商品能耗信息，其中每一采集终端连接一路发电装置，采集器进一步连接 至前述监控设备以发送系统的总用能数据信息，采集器与监控设备以及与采集 终端之间是通过无线M-BUS方式连接。

6.  根据权利要求4所述的电力采集系统，其特征在于：所述发电装置为光 伏电池板，通过获取光能转换为电能向所述公用商品储能装置或电网电力线馈 送。

7.  根据权利要求5所述的电力采集系统，其特征在于：所述采集器为电表， 通过所述电表采集其他类型公用商品能耗信息，将所采集到的其他类型公用商 品能耗信息集成至此电表所采集的电力能耗信息中加以发送，其中通过公用商 品储能装置向采集其他类型公用商品能耗信息的采集终端提供工作电力。

8.  根据前述权利要求1～7之任一项所述的电力采集系统，其特征在于：所 述公用商品包括电能、水能、热能或天然气中的一个或组合。

9.  根据前述权利要求1～7之任一项所述的电力采集系统，其特征在于：采 集终端包括采集端，用于连接外部电流模拟信号源以获取电流信号；检测电路， 耦合于所述采集端且接出至负载电路，用于根据控制信号输出一个调制电压， 其中，检测电路进一步设置有：第一传感电路，连接所述采集端且用于根据采 集端输出的电流信号I来获取一个第一控制电压信号V1；第二传感电路，连接 所述采集端且用于根据采集端输出的电流信号I来获取一个第二控制电压信号 V2；功率控制电路，连接于所述第一、第二传感电路之间且用于将控制电压信 号限定在一个预设值范围内。

10.  根据权利要求9所述的电力采集系统，其特征在于：所述检测电路进一 步包括一个功率控制电路，用以暂存第一控制电压值V1、第二控制电压值V2并 控制所述采集端改变其输出电压以输出第一、第二调整电压VOUT1、VOUT2；
或者所述检测电路进一步包括一个比例调整电路，用于将所述的电压幅值比 例调整成一个与负载电路的全压降成一定比例的电压值；
或者所述检测电路包括一个硬件状态机，用于产生增益来控制所述检测电路 在第一与第二控制电压信号之间的工作状态的切换。

说明书电力采集系统
技术领域
本发明涉及电力系统电力采集技术，更特定言之，本发明实施例涉及一种基于 无线通信技术的电力采集系统。
背景技术
随着近年来国家对用电信息采集系统的大力建设，无线GPRS通信网络在电力 行业得到广泛应用。而在一些偏远山区，无线GPRS网络尚未覆盖，这些地区 的用电数据目前还无法采集到计算机系统，因此需要做出改进。
发明内容
本发明技术方案解决前述缺陷，设计一种基于无线通信技术，尤其是基于北斗 卫星导航技术的电力信息采集系统，能够通过北斗导航系统技术对一定目标地 理区域内的电力采集终端进行精确定位来实现电力信息的有效采集。
为了实现上述目的，本发明技术方案为：电力采集系统，用于自设置在不同的 地理区域位置内的采集终端获取公用商品能耗信息，并将这些信息通过程式化 表单或地图形式在一个监控设备上加以可视化显示，其中所述地理区域位置包 括已知地理区域和未知地理区域，其中电力采集系统包括：应用数据设备，接 收来自所述已知地理区域内的采集终端的公用商品能耗信息；定位设备，根据 应用数据设备获取的公用商品能耗信息来确定在未知地理区域内的采集终端以 对其加以定位，其中所述定位设备根据应用数据设备的一个最大信号值来确定 与所述应用数据设备最接近的采集终端的定位信息，并反馈给应用数据设备； 监控设备，连接于所述定位设备并将所述公用商品能耗信息与各自相应的采集 终端之间建立关联。
在第一改进方面，所述应用数据设备是一个可移动设备，例如手持PDA或移动 电话机。在第二改进方面，进一步包括输出界面，用于根据所述关联进行可视 化显示，其中所述未知地理区域内的关联是根据与这个最大信号值最接近的已 知地理区域内的关联加以判断。
作为第三改进方面，电力采集系统具有对所述地理位置区域内的用户分布式发 电电源的能耗进行存储和采集的部件或装置，以便于对这部分由用户用能并重 新向电网电力源馈送电力或其他公用商品能量进行计算和管理。
为了实现此目的，本发明电力采集系统又包括了：发电装置，通过所述地理区 域位置内的电网电力线获取工作电力，并通过逆变器向所述的公用商品馈送电 能；连接所述发电装置的公用商品储能装置，用于收集公用商品，其中所述采 集终端分别连接所述逆变器和公用商品储能装置。在所述公用商品储能装置与 采集终端之间设置电能分配装置，包括主断路器，连接所述公用商品储能装置 并控制公用商品的供给；表箱，用于装设和封围多个采集终端，其中这些采集 终端受控于所述主断路器；采集器，连接所述的多个采集终端以读取公用商品 能耗信息，其中每一采集终端连接一路发电装置。
