一种应用于家庭光伏发电的电表系统的制作方法

本实用新型涉及一种应用于家庭光伏发电的电表系统。

背景技术：

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。

我国是太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时；太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。同时太阳能光伏发电装置在安装及运作过程中也具有突出的优势，诸如：安全可靠、无噪声、无污染，能量随处可得，不受地域限制，无需消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无需额外架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等。

因此，近几年我国加大了对太阳能资源的利用，同时对相关项目给予了大力支持与引导。其中，在政府的大力引导下，以居民家庭为单位，各地先后进行了家庭光伏发电改造工程，使得各个家庭在进行光伏发电自用的同时，也能够向电网内出售家庭发电电力，不仅能有效地缓解目前能源紧张的形势，而且也有利于提高居民家庭的整体收入。

但在光伏发电改造工程中，往往只考虑到发电并网以及用户家庭发电自用的情况，忽略了光伏发电时段、实际电网中存在的用电峰谷时段，以及二者之间的关系和相应的电价差异，使得具有光伏发电能力的家庭在用电过程中不能进行较为合理的分配，容易出现在某个用电峰段，由于天气原因或时间原因，光伏发电装置无法发电或发电量较低，不足以满足用户家庭自用；若此时使用电网电力，鉴于用电峰端电价较高，从而增加了用户通过电网用电的购电费用，不利于用户家庭用电费用的降低；另外目前在将发电线路并入电网时，往往在电路系统中同时设置发电电表和电网电表，这不仅增大了线路结构的复杂程度，也不便于对家庭用电过程进行有效地分配。

专利号为US2017176505(A1)的申请文件公开了一种以可独立存储的方式获得可再生能源的生产测量的系统和方法，其中，监控单元使用设备通信和计量，以规定的时间间隔定期进行可再生能源和能源存储的收入级生产测量，可再生能源的生产测量以与可更新安装相当的形式获得，无需存储，可进行准确的计费，维护和性能分析。但该申请文件中没有涉及在光伏发电特有的情况，以及电网用电峰谷情况下，对具有光伏发电能力的家庭，如何在家庭用电过程中进行较为合理分配的问题。

技术实现要素：

本实用新型为了解决在具有光伏发电能力的家庭中，如何在家庭用电过程中进行较为合理分配的问题，提出一种应用于家庭光伏发电的电表系统，根据光伏发电的特性以及电网中用电峰谷的特性，对家庭用电进行分配，使用户避开在用电高峰时段使用电网电力的情况，同时减少用户通过电网用电的购电电力，降低用户家庭用电费用支出。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种应用于家庭光伏发电的电表系统，包括智能电表、光伏阵列、蓄电池装置、逆变器，逆变器与智能电表连接，智能电表分别与电网电路、用电电路连接，光伏阵列分别与蓄电池装置、逆变器连接，蓄电池装置分别与逆变器、智能电表连接；

其中，蓄电池装置包括蓄电池模块和检测控制模块，蓄电池模块与检测控制模块连接；智能电表包括电路基础模块和电控模块，电路基础模块与电控模块连接；

电路基础模块以能够断开的方式与蓄电池模块连接；电控模块与检测控制模块之间通过通信网络连接；

电路基础模块以能够断开的方式与电网电路连接，电路基础模块以能够断开的方式与逆变器连接；所述光伏发电端通过逆变器直接与用电电路连接。

进一步的，所述电路基础模块分别与逆变器、用电电路、电网电路、蓄电池装置连接；

电路基础模块与电网电路之间设置有购电电路开关，电路基础模块与逆变器之间设置有售电电路开关，电路基础模块与蓄电池装置之间设置有交流充电开关。

优选的，所述电路基础模块包括电路模块，电路模块分别与售电计量模块、购电计量模块连接，用于对用户售电电量、购电电量进行统计；

逆变器通过售电电路开关与售电计量模块连接，电网电路通过购电电路开关与购电计量模块连接；

电路模块与用电电路直接连接，将电网电力供给至用电电路中；电路模块与电网电路直接连接，将售电电力供给至电网电路中。

作为优选，所述电控模块包括中央处理器，中央处理器分别与售电电路开关、售电计量模块、电路模块、购电计量模块、购电电路开关、交流充电开关连接，用于对电路基础模块进行控制。

