专利名称：传统用电向智能用电无缝迁移的系统的制作方法
技术领域：
传统用电向智能用电无缝迁移的系统技术领域[0001]本实用新型涉及电网领域，特别涉及一种传统用电向智能用电无缝迁移的系统。
背景技术：
[0002]智能电网技术的发展目前已经逐步壮大，目前，中国、北美、欧洲等国家地区已相继开展智能电网技术的研究及试点工作，主要体现在光伏发电技术、电动汽车V2G(Vehicle-to-grid)技术、储能技术、营配一体化、微网技术和需求侧互动技术等方面。[0003]智能用电属于智能电网与智能家居/智能楼宇的交叉点，智能家居/智能楼宇侧重从用电设备本身的改造实现智能化，从而带给用户更多的体验；智能用电侧重从配用电一体化与电能提供平台、而不一定需要改造用电设备本身的角度来实现智能化，以带给用户更多的体验，这是智能用电与智能家居的重要区别。[0004]在目前的智能用电建设中，主要是针对新建的小区、新建的大楼来进行，是针对已经具有电能计量等智能用电功能的用电设备本身来实现智能化用电，涉及的主要是对用电设备的电能信息的收集、对用电设备的电力通断的管理等等。然而，新建的小区、新建的大楼等的数量非常有限，这种新建小区、新建大楼的智能用电仅仅只占电网用电中的一部分，电网用电的大部分电力用电方式还是传统用电，传统用电方式中并无法对用电设备本身的电能进行监控，也无法对其电力通断进行管理，若是基于目前的智能用电方式将传统用电改造为智能用电，需要对广大的电力用户进行大规模的改造，甚至需要电力用户对其用电设备进行更换，不仅工作量巨大，且耗时费力，耗资高，因此，传统用电方式目前仍然广泛存在。若是能够在无需进行大规模改造、无需对用电设备本身进行改造的情况下将传统用电方式无缝迁移到智能用电，将会大大便于智能用电的推进，便于智能用电的广泛推进和发展，便于电网层面的智能控制。然而，目前的智能电网的研究方式，主要是专注于如何开发智能电网技术的进一步应用、以及进一步的高效控制等等，并不涉及到传统用电向智能用电的迁移改进实用新型内容[0005]基于此，针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其可以在无需进行大规模改造、无需对用电设备本身进行改进的情况下，实现从传统用电向智能用电的无缝迁移。[0006]为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案:[0007]—种传统用电向智能用电无缝迁移的系统，包括智能用电通信平台系统架构，所述智能用电通信平台系统架构包括:主站节点、用户终端以及用电监控器，所述用电监控器接收用户终端的控制指令控制所述用电设备的通电状态，采集与该用电监控器互联的用电设备的用电/供电数据，将该用电/供电数据发送给用户终端，所述用户终端接收智能终端的控制指令，将该控制指令转发给所述用电监控器，接收所述用电监控器采集的用电/供电数据，并将该用电/供电数据向所述主站节点发送。[0008]根据本实用新型方案，其通过建立上述智能用电通信平台系统架构，实现了用电设备的用电/供电数据的采集以及所采集的用电/供电数据与主站节点之间的通信，实现了从电网层面对用电设备的用电/供电数据的采集，便于对整体电网运行计划的制定与调整，另一方面，是通过用电监控器采集用电设备的用电/供电数据时，对于使用用电设备的用户来说，无需进行大规模的改造，其无需更换新的用电设备、无需对用电设备进行改造，只需采用该用电监控器即可实现对现有普通的用电设备进行智能用电的数据采集，实现了从传统用电向智能用电的无缝迁移。
[0009]图1是本实用新型的传统用电向智能用电无缝迁移的系统实施例的结构示意图；[0010]图2是一个具体示例中电网层面的通信架构的示意图；[0011]图3是一个具体示例中用户层面的其中一种通信架构的示意图；[0012]图4是一个具体示例中用户层面的另一种通信架构的示意图；[0013]图5是一个具体示例中用户终端的结构示意图；[0014]图6是一个具体示例中用电监控器的结构示意图。
具体实施方式