在一个实施例中，所述发电装置为光伏电池板，所述采集器为电表,通过所述电 表采集其他类型公用商品能耗信息，将所采集到的其他类型公用商品能耗信息 集成至此电表所采集的电力能耗信息中加以发送，其中通过公用商品储能装置 向采集其他类型公用商品能耗信息的采集终端提供工作电力。所述公用商品包 括电能、水能、热能或天然气中的一个或组合。
在另一个实施例中，在所述公用商品储能装置与采集终端之间设置电能分配装 置，包括主断路器，连接所述公用商品储能装置并控制公用商品的供给；表箱， 用于装设和封围多个采集终端，其中这些采集终端受控于所述主断路器；采集 器，连接所述的多个采集终端以读取公用商品能耗信息，其中每一采集终端连 接一路发电装置，采集器进一步连接至前述监控设备以发送系统的总用能数据 信息，采集器与监控设备以及与采集终端之间是通过无线M-BUS方式连接。
进一步地，所述发电装置为光伏电池板，通过获取光能转换为电能向所述公用 商品储能装置或电网电力线馈送。
作为进一步改进，所述采集器较佳为电表，电表作为有源电力设备，以及目前 电表的集成化和智能化的改进，可通过所述电表采集其他类型公用商品能耗信 息。
为了实现此目的，本发明电表将所采集到的其他类型公用商品能耗信息集成至 此电表所采集的电力能耗信息中加以发送，其中通过公用商品储能装置向采集 其他类型公用商品能耗信息的采集终端提供工作电力。
作为改进，所述公用商品包括电能、水能、热能或天然气中的一个或组合。
本发明实施例的技术效果是显而易见的，首先可通过定位设备基于北斗导航系 统的精确定位技术将某些施工和维护较为困难，或通讯连接信号较弱的预选地 理区域内的电力采集终端进行定位和有效的无线通讯连接，从而高效地读取这 些采集终端的数据。进一步地，可通过在电网环境内设置光伏能源发电装置和 储能装置来存储这部分由用户馈送至电网的新电能，并能够分布式地设置电力 采集终端来计算和管理这部分电能能耗。
附图说明
本发明详尽技术方案将通过参照附图的方式加以详尽描述，其中：
图1为本发明电力采集系统的主要结构功能原理框图；
图2为基于北斗导航的电力采集系统的主要结构功能原理图；
图3为本发明电力采集系统功率输出控制电路的主要功能结构电气图。
具体实施方式
实施例1：参照图1，本发明电力采集系统的较佳实施例是用于自设置在不同的 地理区域位置I、II内的采集终端600获取公用商品能耗信息，并将这些信息通 过程式化表单或地图形式在一个监控设备603上加以可视化显示，其中所述地 理区域位置包括已知地理区域801和未知地理区域802，其中包括：应用数据设 备601，接收来自所述已知地理区域801内的采集终端600的公用商品能耗信息； 定位设备602，根据应用数据设备601获取的公用商品能耗信息来确定在未知地 理区域802内的采集终端以对其加以定位，其中所述定位设备602根据应用数 据设备601的一个最大信号值来确定与所述应用数据设备601最接近的采集终 端的定位信息，并反馈给应用数据设备601；监控设备603，连接于所述定位设 备602并将所述公用商品能耗信息与各自相应的采集终端之间建立关联。所述 关联是将公用商品能耗信息与采集终端的(例如)设备代码进行对应，从而将 所述采集终端的地理位置信息和设备终端进一步建立对应关系，因此可以根据 对采集终端的定位信息作为对其能耗数据进行获取的依据。
在所述实施例1的第一改进方面，所述应用数据设备601是一个可移动设备， 例如手持PDA或移动电话机，电力系统运维人员可以携带设备601沿着预定轨 迹W向A方向跨过已知地理位置区域801，从而根据无线方式，例如GPRS或 ZIGBEE读取与之邻近的可读范围内的采集终端600的能耗采集数据。而对于某 些不确定区域内的采集终端600，由于某些实际原因，例如地理位置行驶上的障 碍或未列入电力管理部门中的有效用户列表内的用能单元，可通过已知区域801 内的采集终端600向未知区域802内的采集设备发送读取请求信号，若接收到 反馈信号，则告知便携式数据设备601，从而便于进一步直接通过设备601与之 通信。在所述实施例1的第二改进方面，监控设备603又包括输出界面，用于 根据所述关联进行可视化显示，其中所述未知地理区域802内的关联是根据与 这个最大信号值最接近的已知地理区域801内的关联加以判断。