进一步的，所述电控模块还包括：

存储模块，与中央处理器连接，用于存储电表系统的相关信息；

通信模块，与中央处理器连接；

时钟模块，与中央处理器连接，用于处理时间相关信息；

天气预测模块，与中央处理器连接，用于处理天气信息。

优选的，所述蓄电池模块包括：

蓄电池单元，包括至少一个充电式电池；

交流充电单元，分别与蓄电池单元、交流充电开关连接，用于将交流电转换为直流电，并对蓄电池进行充电；

直流充电单元，与蓄电池单元连接，用于使用光伏阵列产出的电力，对蓄电池进行充电；

直流充电开关，分别与直流充电单元、光伏阵列连接；

放电开关，分别与蓄电池单元、逆变器连接。

进一步的，所述检测控制模块包括：

控制单元，控制单元分别与直流充电开关、放电开关连接，用于控制蓄电池装置的充放电过程；

电池检测单元，分别与控制单元、蓄电池单元连接，用于检测电池相关信息；

通信单元，与控制单元连接，所述通信单元与智能电表的通信模块之间通过通信网络连接。

进一步的，所述电表系统还包括服务器，智能电表与服务器之间通过通信网络连接，用于获取电网峰谷信息、天气信息。

作为优选，通信网络为无线通信网络。

与现有技术相比，本实用新型提出一种应用于家庭光伏发电的电表系统，通过智能电表与电网电路、蓄电池装置、逆变器、用电电路之间的连接，为用电电路提供了光伏发电电力、电网电力、蓄电池电力作为电力支持，并通过分析光伏发电特性以及电网中用电峰谷特性，对供电方式进行调控，为家庭用电进行较为合理的分配，使用户避开在用电高峰时段使用电网电力的情况，避免了用电高峰时对应的高电价的支出，同时减少了用户通过电网用电的购电电力，降低了用户家庭用电费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的示意图；

图2是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的结构示意图；

图3是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的通信结构示意图；

图4是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的另一种结构示意图；

图5是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的智能电表的结构示意图；

图6是本实用新型所述的一种应用于家庭光伏发电的电表系统的蓄电池装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

实施例1

如附图1-4所示，一种应用于家庭光伏发电的电表系统，包括智能电表、光伏阵列、蓄电池装置、逆变器，其中光伏阵列、蓄电池装置、逆变器构成光伏发电端，光伏阵列、逆变器均为常规的光伏发电相关设备。

逆变器与智能电表连接，智能电表分别与电网电路、用电电路连接，光伏阵列分别与蓄电池装置、逆变器连接，蓄电池装置分别与逆变器、智能电表连接。

所述光伏发电端通过逆变器直接与用电电路连接。

其中，光伏阵列所产生的电力，可以通过逆变器直接提供至用电电路中，供用电电路中的家庭负载使用；可以通过逆变器，经由智能电表提供至电网电路中，即用户将家中的光伏发电电能出售给电力公司；也可以直接为蓄电池装置充电。

电网中的电力可以通过智能电表提供至用电电路中，也可以通过智能电表提供给蓄电池装置，为蓄电池装置充电。

蓄电池装置中存储的电力可以通过逆变器直接提供至用电电路中，供用电电路中的家庭负载使用；也可通过逆变器，经由智能电表提供至电网电路中。

具体的，蓄电池装置包括蓄电池模块和检测控制模块，其中蓄电池模块为蓄电池装置的基础模块，用于提供充放电的功能，蓄电池模块与检测控制模块连接，检测控制模块对蓄电池模块的充放电过程进行控制，同时进行相应的电池检测；智能电表包括电路基础模块和电控模块，电路基础模块与电控模块连接；

电路基础模块以能够断开的方式与蓄电池模块连接，以实现利用电网电力对蓄电池装置进行充电；电控模块与检测控制模块之间通过通信网络连接，以便于智能电表获取蓄电池装置的信息，并根据蓄电池装置的信息进行相应的电路控制；

电路基础模块以能够断开的方式与电网电路连接，电路基础模块以能够断开的方式与逆变器连接，以便于智能电表对电网电力的供给，以及光伏发电电力的分配进行控制。

由于各地电力使用条件以及地方相关规定的不同，相应的电网用电峰段、平段、谷段的划分也不同，为了便于对本实用新型的技术方案进行说明，在本实施例中，以用电峰段(7:00-11:00，17:00-21:00)、用电平段(11:00-17:00，21:00-23:00)、用电谷段(23:00－7:00)为例进行说明。

在光伏阵列正常发电的时段，无论电网是用电峰段、用电平段或用电谷段，智能电表通过电控模块进行电路控制，在满足用户家庭对光伏发电电力自用的前提下，并将部分发电电力出售给电力公司，或者利用光伏发电电力为蓄电池装置充电，此过程可以充分利用光伏发电电力，减少了用户通过电网用电的购电电力，降低用户家庭用电费用，并可以通过出售电力增加用户收入；