[0015]以下结合其中的较佳实施方式对本实用新型方案进行详细说明。[0016]图1中示出了本实用新型的传统用电向智能用电无缝迁移的系统实施例的结构示意图。[0017]如图1所示，本实施例中的传统用电向智能用电无缝迁移的系统包括有智能用电通信平台系统架构，其中，该智能用电通信平台系统架构主要包括有:主站节点201、用户终端203以及用电监控器204;[0018]其中，上述用电监控器204，用于采集与该用电监控器204互联的用电设备2040的用电/供电数据，并接收用户终端203的控制指令控制用电设备2040的通电状态；[0019]上述用户终端203，用于接收智能终端的控制指令，并将该控制指令转发给用电监控器204，接收用电监控器204采集的用电/供电数据，并将该用电/供电数据向主站节点201发送。[0020]考虑到用户终端布设的密集度以及布设数量的多少，例如，对于企业用户而言，由于该企业可能需要重点维护，例如供暖、供热等等，该企业用户对应的用户终端可以直接将采集到的用电/供电数据传输给主站节点。而对于普通的家庭用户来说，由于家庭用户比较密集，从而用户终端的数量会增多，各家庭用户的用户终端都直接与主站节点通信的话，可能使得主站节点的交互次数过大。[0021]据此，图1所示中，本实用新型的智能用电通信平台系统架构，还可以包括有中继站节点202，上述用户终端203通过该中继站节点202与主站节点201进行通信。[0022]如上所述的本实用新型的智能用电通信平台系统架构，实际上是包括了两个层面的架构，一个层面是电网层面，另一个层面是用户层面。对电网层面来说，主要涉及的是主站节点201、中继站节点202以及用户终端203之间的信息交互。对用户层面来说，主要涉及的是用户终端203、用电监控器204以及具体的用电设备之间的信息交互，在某些应用状态下，还涉及用户终端203与用户的智能终端(例如智能手机)之间的信息交互。以下针对这两个层面分别进行说明。[0023]对电网层面来说，其主要是指用户计量终端到电网公司层面的通信，在本实用新型方案中，是指用户终端203与中继站节点202、主站节点201之间的通信。[0024]图2中示出了电网层面的通信架构的示意图。参见图2所示，企业用户的用户终端所接收到的用电/供电数据，可直接传输给主站节点，普通居民用户的用户终端所接收到的用电/供电数据，通过中继站节点传输给主站节点。[0025]图3中示出了用户层面的其中一种通信架构的示意图。用户层面的通信架构，主要涉及用户终端203、用电监控器204与具体的用电设备之间的通信，这里的用电设备，可以包括电灯、洗衣机、空调、冰箱、太阳能板、电动汽车(EV)、电梯、打印机等设备。[0026]如上所述，用电监控器204，主要是用来采集与该用电监控器204互联的用电设备的用电/供电数据，并接收用户终端203的控制指令控制用电设备2040的通电状态。为便于说明，在图4所示中，基于所连接的具体的用电设备的不同，对与具体的用电设备连接的用电监控器进行了命名，例如电灯监控器、EV监控器、太阳能监控器、空调监控器、洗衣机监控器等等，这仅仅只是一种示例性的说明，并不用以对本实用新型方案构成限定。[0027]图3中所示的通信架构，通常可以用于普通的居民用户中，这是因为居民用户的用电环境中，一般物理位置范围小、用电设备少，因而通过一个用户终端并结合多个用电监控器即可实现对相应覆盖范围的用电设备用电/供电数据等用电信息的采集。当然，在通信方式能够覆盖得到的情况下，也可以适用于企业用户。[0028]图4中示出了用户层面的另一通信架构的示意图。考虑到企业用户的物理覆盖范围大(一般多层或者多栋楼宇等等)，短距离通信难以覆盖，因而采用主从结构来实现用户终端。即用户终端包括有一个主用户终端以及一个以上的从用户终端。[0029]参见图4所示，图4中所示的通信架构包括有一个主用户终端以及一个以上的从用户终端，通过从用户终端获取对应范围内的各用电监控器的用电/供电数据，再将获得的用电/供电数据发送给主用户终端。主用户终端从各个从用户终端获得其相应的用电/供电数据，实现对其对应范围内的各用电设备的用电/供电信息的采集。各从用户终端可以分别只负责与主用户终端对应范围内的一部分用电设备之间进行通信。其中，上述主用户终端与各从用户终端可以通过总线、有线网络、mesh网络或者ad-hoc等方式进行互联。[0030]图4所示中，仅以一级主从结构进行说明，即每个从用户终端采集到的用电/供电数据都是直接发送给了主用户终端。在用电设备较多的情况下，也可以实现多级的主从结构，即与用电监控器连接的从用户终端采集到用电/供电数据后，可将采集到的用电/供电数据发送给上一级的从用户终端，再由该从用户终端发送给主用户终端，在此不予详加赘述。[0031]图4所示中，以电灯监控器为例，电灯监控器采集与之连接的电灯的用电/供电数据，并将采集到的用电/供电数据发送给与之对应的从用户终端，从用户终端接收后，再将接收到的用电/供电数据发送给主用户终端。