进一步参照图1，在所述实施例1的第三改进方面，电力采集系统进一步包括发 电装置604，通过所述地理区域位置801、802内的电网电力线PL获取工作电力， 并通过逆变器605向所述的公用商品馈送电能；连接所述发电装置604的公用 商品储能装置606，用于收集公用商品，其中所述采集终端600分别连接所述逆 变器605和公用商品储能装置606。在所述公用商品储能装置606与采集终端 600之间设置电能分配装置607，包括主断路器617，连接所述公用商品储能装 置606并控制公用商品的供给；表箱627，用于装设和封围多个采集终端600， 其中这些采集终端受控于所述主断路器617；采集器637，连接所述的多个采集 终端600以读取公用商品能耗信息，其中每一采集终端600连接一路发电装置 604。在一个实施例中，采集器637进一步连接至前述监控设备603以发送系统 的总用能数据信息，采集器637与监控设备603，以及与采集终端600之间可通 过无线M-BUS方式连接。
在此第三改进方面的基础上，所述发电装置604较佳为光伏电池板，通过获取 光能(例如太阳能)转换为电能对电网内用户用能设备进行供电。在一个较佳 例子中，所述采集器637为电表,通过所述电表采集其他类型公用商品能耗信 息，将所采集到的其他类型公用商品能耗信息集成至此电表所采集的电力能耗 信息中加以发送，其中通过公用商品储能装置向采集其他类型公用商品能耗信 息的采集终端提供工作电力。
作为前述实施例的改进，所述公用商品包括电能、水能、热能或天然气中的一 个或组合，即采集终端600相应地可以是电表、水表、热表或气表中的一种或 其等组合。
参照图2，设计一种基于北斗导航系统的电力采集系统，由通讯耦合的用户层 100和北斗通讯传输层200组成，其中用户层100设有用户公用能耗负载3和与 之连接的采集终端600，北斗通讯传输层200设有：定位设备602，用于定位所 述采集终端600；用户指挥机608，其具有与所述采集终端600进行双向通讯的 专用协议处理芯片；以及监控设备603，连接所述用户指挥机608进行电力采集 数据监控，其中所述定位设备602选用北斗卫星，通过北斗短报文通信方式与 所述用户指挥机608连接。
参照图3，采集终端600包括采集端2，用于连接外部电流模拟信号源以获取电 流信号；检测电路1，耦合于所述采集端2且接出至负载电路3，用于根据控制 信号输出一个调制电压，其中，检测电路1进一步设置有：第一传感电路，连 接所述采集端2且用于根据采集端2输出的电流信号I来获取一个第一控制电压 信号V1；第二传感电路，连接所述采集端且用于根据采集端2输出的电流信号 I来获取一个第二控制电压信号V2；功率控制电路，连接于所述第一、第二传 感电路之间且用于将控制电压信号限定在一个预设值范围内。
其中，所述检测电路1设计用以获取和检测第一、第二控制电压或阻抗信号(例 如通过检测负载3回路上的阻抗损耗RSENSE或RLINE来检测控制电压信号)。在 一个实施例中，所述检测电路1设计用以根据一个第一控制状态增益GAIN1来 控制所述采集端2输出一个第一调整电压VOUT1；又根据一个第二控制状态增益 GAIN2(或者暂态改变所述采集端的输出电压)来控制所述采集端2输出一个 第二调整电压VOUT2。在另一个实施例中，所述检测电路1设计用以根据所述第 一调整电压VOUT1和第二调整电压VOUT2来判断两者间的差值，以此来获得一个 第三控制电压VDROP，此电压是根据所述采集端2与负载电路3之间的电压幅值 比例(例如10％的增益比例，可以预设)来决定的。在一个实施例中，所述检 测电路1设计用以根据第一控制电压信号V1，利用所得到的第三控制电压VDROP来获得一个补偿电压。所述检测电路1进一步包括一个功率控制电路(如图中 的采样保持电路50、52、82、92、93)，用以暂存第一控制电压值V1、第二控 制电压值V2并控制所述采集端2改变其输出电压以输出第一、第二调整电压 VOUT1、VOUT2。在一个例子中，所述检测电路1进一步包括一个比例调整电路， 用于将所述的电压幅值比例调整成一个与负载电路3的全压降成一定比例的电 压值。
检测电路1可包括一个硬件状态机4，用于产生增益来控制所述检测电路1在第 一与第二控制电压信号之间的工作状态的切换。
