专利名称：一种单相预付费电能控制装置及电能计量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电能计量领域，尤其涉及一种单相预付费电能控制装置及电能 计量系统。
背景技术：
随着生活水平的不断提高，居民用电负荷也不断地增长，由过去的5(20) A到现在的10 (40) A或者10 (60) A、甚至是20 (80) A,用户用电负荷超 过60A的电流称为大电流；计量大电流负荷的用户用电量通常采取两种方式 一种方式是安装2只10 (40) A的单相预付费电能表，采用这种方式需要先测
算用电负荷，然后平均分配到两只电能表上；同时要使用两张预付费卡买电， 且单回路计量、单回路拉闸，使用不方便；另一种方式是引入三相电，使用3X30
(100) A的预付费电能表，采用这种方式导致成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种成本低、可靠性高、安全性好、可防窃 电的单相预付费电能控制装置。
本发明实施例是这样实现的， 一种单相预付费电能控制装置，包括
预付费控制器，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定 值时，输出报警拉闸信号；
外置于所述预付费控制器的双回路^兹保持继电器，与所述预付费控制器连 接，接收所述报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。
本发明实施例的目的还在于提供一种单相预付费电能计量系统，所述单相 预付费电能计量系统包括结算电量电能表以及与所述结算电量电能表连接的电能控制装置，所述电能控制装置进一步包括
预付费控制器，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定
值时，输出报警拉闸信号；
外置于所述预付费控制器的双回路》兹保持继电器，与所述预付费控制器连 接，接收所述报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。
本发明实施例提供的单相预付费电能控制装置采用外置的双回路磁保持继 电器，使得在预购电量用尽时，可以同时断开零线和火线回路，可靠性高、安 全性好、成本低、具有防窃电功能。
图1是本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统的结构图； 图2是本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统中预付费控制器的结 构图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例4是供的单相预付费电能计量系统采用外置的双回赠"磁保持继 电器> 使得在预购电量用尽时，可以同时断开零线和火线回路，可靠性高、安 全性好。
图1示出了本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统的结构，为了便 于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
单相预付费电能计量系统包括结算电量电能表l以及与结算电量电能表 1连接的单相预付费电能控制装置，其中，单相预付费电能控制装置进一步包 括:预付费控制器2，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定.值时，输出报警拉闸信号；外置于预付费控制器2的双回路磁保持继电器4, 与预付费控制器2连接，接收报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。
其中，结算电量电能表l为具有电能计量功能的电能表，可以由客户自由 配置，可以配置单相电子表、单相机械表，也可以为任何公司、任何型号的电 能表，主要用于计算用户用电电量。
作为本发明的一个实施例，单相预付费电能控制装置还包括报警拉闸驱 动电路3，连接至预付费控制器2与双回路磁保持继电器4之间，用于驱动4 双回路f兹保持继电器4拉闸。
作为本发明的另一个实施例，单相预付费电能控制装置还包括空气开关 5,连接至预付费控制器2与双回路磁保持继电器4之间，当用户需要变动接线 时空气开关5断开用电回5l"。
本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统可以同时计量零线和火线上 记录的用户电量，并采用双回路磁保持继电器可以同时断开零线和火线回路， 具有防窃电功能。
在本发明实施例中，预付费控制器2的结构如图2所示，为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
预付费控制器2包括第一采样电路203，对零线上电压电流进行采样， 输出第一采样信号；第一计量电路204,根据第一采样信号计算零线上记录的 第一用电电量；第二采样电路205,对火线上电压电流进行采样，输出第二采 样信号；第二计量电路206，根据第二采样信号计算火线上记录的第二用电电 量；微控制器200,将第一用电电量与第二用电电量之间较大者作为用户用电 电量，当用户用电电量超过设定值时，输出报警拉闸控制信号；预付费接口电 路208，用于实现预付费卡与微控制器200的物理连接，当用户用电时，微控 制器200实时扣减预付费卡中剩余的电费；报警拉闸电路209，与微控制器200 连接，根据报警拉闸控制信号输出报警拉闸信号。