一方面，主用户终端可以将该用电/供电数据发送给用户的智能终端，例如智能手机，实现用户层面对用电设备的用电/供电的监控。另一方面，主用户终端还可以将该供电数据通过中继站节点发送给主站节点，实现电网层面对用电设备的用电/供电的监控。[0032]如上所述，本实用新型方案中的用户终端，负责了与中继站节点/主站节点、用电监控器、用户的智能终端这三个方面的通信，其中:[0033]与中继站节点/主站节点的通信，主要是负责处理与电网相关的业务并进行相应的数据通信，这里的电网相关的业务包括有例如抄表、设备运行状态反馈等业务；[0034]与用电监控器的通信，主要是负责对用电监控器的接入进行安全认证，接收用电监控器上传的用电/供电数据，并将接收到的智能终端的控制指令转发给用电监控器；[0035]与用户的智能终端的通信，主要是向用户的智能终端提供室内/屋内/楼宇内的用电设备的状态、耗电等信息，具体可以是上述各用电监控器返回的用电/供电数据等信息，并接收用户的智能终端对某个具体的用电设备的控制指令，并将该控制指令向该用电设备对应的用电监控器转发。[0036]由此可见，该用户终端实际上承担了电网层面与用户层面的信息交互的桥梁作用，其既充当电网层面的信息采集节点，又是用户监控用电设备的中心。[0037]图5中示出了一个具体示例中的本实用新型的用电终端的结构示意图。如图5所示，在该具体示例中，该用户终端包括有:第一微控制器MCU1、第二微控制器MCU2，与第一微控制器连接的第一无线通信模块(图5中的与电网侧互联的无线模块)、第一晶振(晶振I)、第一显示单元(LED/IXD)、GPS定位模块、可信/安全模块以及直流稳压模块(DC-DC)、电表计量模块，与直流稳压模块(DC-DC)连接的整流桥，与第二微控制器MCU2连接的第二晶振(晶振I)、第二无线通信模块、第三无线通信模块，其中，第二微控制器MCU2还与上述直流稳压模块(DC-DC)、上述电表计量模块连接，用户终端通过上述第一无线通信模块与主站节点/中继站节点进行通信，通过第二无线通信模块与智能终端进行通信，通过第三无线通信模块与用电监控器进行通信。上述第二无线通信模块可以是短信通信模块等任何一种能够与智能终端进行通信的方式，上述第三无线通信模块可以是zigbee等任何一种能够与用电监控器进行通信的方式。[0038]图5所示中，该用电终端还可以包括与第一微控制器MCUl连接的第一非易失存储器(EEPROM/Flash)、与第二微控制器MCU2连接的第二非易失存储器(EEPROM/Flash)，可以用于实现对相关的日志的存储。[0039]由上述内容可以得知，图5中所示的本实用新型的用户终端，实际上是采用双处理器隔离的方式来实现，采用两个独立的微控制器MCU分别对电网层面和用户层面的数据进行控制和处理，从物理结构上电网层面与用户层面的处理形成了一个整体，而在数据通路上，电网相关的数据止于用户终端的电网侧MCU (即第一微控制器MCU1)，实现了数据层面的隔离，避免了用户数据对电网正常运行造成影响，实现了通信的安全。[0040]本实用新型的用电监控器，可以是设置、或者集成在用电设备的供电线路上的任意位置，只要能够实现对用电设备的用电/供电数据的采集以及对该用电设备的电力通断进行控制即可，具体可以采用任何可能的方式实现，例如:[0041 ] 可以将该用电监控器集成在插座内，在此情况下，集成用电监控器之前、之后的居民室内不会发生变化，且采用不同类型的插座，能够具有通用性，对于任何不同类型的用电设备都可以使用；[0042]可以将该用电监控器集成在插线板或者插座适配器内，在此情况下，由于插线板或者适配器能够根据实际需要放置在所需要的位置，因而能够具有较好的物理移动性，而且能够很好的实现传统用电与智能用电的兼容，在用户不愿意体验智能用电或者更换到传统的用电方式时，只需去掉该插线板或者插座适配器即可；[0043]可以将该用电监控器集成在用电设备的专用插头(电源适配器)中，从而可以有利于对用电设备的ID标识进行管理。[0044]特别地，对于带有红外遥控功能的用电设备来说，例如空调、电视机等等，可以将该用电监控器与该用电设备的红外遥控集成在一起，即在该用电监控器中，还可以集成有红外接收天线，通过该红外接收天线接收遥控器的遥控信号，实现对用电设备的供电通断的控制，从而不至于影响这类用电设备的红外遥控功能，不会对用户的已有的用电设备使用习惯产生影响。