当光伏阵列处于无法发电或发电量较低且不足以满足用户自用时，若电网是用电峰段，则电表系统优先将蓄电池装置进行发电，为用户提供电力支持；若电网是用电谷段或用电平段，则电表系统优先使用电网电力为用户提供电力支持，同时电表系统检测到蓄电池存储的电能低于预设值时，电表系统会利用电网电力为蓄电池进行充电；此过程中在用电平段或谷段时，使用电网电力；在用电高峰时使用蓄电池电力，可以使用户避开在用电高峰时段使用电网电力的情况，避免用电高峰时对应的高电价的支出，以降低用户家庭用电费用。

同时，若用户的电力需求过大，且超出了光伏发电电力和蓄电池电力二者共同的供给能力时，无论电网处于任何峰谷段，电表系统均会利用电网电力为用户提供电力支持。

在本实施例中，通过智能电表与电网电路、蓄电池装置、逆变器、用电电路之间的连接，为用电电路提供了光伏发电电力、电网电力、蓄电池电力作为电力支持，并通过分析光伏发电特性以及电网中用电峰谷特性，对供电方式进行调控，为家庭用电进行较为合理的分配，使用户避开在用电高峰时段使用电网电力的情况，避免了用电高峰时对应的高电价的支出，同时减少了用户通过电网用电的购电电力，降低了用户家庭用电费用。

实施例2

如附图1-5所示，在本实施例中，所述智能电表除了可以通过分析光伏发电特性以及电网中用电峰谷特性，对供电方式进行调控外，还可以同时对用户的购电电力以及售电电力进行计量，具体的，所述智能电表包括电路基础模块和电控模块，所述电路基础模块分别与逆变器、用电电路、电网电路、蓄电池装置连接；电路基础模块与电网电路之间设置有购电电路开关，电路基础模块与逆变器之间设置有售电电路开关，电路基础模块与蓄电池装置之间设置有交流充电开关。

所述电路基础模块包括电路模块，电路模块分别与售电计量模块、购电计量模块连接，用于对用户售电电量、购电电量进行统计；逆变器通过售电电路开关与售电计量模块连接，电网电路通过购电电路开关与购电计量模块连接；电路模块与用电电路直接连接，将电网电力供给至用电电路中；电路模块与电网电路直接连接，将售电电力供给至电网电路中。在电路模块中包括常规电表中的电路结构以及相应的电子元器件，以确保智能电表具有电表的常规功能。

所述电控模块包括中央处理器，中央处理器分别与售电电路开关、售电计量模块、电路模块、购电计量模块、购电电路开关、交流充电开关连接，用于对电路基础模块进行控制，为用电电路提供光伏发电电力、电网电力、蓄电池电力的电力支持，并通过控制相应开关的启闭，实现对相应供电方式的调控。

除此之外，电控模块还包括显示模块，显示模块与中央处理器连接，用于对用户当月售电电力、当月购电电力、历史总售电电力、历史总购电电力等信息进行显示，同时还可以显示当前电网峰谷段信息，以及对应的电价信息。

具体的，在光伏阵列正常发电的时段，当光伏发电量满足用户用电需求时，中央处理器控制购电电路开关断开，避免用户使用电网电力，使用户利用光伏发电电力，从而避免了用户通过电网进行不必要的购电行为，同时光伏发电的多余电力可以输送至电网电路，或为蓄电池装置充电；当光伏发电量不满足用户用电需求时，若此时为用电峰段，则中央处理器通过与蓄电池装置通信，使蓄电池装置进行放电，利用蓄电池电力以对用户需求的电力进行补充，若此时为用电平段或谷段，则中央处理器控制购电电路开关闭合，利用电网电力对用户需求的电力进行补充。

当光伏阵列处于无法发电或发电量较低且不足以满足用户自用时，若此时为用电峰段，则中央处理器通过与蓄电池装置通信，使蓄电池装置进行放电，利用蓄电池电力为用户提供电力支持，若此时为用电平段或谷段，则中央处理器控制购电电路开关闭合，利用电网电力为用户提供电力支持，同时中央处理器可以通过控制购电电路开关与交流充电开关同时闭合，利用电网电力对蓄电池装置进行充电。

此外，智能电表的电控模块还包括：存储模块，与中央处理器连接，用于存储电表系统的相关信息；

通信模块，与中央处理器连接；

时钟模块，与中央处理器连接，用于处理时间相关信息；

天气预测模块，与中央处理器连接，用于处理天气信息。

其中存储模块存储有电网峰段、谷段、平段信息，包括各段的时间段，相应的电价，所述电网峰段、谷段、平段信息通过电力公司按照相关规定进行设定。

中央处理器根据时钟模块获取当前时间，并判断当前时间为电网峰段、谷段或平段，从而确定当前电网的峰谷情况；此外，由于光伏发电的特性，一般情况下只能在日光照射进行发电，中央处理器根据时钟模块获取的时间，可以初步判断光伏阵列是否进行发电，从而确定光伏阵列的发电情况；