在本发明实施例中，预付费接口电路208为IC卡接口，用于实现预付费卡与微控制器200的物理连接，用户买电时，电费存在IC卡上，当用户用电时， 微控制器200实时扣减剩余电费。作为本发明的一个实施例，IC卡包括IC存 储卡，IC智能卡以及IC射频卡。
作为本发明的一个实施例，预付费控制器2还包括电源202,给纟效控制器 200、第一采样电路203、第一计量电路204、第二采样电路205、第二计量电 路206分别提供工作电压。
在本发明实施例中，预付费控制器2还包括分别与微控制器200连接的时 钟电路207、显示才莫块212以及存储电路211;其中，时钟电路207用于实时时 钟的设置、读取和校准，给整个舉统提供时间基准；作为本发明的一个实施例， 采用温度补偿时钟电路，因为实时时钟电路所用的晶体振荡器温差变化大，严 重时年时钟误差在几个小时以上，采用温度补偿时钟电路后，年时差在几分钟， 提高复费率电量的准确度。显示模块212进一步包括电子显示单元(LED和 LCD)和机械显示单元；用于显示相关信息和指示相关状态，显示累计用电电 量，显示相关电表及参数信息，显示当前时段费率指示，脉冲指示、断电报警 指示和通讯指示。存储电路211用于存储用户用电电量以及电费等， 一般采用 非易性存储器。
作为本发明的一个实施例，预付费控制器2还包括分别与孩i控制器200连 接的串口通讯电3各213和红外通讯电^各210;其中，串口通讯电路213为预留 的通讯扩展接口 ，接无线通讯才莫块，即可以4妄GPRS通讯才莫块；也可以为CDMA 通讯模块或GSM通讯模块。当电力政策变动时，微控制器200中的程序可以 通过通讯单元远程升级，保证供电、用电双方的利益；同时，通过通讯单元可 以实时上报用户的用电信息给控制中心，以便电力公司随时掌握用户的用电情 况，还可以通过控制中心将预警、拉闸信息主动送达到用户。红外通讯电路210, 其一端与微控制器20连接，另一端连接带红外接口的通讯设备，通过设置相关 参数，读取数据和停电抄表。
作为本发明的一个实施例，预付费控制器2还包括与微控制器200连接的脉冲输入电路201，预付费控制器2可接入3路脉沖信号，方便扩展为水、电、 气的抄表终端。
在本发明实施例中，用户买电后，电费或电量存入预付费卡中，当预付费 卡中通过预付费接口电路208与微控制器200接通时，微控制器200控制双回 路磁倮持继电器4合闸，用户可以正常用电。当用户用电时，微控制器200根 据计算的电量实时扣减电量或电费，可以有两种方法扣减电量 一是直接按结 算电量电能表1计算的电量扣减电费或电量，二是直接按预付费控制器2计算 的电量扣减电费或电量，到整月时，比较结算电量电能表1的月冻结电量和预 付费控制器2的月冻结电量，多退少补。每走l度电量时，预付费控制器2的 剩余电费或电量计算l次，直到报警、拉闸，进行相应的处理。可以限定用户 的负荷容量，超限时，报警，超过限定的次数，拉闸。预付费控制器2实时比 较火线、零线的功率，取其较大者参与剩余电量或电费的计算。
本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统采用了具有参考电量测算功 能的预付费控制器可以对结算电量电能表的误差进行实时监控，当误差超过设 定值时，将超差报警信息上报给控制中心，避免了因超差引起的电费纠纷。
现结合图1、图2详述本发明实施例提供的单相预付费电能计量系统的工 作原理结算电量电能表1用于计算用户实际用电的结算电量，预付费控制器 2可以计算用户实际用电的参考电量，并根据参考电量对结算电量电能表1的 误差进行实时监控，当结算电量电能表1的误差超过设定值时，通过串口通讯 电路213接入的GPRS通讯模块将超差报警信息上报给控制中心，这样电力公 司就可以实时掌握用户用电情况，及时追缴电费，避免了电费纠纷。
在本发明实施例中，结算电量电能表l与预付费控制器2中都有实时时钟， 可以冻结电量，在冻结周期内，微控制器200根据冻结电量进行误差判断，具 体的判断过程如下，为了便于说明，令在冻结周期内结算电量电能表1的冻结 电量为a(即为结算电量)，预付费控制器2的冻结电量为b(即为参考电量)， 结算电量电能表l的电量误差为Xa,预付费控制器2的电量误差为Xb;则先计算Xa-(a-b) x ioo/a;Xb= (a-b) x 100/b;然后判断Xa、 Xb是否超过电能 表精度的150%,具体判断结果分三种情况
(1 )当Xa超过结算电量电能表1的精度的150%, Xb不超过预付费控制 器2的精度的150%时，则结算电量电能表1超差，预付费控制器2不超差， 则以预付费控制器2的冻结电量b为结算依据；
(2) 当Xa不超过结算电量电能表1的精度的150%， Xb超过预付费控制 器2的精度150%时，则结算电量电能表1不超差，预付费控制器2超差，则 以结算电量电能表l的冻结电量a为结算依据；
(3) 当Xa超过结算电量电能表l的精度的150%, Xb超过预付费控制器 2的精度的150%时，则对结算电量电能表l进行重新检定，并按照检定误差退 补电量。