[0045]基于上述用电监控器的集成方式，由于一般是对插头、插座、插线板或者插座适配器等进行改进，因而所需要的数量较多，因而需要考虑成本、便携性以及可移动性等因素。据此，以将用电监控器集成在用电设备的插头为例，图6中示出了本实用新型的一个具体示例中的用电监控器的结构示意图。[0046]如图6所示，该用电监控器包括有:微控制器(MCU)，为与上述用户终端的微控制器相区分，在此可称为第三微控制器，与第三微控制器连接的晶振、显示单元(LED/LCD)、无线通信模块、计量模块、继电器以及直流稳压模块(DC-DC)，以及与直流稳压模块(DC-DC)连接的整流桥，继电器、整流桥以及计量模块还与电线连接。[0047]如图6所示，还可以包括有电源装置，该电源装置在图6中以电池为例进行说明，该电池与直流稳压模块(DC-DC)连接，便于在交流供电中断时，可通过电池为用电监控器进行供电。[0048]图6所示中，还包括有与第三微控制器MCU连接的非易失存储器(EEPROM/Flash)，用于实现用电监控器业务过程的审计日志存储。[0049]整流桥与用户用电电线物理直连，用于实现交流转直流，将转换后的直流电提供给DC-DC，DC-DC模块对输入的直流电进行直流稳压，实现直流转直流(例如12伏转3.3伏)，并实现稳压功能，DC-DC模块稳定输出的直流电压，用于给微控制器MCU以及其它模块供电。[0050]计量模块的输入端与用户电线物理直连，实现该用电线路的功率计量，并将功率测量结果信息发送给微控制器MCU。计量模块可以采用各种可能的方式实现，例如:直接将测量数字结果通过接口(串口、并口等)传送给微控制器MCU，或者是将测量的模拟结果传送给微控制器MCU，此时微控制器与测量模块互连的接口一般应当是AD模数转换接口。[0051]晶振与微控制器MCU的时钟输入脚本互连，用于给微控制器MCU提供基本时钟信号(有源晶振)或者与微控制器MCU的内部振荡电路形成回路以产生时钟信号(无源晶振)。[0052]非易失存储器EEPROM/FLASH与微控制器MCU的串口或并口互连，用于实现用电监控器业务过程的审计日志存储，该模块为可选模块。[0053]显示单元LED/IXD与微控制器MCU的引脚互连，用于实现计量模块的测量结果显示，以及用电监控器业务过程的一些提示信息显示。[0054]无线通信模块与微控制器MCU的串口和IO引脚互连，与远端实现无线通信，将用电监控器的计量模块当前的测量结果发送给远端，并接收远端的遥控信号。[0055]继电器的信号侧与微控制器MCU的IO引脚互连，继电器的执行开闭侧与用户电线互连，微控制器MCU通过IO端口控制继电器的开闭，进而控制用户电线的通断。[0056]其中，微控制器MCU可以选用集成射频功能的处理器，便于提高集成度，减少体积、成本和功耗。[0057]以图6中所示的用电监控器为例，其中一个具体处理过程可以是，用电监控器的各模块由整流桥、DC-DC或者电池、DC-DC进行供电，计量模块采集用户电线的功率信息并发送给微控制器MCU，微控制器MCU根据计量模块的功率信息和系统当前时间状态，把信号写到EEPROM/FLASH中作为日志，并将计量模块的功率信息显示在LED/IXD模块上，微控制器还控制无线通信模块与远端的无线设备(例如用户终端)互连，并实现将计量模块的功率信息发送给远端的无线设备。[0058]以带有遥控功能的用电设备为例，其中一个具体处理过程可以是:用电监控器的各模块由整流桥、DC-DC或者电池、DC-DC进行供电，微控制器MCU控制无线通信模块与远端的无线设备(例如用户终端)互连，并监听远端的无线设备发送过来的信息，微控制器判断无端无线设备发送过来的信息是否为控制信号，如果为控制信号，判断是开信号还是闭信号，并根据该控制信号通过IO端口控制继电器的闭合与断开。[0059]基于上述本实用新型的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，改造或者新增的设备小而且少，无需对用户原有的用电设备进行改造，也无需原有的用电设备提供任何互操作即可，用户无需大幅改变原有的用电习惯，即可实现传统用电向智能用电的迁移，而且可以实现传统用电和智能用电的并存，传统用电方式与智能用电方式可以根据用户消费这的体验需要自由选择，随时进行切换，从而既可以在新建立的社区建立智能用电体系，也可以在老城区建立智能用电体系，不受新老社区与城区的限制。[0060]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，包括:智能用电通信平台系统架构，所述智能用电通信平台系统架构包括:主站节点、用户终端以及用电监控器，所述用电监控器接收用户终端的控制指令控制所述用电设备的通电状态，采集与该用电监控器互联的用电设备的用电/供电数据，将该用电/供电数据发送给用户终端，所述用户终端接收智能终端的控制指令，将该控制指令转发给所述用电监控器，接收所述用电监控器采集的用电/供电数据，并将该用电/供电数据向所述主站节点发送。
