一种基于无线微电流碳标签的新型智能电表的制作方法

1.本发明涉及数据结构领域，尤其是涉及一种电力能源来源比例统计的基于无线微电流碳标签的新型智能电表。


背景技术：

2.综合能源系统的构建是促进清洁能源消纳、增强能源梯级利用、提高能源使用效率、实现多种形式能源协调运行的重要途径。常用的碳排放计算基本方法为：排放量等于排放因子和活动水平的乘积，其中，排放因子的选择范围包括国家排放因子和ipcc缺省排放因子，工具模型或其他复杂测量方法。电力用户的用能用能过程中，碳排放的计算方式采用省平均值作为碳排放因子，未考虑园区用户的能耗组成不同，碳排放计算结果存在误差，因此需要对用户电能的能源来源实现追溯。电能表作为电能底层的统计单元是实现电能能源结构界定的重要设备，常见的电能表统计了用户的使用电量以及发电商的上网电量，但是用户无法清晰观测到接入电能的清洁能源占比。


技术实现要素：

3.本发明是为了克服现有技术的电能碳排放量计算精准度低的问题，提供一种基于无线微电流碳标签的新型智能电表，为碳排放指标提供精准数据支撑。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于无线微电流碳标签的新型智能电表，包括智能电表，智能电表内设有mcu、采样模块、无线通信模块、容性负载、辅助电源、电流编码控制器、开关、智能电表进线、智能电表出线和碳标签数据；mcu与电流编码控制器相连接构成编码回路，无线通信模块连接有软件平台用于界定电表区域范围并跟新碳标签数据，电流采样模块与电能表进线相连，容性负载、辅助电源模块、开关sw1和智能电表进线相连构成串联电路，碳标签数据从智能电表进线进入智能电表，从智能电表出线输出智能电表。
5.本发明将芯片化的微电流碳标签模块植入每个潮流关口的智能电表中，对流过智能电表的电流中添加碳标签信号，碳标签数据中记录总电量、各类能源比例信息、标签来源区域和发送区域，然后通过电流编码器将碳标签数据编码为电流信号注入流经智能电表的电流中传至下一个区域，下一个区域分别根据各支路接收到的碳标签，重新整合并计算其出口的能源比例，然后将更新的碳标签传至下一级，以此类推，每一级的区域都可以获得接入本区域电能的能源比例。
6.作为优选，所述碳标签数据包括总电量、光伏发电电量占比、风力发电发电量占比、水力发电量占比、核能发电发电量占比、碳标签来源区域、碳标签发送区域。
7.作为优选，所述mcu无片内rom型和带片内rom型。
8.微控制单元mcu通过读取智能电表中的数据获得本电表量测的用户用电量，同时通过与电流采样模块通信，实现对线路中碳标签的解码，同时通过计算获得需要发送的碳
标签，并将碳标签编码后和电流编码控制器进行通信。
9.电流编码控制器根据微控制单元发出的信号，将更新后的碳标签信息进行编码，通过对辅助电源和容性负载以及开关sw1控制电路通断实现标签编码，将碳标签信号转变为电流信号(电流幅值为ma级别)并通过电表出线向下一关口发出碳标签编码。
10.无线通信模块通过与软件平台的通信，界定电表的区域范围，将本电表的碳标签传输给后台，软件后台计算出该区域的能源均值后发送给区域内电表，从而更新碳标签比例。
11.作为优选，所述采样模块包括依次连接的带通滤波器、全波整流器、低通滤波器和电流互感器。
12.信号通过带通滤波器滤除直流信号，再通过全波整流器将所有负轴以下的信号翻转，接着通过低通滤波器滤除高于阈值频率的信号，最后抽样判断数据是信号是0还是1，从而实现对信号的识别。
13.作为优选，所述电流互感器为电磁式电流互感器、电子式电流互感器、光电式电流互感器、无源型电流互感器、有源型电流互感器中的一种，其可以测量的谐波范围为0～5000hz，量测精确度为0.05％。
14.作为优选，所述无线通信模块包括gsm/gprs模组sim300，gsm/gprs模组sim300通过串口与mcu连接，gsm/gprs模组sim300还通过板级连接器与sim卡连接。
15.无线通信模块包括2g网络、3g网络、4g网络、5g网络、wifi模块、蓝牙模块、zigbee、lora。
16.电流调制方式包括ask、fsk和psk。
17.开关包括二极管、igbt、mosfet、变压器。
18.作为优选，所述mcu型号为msp430f155。
19.因此，本发明具有如下有益效果：1.本发明通过对流过智能电表的电流信号中增加碳标签信号，记录流过智能电表的电量中不同能源的比例，从而实现对电能消耗的碳排放能力实现精准计算，提升电能碳排放计算的地域精准性，提供可再生能源消纳能力计算及评估、新能源全过程信息监测和决策支撑服务；2.为发电企业其提供新能源项目并网、发电成本估算等方面的信息资讯服务和相关数据支撑服务。
附图说明
20.图1是本实施例的结构框图。
21.图2是本实施例的碳标签数据格式的示意图。
22.图3是本实施例采样模块的结构框图。
23.图4是本实施例辅助电源+5v电源产生电路原理图。
24.图5是本实施例辅助电源
‑
5v电源产生原理图。
25.图6是本实施例
±
15v电压生成电路原理图。
26.图7是本实施例采样模块电路原理图。
