专利名称：基于传感网的分布式电能计量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用电用户的电能计量技术领域，具体涉及一种基于传感网的分布式电能计量系统。
背景技术：
进入21世纪以来，世界能源问题日益突出，“节能减排、低碳经济”逐渐走进人们的平常生活。近年来，随着物联网建设不断推进，以及智能住宅的发展，为用电用户的用电方式和电能计量方法提出了如图1所示的基于智能插座的电能计量系统模型。该模型采用了先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术，将用电、计量以及用电用户内部各种智能化信息处理系统有机地结合在一起，通过统筹管理使得用电用户的生活和工作更加方便、安全、有效。如图1所示，该电能计量系统包括电能表、智能插座和网关等主要设备，其中电能表用于计量用户的总体电能值；智能插座用于采集各个电器的电能值情况，采集各电器的用电数据和参数，并且可以通过WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)网络，将这些信息经过网关转发给用电服务器；网关可以通过WSN网络和各个智能插座建立连接， 各个智能插座将其用电数据和参数发送到网关，网关将用电数据处理转换后通过互联网转发给用电服务器例如用电管理部门或者该用电用户。基于这些用电数据和参数，用电服务器可以通过网关实现对各电器的远程智能控制和管理，进而通过对各电器的能耗情况制定更有效的节能降耗措施，下面对可能的应用情形进行举例说明。其中，图1中的L、N线分别表示入户电力线的相线和零线，与电器一起构成用电回路。情形一，图1中的用电服务器为用电管理部门。在用电负荷很高而供电能力严重不足时，为了保证电网的稳定运行，用电部门可以对用电用户内部的电器有选择地供电，比如保证基本生活用电而断开那些非必需或者非紧要用电，例如保证照明用电和厨房用电， 断开空调等电器的用电。随着物联网建设的推进，将来的空调等大功率、高能耗电器内部将有可能植入类似智能插座这样的计能与控制装置，来帮助供电部门实现情形一中的控制功能。情形二，图1中的用电服务器为用电用户。用电管理部门通过图1的模型采集到用电用户内部各电器的用电数据，除了用于用电管理部门自身的数据统计分析之外，还可以授权给该用电用户，使用电用户可以通过互联网对这些数据进行查询访问，及时了解家中的用电情况以便采取相应的用电策略，还可以通过该系统实现对家中电器的远程智能控制。虽然图1中的基于智能插座/物联网的电能计量系统的优点突出，但也存在一些较大的设计缺陷每个智能插座需要单独计算出与所连电器之间的线路上的电流和电压， 以及通过WSN网络和无线网关实现与用电服务器的通信，甚至还要进行数据的显示，因此该智能插座与现有的普通的电器插座相比，往往体积较大，成本较高，并且智能插座通常是安装在已有的普通插座上，然后电器的插头再插在智能插座上，实现起来很不方便；同时在用电用户内部，通常包括多个电器，因此智能插座作为该系统的基本单位，需要多个智能插座才能满足需求，这无疑增加了整个电能计量系统的成本。
发明内容为了解决上面提到的问题，本发明提出了基于传感网的分布式电能计量系统，以分布计量和智能控制方式，达到节约能源和资源的目的。相比上面所述的基于智能插座/ 物联网的电能计量系统，基于传感网的分布式电能计量系统简化了系统的设备结构，大大降低了整个电能计量系统的成本。为此，本发明实施例提供如下技术方案。一种基于传感网的分布式电能计量系统，包括总体计量�？�、至少一个分布计量�？橐约巴兀渲凶芴寮屏磕？椋饬咳牖У脱沟缌ο呱系牡缪购妥艿牡缌鳎扑愠鲎艿牡缒苤担⑶彝ü齏SN网络将计量的用电数据发送给分布计量�？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎� 以及接收网关转发的来自用电服务器的控制命令并且执行相应的操作；至少一个分布计量�？椋玫缌鞲杏Ψú饬坑玫缬没诓康母鞯缙鞯牡缌鳎葑芴寮屏磕？榉⒉嫉牡缪梗扑愠龈鞯缙鞯牡缒苤担⑶医涞缌骱偷缒苤低ü齏SN网络传送给总体计量�？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎邮胀刈⒌睦醋杂玫绶衿鞯目刂泼畈⑶抑葱邢嘤Φ牟僮鳎煌兀ü齏SN网络接收来自总体计量模块和分布计量�？榈挠玫缡荩玫缡菥硪约案袷阶缓笸ü齣nternet网转发给用电服务器，以及将来自用电服务器的控制命令转发给总体计量�？榛蚍植技屏磕？�。根据该实用新型所提供的一种基于传感网的分布式电能计量系统，可以用于用电用户内部各电器的能耗统计计量，以分布计量和智能控制方式，达到节约能源的目的。