需要说明的是，与根据时间信息对光伏发电进行判断同时进行的，中央处理器根据天气预测模块获取当前天气信息，当前天气信息包括当前日照条件，从而可以同时结合当前时间信息以及当前天气信息，确定光伏阵列的发电情况。

除此之外，天气预测模块还可以获取天气预测信息，包括至少未来24小时之内的天气信息。在未来时间内，可能出现由于天气原因导致光伏发电电力不足的情况，智能电表可以通过分析天气预测信息，提前与蓄电池装置通信，使蓄电池装置提前进行充电，以确保光伏发电电力不足，且电网为用电峰段时，蓄电池装置能为用户提供相应的电力支持，尽最大可能避免用户使用峰段电力的情况，减少用户购买电力的费用。

实施例3

为了对智能电表以及蓄电池装置之间的控制过程以及连接关系进行说明，如附图1-6所示，在本实施例中，蓄电池装置包括蓄电池模块和检测控制模块，蓄电池模块包括：

蓄电池单元，包括至少一个充电式电池；

交流充电单元，分别与蓄电池单元、交流充电开关连接，用于将交流电转换为直流电，并对蓄电池进行充电；

直流充电单元，与蓄电池单元连接，用于使用光伏阵列产出的电力，对蓄电池进行充电；

直流充电开关，分别与直流充电单元、光伏阵列连接；

放电开关，分别与蓄电池单元、逆变器连接。

为了有效对蓄电池的充放电进行控制，直流充电开关、放电开关的常规状态均为断开状态。

检测控制模块包括：

控制单元，控制单元分别与直流充电开关、放电开关连接，用于控制蓄电池装置的充放电过程；

电池检测单元，分别与控制单元、蓄电池单元连接，用于检测电池相关信息，所述电池相关信息至少包括电池剩余电量；

通信单元，与控制单元连接，所述通信单元与智能电表的通信模块之间通过通信网络连接。

当智能电表判断需要蓄电池装置放电时，智能电表向蓄电池装置发出放电指令，蓄电池装置根据放电指令，通过控制单元控制放电开关闭合，实现蓄电池装置向外部放电的过程。

在蓄电池装置的充电过程中，控制单元根据电池检测单元对蓄电池单元的检测，获取电池剩余电量，将电池剩余电量与额定电量值比较，若电池剩余电量小于额定电量值时，控制单元通过通信单元向智能电表发送充电请求；智能电表接收充电请求，智能电表根据当前光伏发电情况以及电网峰谷情况，作出如下处理：

情况A、光伏阵列处于无法发电或发电量较低且不足以满足用户自用，且电网处于谷段或平段时。

智能电表同时使购电电路开关、交流充电开关同时保持闭合，使用电网电力为蓄电池单元充电；

情况B、光伏阵列处于正常发电时，无论电网处于任何情况。

智能电表向蓄电池装置发送光伏充电指令，蓄电池装置接收充电指令，控制单元控制直流充电开关闭合，利用光伏发电电力为蓄电池单元充电；

情况C、光伏阵列处于无法发电或发电量较低且不足以满足用户自用，且电网处于峰段时。

智能电表进行延迟充电过程，具体为，在情况C中的电网峰段结束后，智能电表根据时间信息以及天气信息，判断当前情况变为情况A或请款B，并执行与情况A或请款B相对应的动作。

相应的，放电指令、充电指令存储在智能电表的存储模块中。

交流充电单元与交流充电开关之间，即蓄电池装置与智能电表之间的电力连接方式，为电力线连接；通信单元与通信模块之间，即蓄电池装置与智能电表之间的通信连接方式，为通信线连接或无线通信网络连接。

实施例4

如附图3所示，所述电表系统还包括服务器，智能电表与服务器之间通过通信网络连接，用于获取电网峰谷信息、天气信息。

其中服务器至少包括设置端、天气信息获取端以及通信端，电力公司通过设置端对电网峰谷信息，诸如电网峰段时间、电网平段时间、电网谷段时间，以及相对应的电价；天气信息获取端用于获取天气信息，诸如实时天气数据、未来24小时内的天气数据、未来48小时内的天气数据，所述天气信息可由相关气象部门提供；服务器通过通信端与智能电表进行通信过程。

其中，通信网络优选为无线通信网络，包括3G网络、4G网络、Wi-Fi(802.11)网络、Wi-Max(802.16)网络、蓝牙通信、ZigBee网络、跳频扩频(FHSS)无线电网络中的任一个。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。