27.图8是本实施例无线通信模块电路原理图。
28.图中：1、智能电表 2、微控制单元 3、采样模块 4、无线通信模块 5、容性负载 6、
辅助电源 7、电流编码控制器 8、开关 9、智能电表进线 10、智能电表出线 11、碳标签数据 12、总电量 13、光伏发电电量占比 14、风力发电发电量占比 15、水力发电量占比 16、核能发电发电量占比 17、碳标签来源区域 18、碳标签发送区域 19、带通滤波器 20、全波整流器 21、低通滤波器 22、电流互感器。
具体实施方式
29.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
30.实施例1：本实施例提供了一种基于无线微电流碳标签的新型智能电表，如图1、智能电表(1)内设有微控制单元2、采样模块3、无线通信模块4、容性负载5、辅助电源6、电流编码控制器7、开关8、智能电表进线9、智能电表出线10和碳标签数据11；mcu2的型号为msp430f155；mcu与电流编码控制器相连接构成编码回路，无线通信模块连接有软件平台用于界定电表区域范围并跟新碳标签数据，电流采样模块与电能表进线相连，容性负载、辅助电源模块、开关sw1和智能电表进线相连构成串联电路，碳标签数据从智能电表进线进入智能电表，从智能电表出线输出智能电表。
31.微控制单元mcu通过读取智能电表中的数据获得本电表量测的用户用电量，同时通过与电流采样模块通信，实现对线路中碳标签的解码，同时通过计算获得需要发送的碳标签，并将碳标签编码后和电流编码控制器进行通信。
32.电流编码控制器根据微控制单元发出的信号，将更新后的碳标签信息进行编码，通过对辅助电源和容性负载以及开关sw1控制电路通断实现标签编码，将碳标签信号转变为电流信号(电流幅值为ma级别)并通过电表出线向下一关口发出碳标签编码。
33.无线通信模块通过与软件平台的通信，界定电表的区域范围，将本电表的碳标签传输给后台，软件后台计算出该区域的能源均值后发送给区域内电表，从而更新碳标签比例。
34.如图2所示，碳标签数据包括总电量12、光伏发电电量占比13、风力发电发电量占比14、水力发电量占比15、核能发电发电量占比16、碳标签来源区域17、碳标签发送区域18。
35.如图3所示，采样模块3包括依次连接的带通滤波器19、全波整流器20、低通滤波器21和电流互感器22，电流互感器可以测量的谐波范围为0～5000hz，量测精确度为0.05％本发明实现对流入关口电表电能的发电来源组成的定量监测，从而令不同有点区域的碳排放计算更为精准，有利于在碳达峰、碳中和进程中对不同能源规划更精细，同时也为用电用户的碳排放计算提供重要的数据支撑，便于后期为用户提供定制的减碳路线，加快碳达峰进程。
36.辅助电源6的24v电压采用开关电源直接提供，其他需要供电的电源主要分为+5v、
‑
5v和
±
15v电源电路。
37.如图4所示，系统中的+5v电源采用lm2576电源芯片u6进行供电，供电源芯片u6输入的直流电压为8～40v，输出的直流电压4.8～5.2v，输出的功率为15w，输出电压稳定；24v的交流电经过包括二极管d9、二极管d10、二极管d14和二极管d15组成的整流桥进行整流后，经过电容c36对其进行稳压，然后输入lm2576电源芯片u6，lm2576电源芯片u6的输出端采用5v的稳压管d1对输出电压进行稳压，然后电容c38和电感l1构成滤波电路，将输出电压
中的少量纹波滤除。
38.如图5所示，系统中的
‑
5v电源则采用电压转换芯片u7，型号为icl7660，将+5v电压直接转换为
‑
5v电压。
39.如图6所示，系统中的
±
15v电压则采用wra0515ymd电源模块u16来进行生成，将+5v电压转化成
±
15v电压，电源模块的最大的出功率为3w，主要作用是为了给采样调理电路中的霍尔传感器进行供电，使得采样模块可以正常地运行。
40.如图7所示，采样模块包括zmpt101b电压互感器u22和zmct101b电流互感器u18，对电压和电流进行采样后通过lm358电压跟随器u21后再流入lm324二阶低通滤波器u20将信号中的高次谐波滤除。
41.如图8所示，无线通信模块采用无线通信模块的采用simcom公司生产的三频gsm/gprs模块sim300，sim300一方面通过串口与msp430f155微处理器相连，另一方面通过板级连接器与sim卡相连，模块内嵌的tcp/ip协议栈可以方便地实现测量系统与互联网的无缝连接。
42.本发明的工作过程如下：本发明对流过智能电表的电流中添加碳标签信号，碳标签数据中记录总电量、各类能源比例信息、标签来源区域和发送区域，然后通过电流编码器将碳标签数据编码为电流信号注入流经智能电表的电流中传至下一个区域，下一个区域分别根据各支路接收到的碳标签，重新整合并计算其出口的能源比例，然后将更新的碳标签传至下一级，以此类推，每一级的区域都可以获得接入本区域电能的能源比例。
43.上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。