图1为智能插座电能计量系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的基于传感网的分布式电能计量系统结构示意图；图3为本发明实施例提供的总体计量模块的结构示意图；图4为本发明实施例提供的分布计量�？榈慕峁故疽馔�。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，
以下结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。如图2所示，是本发明实施例提供的基于传感网的分布式电能计量系统的结构示意图，包括总体计量�？�1、至少一个分布计量�？�2以及网关3。下面具体介绍各部分的作用。总体计量�？�1，用于计量用电用户内部的总的电能值，测量入户低压电力线上的电压和总的电流，通过WSN网络将测量到的电压发布给各个分布计量�？�2，并且可以通过 WSN网络与网关3交互信息，将所测量的用电数据通过网关3转发给用电服务器，以及接收并执行来自网关3转发的来自用电服务器的控制命令。至少一个分布计量模块2，用电流感应法测量用电用户内部各个电器的电流，根据总体计量�？�1发布的电压，统计出各电器的电能值，并且将其电流和电能值通过WSN网络传送给总体计量�？�1以及网关3，还可以执行网关3转发的控制命令。感应法测量的原理将结合图4中的分布计量�？�2的具体结构进行描述。网关3，通过WSN网络与总体计量�？�1和分布计量�？�2进行通信，接收来自总体计量�？�1和分布计量�？�2的用电数据，将用电数据经过处理以及格式转换后通过 internet网发送给用电服务器，用电服务器可以是用电用户或者用电管理部门等管理用户；同时用电服务器可以通过internet以及网关3转发给总体计量�？�1或分布计量�？� 2，总体计量�？�1或分布计量�？�2执行相应的控制操作，从而实现智能住宅中的智能控制和电能的分布计量功能。其中，总体计量模块1、各个分布计量�？�2、以及网关3都包括WSN�？椋佣梢酝ü齏SN网络实现相互之间的通信。总体计量�？�1、以及分布计量�？�2的具体结构将结合附图3和4进行描述。该基于传感网的分布式电能计量系统的工作过程如下总体计量模块1采集经过电能表入户的220v低压电力线上的电压和电流信号，测得实际的低压电力线上的电压值以及该用电用户内部的各电器的总的电流，根据所测得的电压和总电流计算该用电用户总的电能值，并且通过总体计量�？�1的WSN�？榻獾玫挠玫缡荽莞鞣植技屏磕？�2以及经过网关3转发给用电服务器；分布计量模块2， 用电流感应法测量其所连接的电器的电流，根据总体计量�？�1发布的电压，统计出该电器的电能值，并通过分布计量�？�2的WSN�？榻庑┯玫缡菥�3转发给用电服务器以及总体计量�？�1 ；网关3通过WSN网络接收来自总体计量�？�1和分布计量模块2 的用电数据，并且对这些用电数据进行处理以及格式转换，然后通过internet转发给用电服务器；用电服务器根据所接收的用电数据，可以通过internet和网关3转发控制命令给总体计量�？�1或各分布计量�？�2，总体计量�？�1或各分布计量�？�2执行相应的命令操作，进而实现如背景部分对图1的描述中所述的对用电用户内部的各电器的远程智能控制和管理。图2中的分布计量�？�2的具体功能结构可以嵌入到现有的插座中。由于分布计量�？�2仅测量其相应的电流，无需测量电压参数，因此其电路相比图1中所示的智能插座大大简化，所以其外形结构可以做的小巧，可以直接嵌入到现有插座中。另外，图2中的分布计量�？�2的具体功能结构还可以采用例如开环式结构套在插座6与电器连接的电线的L或N线上或者采用夹子式结构夹在所述电线的L或N线上， 实现方式更加灵活方便。图3是本发明实施例所提供的总体计量�？�1的结构示意图，包括电压预处理 11、电流预处理12、电源13、电能计量14、CPU 15、红外收发16、显示17和WSN�？�18，下面具体描述各部分作用。电压预处理11，采集入户低压电力线的电压信号，并且对电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后将所处理后的电压信号传送给电能计量14。电流预处理12，采集入户低压电力线上的电流信号，并且对其进行分流和调整处理，然后将所处理后的电流信号传送给电能计量14。电源13，从220v低压电力线中获取电能，并且进行电压转换，提供总体计量�？�1 的工作电源。电能计量14，根据来自电压预处理11的电压信号以及电流预处理12的电流信号， 计算出该低压电力线上的总的电能。CPU 15，为总体计量�？�1的运算与控制核心，控制电能计量14获取总电能、电压和电流数值，以及控制红外收发16、WSN�？�18以及显示17的工作。红外收发16，用于红外抄表机对总体计量�？�1的参数设置与命令操作。显示17，用于显示总体计量�？�1以及各分布计量�？�2的用电数据，方便用电用