以图3的电路为例来描述这个技术方案的技术意图。首先设定切换开关S1，这 样就可以实现在第一、第二传感电路之间的切换，在本发明中，第一、第二传 感电路并没有具体的标记或数字字母代号，而是通过若干个元器件、芯片或交 替组合使用的方式实现了输出不同电压/电流，而在本发明中，将具体描述如下： 使用一个切换开关S1，根据状态机4(例如一个DSP单片机设备)的激励增益 信号来周期性地对功率控制电路输出控制信号，例如使用功率调制信号(PWM) 波形，在T1时间周期内，连接在一个正常采集状态，此刻采集端2的采集电流 和电压逐渐升高至稳态，以提供一个电压V1给负载3(即提供一个完全的负载 电流给负载3)，图3中的实施例提供一个反馈回路，在此状态下，采集端2采 用这个输出回路中的实际恒定输出电压产生一个反馈电压来实现调整。此时开 关S1通过引线22接触至反馈运放46，从而控制采集端2的占空比以保持输入 至反馈放大器46中的输入电压恒定。例如，可在引线22上接出一个电容器(未 绘示出)以及接地端导引线作为基准源。
在T1这个正常状态下，差分放大器80将采集端2与负载3回路上的电压加以放 大，为了采集这个电压，使用一个低值电阻器RSENSE，通过状态机4输出一个增 益激励源GAIN1，放大器80输出一个表示负载3的电压VOUT1。
在回路14、15上的电流ILOAD达到稳态电流I1后，状态机4控制采样保持电路 82来存储这个VOUT1的数值(例如通过寄存器)。因此可以得知，VOUT1＝ GAIN1·I1·RSENSE。同样地，当回路14、15上的电压达到稳态电压V1后，状 态机4控制另一个采样保持电路50来存储这个电压V1，此时可以判断出V1＝ VLOAD+(I1·RLINE)，其中VLOAD为负载3两端的电压，而RLINE为引线14、15 上的总电阻值。
当以上情况都满足以后，状态机4初始化电路，将投切开关S1接触至差分放大 器88，且状态机4输出一个更大的激励源GAIN2给差分放大器80，使得放大 器80产生一个输出电压VOUT2，从而这个反馈回路控制采集端2以使得差分放 大器88端输入的电压不变，即VOUT1＝VOUT2。在ILOAD降低至一个等于 I1·(GAIN1/GAIN2)的值时，方能够实现不变。此输出电流的降低导致输出电压 V2的降低，从而V2＝VLOAD+(I2·RLINE)＝VLOAD+I1·(GAIN1/GAIN2)·RLINE。 当输出电压V2达到稳态电压时，输出电压V2存储于采样保持电路52中，此时 采集端不输出一个调整电压，而输出一个偏置电压。
通过减法器68(例如比较电路)产生VOUT1-VOUT2，并通过减法器69产生V1-V2， 将此电压传输给采样保持电路92、93加以暂存。这个VOUT1-VOUT2作为一个小 幅电压差(按照前述，本发明的技术方案的一部分组成是通过将这个由于回路 14、15上的小幅电流变化而产生的小幅电压差对采集电路加以补偿以实现采集 端的输出稳定)，从而采样保持电路92可产生一个激励源GAIN3，它满足 VDROP/(V1-V2)＝GAIN2/(GAIN2-GAIN1)(即前述中的调整比例)，用以完全补 偿回路14、15上的实际电压。
负载回路上的电压VDROP与V1-V2通过放大器75后产生一个补偿基准源VREF2， 这个补偿基准源与采集端2的输出电压随后输出给反馈运放46。此刻，状态机 4又控制投切开关S1连接运放46的输出端，采集端2处于工作状态以保证输出 电压符合VREF2，以补偿引线14、15上的总电压。
如图3所示的，在负载3的两端增加电容器42，以保障负载3上的负载电流呈 现平滑的坡度变化。根据前述实施例，在所述负载旁路上设置电容器42，以使 得在所述采集端2在第一控制电压V1与第二控制电压V2状态下进行工作状态转 换时作为一个低阻抗器件，且使得所述第一调整电压VOUT1与第二调整电压VOUT2之间的差值仅由采集端2与负载电路3之间的电气元件的阻抗RLINE或RLOAD来 判定。
采集端2可特定地包括设置于线路两极间的功率控制电路，较佳为一个双向晶 体管，或者可控硅等光电器件，以限定采集端2的输入电压不高于0.7V。
本发明的具体保护范围是通过所附权利要求加以限定的，应当了解，在前述实 施例的基础上应该有很多的变化方式，皆应涵盖于此限定范围内。