2.根据权利要求1所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述用户终端包括主用户终端以及一个以上的从用户终端，所述主用户终端通过各所述从用户终端与各用电监控器进行通信。
3.根据权利要求2所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述主用户终端与各从用户终端通过总线、有线网络、mesh网络或者ad-hoc方式互联。
4.根据权利要求1或2或3所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述智能用电通信平台系统架构还包括中继站节点，所述主站节点与所述用户终端通过该中继站节点进行通信。
5.根据权利要求1或2或3所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述用电监控器集成在插座内、插线板内、用电设备插头中、或者红外遥控设备的插头中。
6.根据权利要求1或2或3所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于: 所述用电终端包括:第一微控制器、第二微控制器，与第一微控制器连接的第一无线通信模块、第一晶振、第一显示单元、GPS定位模块、可信/安全模块以及直流稳压模块、电表计量模块，与所述直流稳压模块连接的整流桥，与所述第二微控制器连接的第二晶振、第二无线通信模块、第三无线通信模块，所述第二微控制器还与所述直流稳压模块、所述电表计量模块连接，所以用户终端通过所述第一无线通信模块与所述主站节点/中继站节点进行通信，通过所述第二无线通信模块与智能终端进行通信，通过所述第三无线通信模块与用电监控器进行通信。
7.根据权利要求6所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述用电终端还包括与所述第一微控制器连接的第一非易失存储器、与第二微控制器连接的第二非易失存储器。
8.根据权利要求1或2或3所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于: 所述用电监控器包括:第三微控制器，与第三微控制器连接的晶振、显示单元、无线通信模块、计量模块、继电器以及直流稳压模块，与直流稳压模块连接的整流桥，继电器、整流桥以及计量模块与电线连接。
9.根据权利要求8所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述用电监控器还包括与所述第三微控制器连接的非易失存储器。
10.根据权利要求8所述的传统用电向智能用电无缝迁移的系统，其特征在于，所述用电监控器还包括与所述直流稳压模块连接的电源装置。
专利摘要一种传统用电向智能用电无缝迁移的系统，该系统包括智能用电通信平台系统架构，该智能用电通信平台系统架构包括主站节点、用户终端以及用电监控器；用电监控器用于采集与该用电监控器互联的用电设备的用电/供电数据，并接收用户终端的控制指令控制用电设备的通电状态；用户终端用于接收智能终端的控制指令，并将该控制指令转发给用电监控器，接收用电监控器采集的用电/供电数据，并将该用电/供电数据向主站节点发送。根据本实用新型，对于使用用电设备的用户来说，无需进行大规模的改造，其无需更换新的用电设备、无需对用电设备进行改造，即可实现对现有普通的用电设备进行智能用电的数据采集，实现了从传统用电向智能用电的无缝迁移。
文档编号H02J13/00GK202957667SQ201220708069
公开日2013年5月29日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者陈炯聪, 江泽鑫, 余南华, 梁智强, 梁志宏, 胡朝辉, 林丹生, 石炜君, 梁毅成 申请人:广东电网公司电力科学研究院