户查看。WSN�？�18，总体计量�？�1通过WSN�？�18与网关3和分布计量�？�2相连接，实现与它们之间的相互通信，具体地总体计量�？�1通过WSN�？�18将所计量的用电数据传送给各分布计量�？�2以及经过网关3转发给用电服务器，接收分布计量模块2所计量的用电数据，以及接收网关3转发的来自用电服务器的控制命令并且执行相应的控制操作。总体计量模块1的各个�？榈墓ぷ鞴倘缦碌缭�13从入户的220v低压电力线上获取电能，并且进行电压转换，提供总体计量模块1的工作电源；电压预处理11对入户低压电力线上采集的电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后连接到电能计量14，电能计量14根据分压后的电压计算出入户的低压电力线上的实际电压；电流预处理12对入户电力线上采集的总的电流进行分流和调整，然后连接到电能计量14，电能计量14根据分流后的电流计算出入户的低压电力线上的实际电流也就是该用电用户的各电器的总的电流，然后根据所计算的电压和总的电流计算总的电能值，并且将所测得的电压在CPU 15的控制下通过WSN模块18发布给各分布计量模块2， 另外红外抄表机可以通过红外收发16对总体计量�？�1进行参数设置与命令操作，总体计量�？�1所测得的用电数据以及来自各分布计量�？榈挠玫缡菘梢酝ü允�17显示出来，总体计量模块1所测得的用电数据可以通过WSN�？�18传送给网关3。同时，总体计量�？�1可以接收来自用电服务器经过网关3转发的控制命令并且执行相应的命令操作。图4示出了本发明实施例提供的分布计量�？�2的结构示意图，包括电流感应 21、电流采样22、CPU 23、WSN模块24、电池25，各部分功能具体描述如下。电流感应21，使用电流感应方法测量各个电器的电流。具体地，感应法的工作原理是用导线缠绕电力线的L线，当电力线中通过电流时，该导线所在的回路中产生感应电流。然后，根据该导线的缠绕匝数以及感应电流大�。扑愠銎渌频牡缌ο咧械牡缌鳎� 也就是流过该分布计量�？�2所连接的电器的电流。这里，电流感应21采用导线缠绕电力线的L线或N线，在其所在的回路中产生感应电流。电流采样22，连接电流感应21并且采集电流感应21所产生的感应电流，并且将所采集的感应电流传送给CPU 23用于计算该电器的电流值。CPU 23，为分布计量�？�2的运算与控制核心，连接电流采样22并且用于根据电流采样22采集的感应电流值以及电流感应21中的导线的缠绕匝数计算出该电器消耗的电能值，CPU 23还用于控制WSN�？镸与总体计量�？�1的通信和通过网关3与用电服务器之间的通信。WSN�？镸，分布计量�？�3通过WSN�？镸与总体计量�？�1通信以及通过网关3和internet与用电服务器通信，包括接收来自总体计量�？�1发布的电压等用电数据、接收网关3转发的控制命令并且执行相应的控制操作，以及向总体计量�？�1发送所计量的用电数据以及经过网关3转发给用电服务器。电池25，采用无线传感网国家标准中规定的智能电池来供电，按要求需每5年更
换一次。由于在总体计量�？�1中测量低压电力线上的电压，而总体计量�？�1与各电器之间为并联结构，因此各电器上的电压就等于总体计量�？�1所计量的电压，所以分布计量�？�2就可以省去电压测量电路以及其他的控制、显示电路，使得在该系统中使用数量更多的分布计量�？�2的结构大大简化，从而减小了分布计量�？�2的体积，甚至可以嵌入到现有电力插座中，也大大降低了系统的成本。分布计量�？�2的各个�？榈墓ぷ鞴倘缦碌缌鞲杏�21使用电流感应法通过导线缠绕L线感应该分布计量�？�2所连接的电器的电流；电流采样22采集所产生的感应电流，并且将所采集的感应电流传送给CPU 23 ；CPU 23根据所采集的感应电流计算出通过该电器的电流以及总体计量�？�1发布的电压计算该电器的电能值，并且将其电流和电能值通过WSN�？镸传送给总体计量�？�1以及经过网关3转发给用电服务器，以及执行来自用电服务器的经过网关3转发的控制命令； 其中分布计量�？�2由电池25供电，电池25采用无线传感网国家标准中规定的智能电池， 可以持续5年供电。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式