本发明实施例提供的单相预付费电能控制装置采用外置的双回路磁保持继 电器，使得在预购电量用尽时，可以同时断开零线和火线回路，可靠性高、安 全性好、成本低、具有防窃电功能；同时本发明实施例提供的单相预付费电能 计量系统釆用了具有参考电量测算功能的预付费控制器可以对结算电量电能表 的误差进行实时监控，当误差超过设定值时，将超差报警信息上报给控制中心， 避免了因超差引起的电费纠纷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述单相预付费电能控制装置包括预付费控制器，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定值时，输出报警拉闸信号；外置于所述预付费控制器的双回路磁保持继电器，与所述预付费控制器连接，接收所述报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。
2、 如权利要求1所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述单相 预付费电能控制装置还包括报警拉闸驱动电路，连接至所述预付费控制器与所述双回路》兹保持继电器 之间，用于驱动所述双回路^兹保持继电器拉闸。
3、 如权利要求1所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述单相 预付费电能控制装置还包括空气开关，连接至所述预付费控制器与所述双回路i兹保持继电器之间，当 用户需要变动接线时所述空气开关断开用电回路。
4、 如权利要求1所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述预付 费控制器包括第一采样电路，对零线上电压电流进行采样，输出第一采样信号； 第一计量电路，根据所述第一采样信号计算零线上记录的第一用电电量； 第二采样电路，对火线上电压电流进行采样，输出第二采样信号； 第二计量电^^,才艮据所述第二采样信号计算火线上记录的第二用电电量； 微控制器，将所述第一用电电量与所述第二用电电量之间较大者作为用户用电电量，当所述用户用电电量超过设定值时，输出报警拉闸控制信号； 预付费接口电路，用于实现预付费卡与所述微控制器的物理连接，当用户用电时，所述微控制器实时扣减所述预付费卡中剩余的电费；报警拉闸电路，与所述微控制器连接，根据所述报警拉闸控制信号输出报警拉闸信号。
5、 如权利要求4所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述预付费控制器还包括分别与所述微控制器连接的时钟电路、显示模块以及存储电路。
6、 如权利要求4所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述预付 费控制器还包括分别与所述微控制器连接的串口通讯电路和红外通讯电路。
7、 如权利要求4所述的单相预付费电能控制装置，其特征在于，所述预付 费控制器还包括与所述微控制器连接的脉冲输入电路。
8、 一种单相预付费电能计量系统，其特征在于，所述单相预付费电能计量 系统包括结算电量电能表以及与所述结算电量电能表连接的单相预付费电能 控制装置，所述单相预付费电能控制装置进一步包括预付费控制器，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定 值时，输出报警拉闸信号；外置于所述预付费控制器的双回路一磁保持继电器，与所述预付费控制器连 接，接收所述报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。
9、 如权利要求8所述的单相预付费电能计量系统，其特征在于，所述单相预付费电能控制装置还包括报警拉闸驱动电路，连接至所述预付费控制器与所述双回路石兹保持继电器之间，用于驱动所述双回路》兹保持继电器拉闸。
10、 如权利要求8所述的单相预付费电能计量系统，其特征在于，所述预 付费控制器包括第一采样电路，对零线上电压电流进行采样，输出第一采样信号； 第一计量电路，根据所述第一采样信号计算零线上记录的第一用电电量； 第二采样电路，对火线上电压电流进行采样，输出第二采样信号；第二计量电路，根据所述第二采样信号计算火线上记录的第二用电电量；微控制器，将所述第一用电电量与所述第二用电电量之间较大者作为用户用电电量，当所述用户用电电量超过设定值时，输出报警拉闸控制信号； 预付费接口电路，用于实现预付费卡与所述微控制器的物理连接，当用户用电时，所述微控制器实时扣减所述预付费卡中剩余的电费；报警拉闸电路，与所述微控制器连接，根据所述报警拉闸控制信号输出报警拉闸信号。
全文摘要
本发明适用于电能计量领域，提供了一种单相预付费电能控制装置及电能计量系统，所述单相预付费电能控制装置包括预付费控制器，计量并实时监控用户用电电量，当用户用电电量超过设定值时，输出报警拉闸信号；外置于所述预付费控制器的双回路磁保持继电器，与所述预付费控制器连接，接收所述报警拉闸信号，并同时断开火线与零线回路。本发明提供的单相预付费电能控制装置采用外置的双回路磁保持继电器，使得在预购电量用尽时，可以同时断开零线和火线回路，可靠性高、安全性好、成本低、具有防窃电功能。
文档编号G07F15/00GK101414399SQ20081021784
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者张宏辉, 张广国 申请人:航天科工深圳(集团)有限公司