对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求1.一种基于传感网的分布式电能计量系统，其特征在于，包括总体计量模块、至少一个分布计量�？橐约巴兀渲凶芴寮屏磕？椋饬咳牖У脱沟缌ο呱系牡缪购妥艿牡缌鳎扑愠鲎艿牡缒苤担⑶彝ü齏SN网络将计量的用电数据发送给分布计量�？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎约敖邮胀刈⒌睦醋杂玫绶衿鞯目刂泼畈⑶抑葱邢嘤Φ牟僮鳎恢辽僖桓龇植技屏磕？椋玫缌鞲杏Ψú饬坑玫缬没诓康母鞯缙鞯牡缌鳎葑芴寮屏磕？榉⒉嫉牡缪梗扑愠龈鞯缙鞯牡缒苤担⑶医涞缌骱偷缒苤低ü齏SN网络传送给总体计量�？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎邮胀刈⒌睦醋杂玫绶衿鞯目刂泼畈⑶抑葱邢嘤Φ牟僮鳎煌兀ü齏SN网络接收来自总体计量�？楹头植技屏磕？榈挠玫缡荩玫缡菥硪约案袷阶缓笸ü齣nternet网转发给用电服务器，以及将来自用电服务器的控制命令转发给总体计量模块或分布计量�？�。
2.根据权利要求1所述的基于传感网的分布式电能计量系统，其特征在于，所述总体计量�？榘ǖ缪乖ご�、电流预处理、电能计量、CPU、WSN�？�、以及电源，其中电压预处理，采集入户低压电力线的电压信号，并且对电压信号进行滤波、分压和调整处理，然后将所处理后的电压信号传送给电能计量；电流预处理，采集入户低压电力线上的电流信号，并且对其进行分流和调整处理，然后将所处理后的电流信号传送给电能计量；电能计量，根据来自电压预处理的电压信号以及电流预处理的电流信号，计算出该低压电力线上的总的电能值；CPU，为总体计量�？榈脑怂阌肟刂坪诵模刂频缒芗屏坷醇屏孔艿牡缒苤�、电压和电流，以及控制WSN�？榈耐ㄐ牛籛SN模块，总体计量�？橥ü齏SN�？榻玫缡荽透植技屏磕？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎邮绽醋苑植技屏磕？榧屏康挠没荩约敖邮胀刈⒌睦醋杂玫绶衿鞯目刂泼畈⑶抑葱邢嘤Φ牟僮�。电源，从220v低压电力线中获取电能，并且进行电压转换，提供总体计量�？榈墓ぷ鞯缭�。
3.根据权利要求2所述的基于传感网的分布式电能计量系统，其特征在于，所述总体计量�？榛菇徊桨ê焱馐辗ⅲ糜诤焱獬砘宰芴寮屏磕？榈牟问柚糜朊畈僮鳎� 显示，用于显示总体计量�？橐约案鞣植技屏磕？榈挠玫缡�。
4.根据权利要求1所述的基于传感网的分布式电能计量系统，其特征在于，所述分布计量�？榘ǖ缌鞲杏�、电流采样、CPU、WSN�？�、电池，其中电流感应，利用导线缠绕连接电器的电力线的相线，获取感应电流； 电流采样，连接电流感应并且采集所述感应电流；CPU，连接电流采样并且根据电流采样所采集的感应电流值以及电流感应中的导线的缠绕匝数计算出该电器消耗的电能值，并且控制WSN�？橛胱芴寮屏磕？榈耐ㄐ乓约坝胗玫绶衿髦涞耐ㄐ牛籛SN�？椋屏康挠玫缡莘⑺透芴寮屏磕？橐约巴ü刈⒏玫绶衿鳎邮绽醋宰芴寮屏磕？榉⒉嫉挠玫缡荩约敖邮沼玫绶衿骶刈⒌目刂泼畈⑶抑葱邢嘤Φ目刂撇僮鳎坏绯兀捎弥悄艿绯乩次植技屏磕？楣┑�。
专利摘要本实用新型具体涉及一种基于传感网的分布式电能计量系统，用于用电用户内部各电器的能耗统计计量，以分布计量和智能控制方式，达到节约能源的目的。该系统包括总体计量�？�、分布计量�？楹屯兀渲凶芴寮屏磕？榧屏孔艿牡缒苤担饬咳牖У脱沟缌ο呱系牡缪购妥艿牡缌鳎饬康降挠玫缡萃ü尴叽衅魍绱莞植技屏磕？楹途刈⒏玫绶衿鳎环植技屏磕？椴饬坑玫缬没诓扛鞯缙鞯牡缌鳎⑶腋葑芴寮屏磕？榉⒉嫉牡缪雇臣聘玫缙鞯牡缒苤担⑶医涞缌骱偷缒苤低ü尴叽衅魍绱透芴寮屏磕？楹途刈⒏玫绶衿鳎挥玫绶衿鞲菟邮盏挠玫缡荩迪侄杂玫缬没诓康母鞯缙鞯脑冻讨悄芸刂坪凸芾�。
文档编号G01R19/00GK202133715SQ20112016749
公开日2012年2月1日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者孙毅, 崔维新, 杨春萍, 祁兵 申请人:北京华电信通科技有限公司
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