李嘉鴻（汕頭廣播電視大學(xué)，廣東汕頭，515000）

一種智能用電管理裝置的研發(fā)

李嘉鴻
（汕頭廣播電視大學(xué)，廣東汕頭，515000）

一種智能用電管理裝置，該裝置分別與電力通信網(wǎng)絡(luò)上的用電互動(dòng)終端、用電設(shè)備和智能電表連接，該裝置包括：網(wǎng)絡(luò)通信單元，智能控制單元，用電采集單元，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元，利用網(wǎng)絡(luò)通信單元，智能控制單元，用電采集單元，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元結(jié)合的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于用電設(shè)備使用，還可實(shí)時(shí)對(duì)用電信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理，從而提高了智能用電管理裝置實(shí)時(shí)用電監(jiān)測(cè)的性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)用電安全監(jiān)控管理功能。該裝置已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利（專利名稱：一種智能用電管理裝置，專利號(hào)：201520825392.5）。

互動(dòng)終端；RS485；G24

1 研發(fā)背景

近年來(lái)，隨著各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，智能化已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，智能用電技術(shù)涵蓋了高速實(shí)時(shí)通信、智能控制、智能電表、智能采集、雙向交互、需方響應(yīng)等多方面的技術(shù)，智能用電管理主要包括：智能采集的自動(dòng)抄表；雙向交互、需方響應(yīng)的智能家居控制；智能采集、雙向交互、需方響應(yīng)的智能用電管理等。

目前，現(xiàn)有的用電管理裝置無(wú)非是為控制而進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，或者只服務(wù)于用電信息查詢，而應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能用電裝置，網(wǎng)絡(luò)通信流量資費(fèi)高，傳輸速度和可靠性低，采用無(wú)資費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)通信，其網(wǎng)絡(luò)管理困難、組網(wǎng)通信設(shè)備投資龐大。采用有資費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)通信，通信資費(fèi)隨通信流量的增加而增加，以一條網(wǎng)絡(luò)通信線路配置24只智能電表、實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)間精確到15分鐘計(jì)算，通信線路上每48秒最少有一條通信數(shù)據(jù)幀，而實(shí)際應(yīng)用中每個(gè)臺(tái)區(qū)只使用一條通信線路，造成實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通信流量很大，降低了傳輸速度和可靠性?，F(xiàn)有的用電設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的通信協(xié)議、支持的功能指令各不相同，因此現(xiàn)有的智能用電管理只固化能夠與特定用電設(shè)備通信的協(xié)議解析程序，沒(méi)有獨(dú)立于用電設(shè)備的用電管理裝置，給接入用電設(shè)備、功能擴(kuò)展帶來(lái)制約，上述因素造成現(xiàn)有的智能用電管理受制于用電設(shè)備等缺點(diǎn)。

2 解決方案

本裝置所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種獨(dú)立于用電設(shè)備的智能用電管理裝置，它能克服網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集用電信息和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理，從而解決現(xiàn)有用電管理裝置的缺點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是：

一種智能用電管理裝置，該裝置分別與電力通信網(wǎng)絡(luò)上的用電互動(dòng)終端、用電設(shè)備和智能電表連接，該裝置包括：網(wǎng)絡(luò)通信單元，智能控制單元，用電采集單元，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元設(shè)有有線通訊模塊和/或無(wú)線通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)通信單元還設(shè)有數(shù)據(jù)傳輸端，其數(shù)據(jù)傳輸端與設(shè)在數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元上的功能指令輸入端相連接，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元分別控制連接智能控制單元和用電采集單元。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的有線通訊模塊為RS485接口模塊，所述的無(wú)線通訊模塊為GSM模塊、GPRS模塊與WIFI模塊中的任意一種或多種的組合。智能控制單元為ISP接口模塊，ISP接口模塊與ISP轉(zhuǎn)換G24信號(hào)模塊連接。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置利用網(wǎng)絡(luò)通信單元，智能控制單元，用電采集單元，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元結(jié)合的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于用電設(shè)備使用，還可實(shí)時(shí)對(duì)用電信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理，從而提高了智能用電管理裝置實(shí)時(shí)用電監(jiān)測(cè)的性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)用電安全監(jiān)控管理功能。

3 裝置實(shí)施方式及工作原理

3.1 裝置工作原理圖解

圖1 智能用電管理裝置工作原理示意圖；

圖中：1、智能用電管理裝置；2、電力通信網(wǎng)絡(luò)；3、用電設(shè)備；4、智能電表；101、網(wǎng)絡(luò)通信單元；102、智能控制單元；103、用電采集單元；104、數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元；105、有線通訊模塊；106、無(wú)線通訊模塊；107、數(shù)據(jù)傳輸端；108功能指令輸入端；201、用電互動(dòng)終端。

3.2 實(shí)施方式

如圖1所示，智能用電管理裝置，包括：

一種智能用電管理裝置，該裝置1分別與電力通信網(wǎng)絡(luò)2的用電互動(dòng)終端201、用電設(shè)備3和智能電表4連接，該裝置1包括：網(wǎng)絡(luò)通信單元101，智能控制單元102，用電采集單元103，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104上設(shè)有數(shù)據(jù)處理規(guī)約表用于存取功能指令的相關(guān)信息，網(wǎng)絡(luò)通信單元101設(shè)有有線通訊模塊105和/或無(wú)線通訊模塊106，網(wǎng)絡(luò)通信單元101還設(shè)有數(shù)據(jù)傳輸端107，數(shù)據(jù)傳輸端107與設(shè)在數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104上的功能指令輸入端108相連接，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104分別控制連接智能控制單元102和用電采集單元103。有線通訊模塊105為RS485接口模塊，無(wú)線通訊模塊106為GSM模塊、GPRS模塊與WIFI模塊中的任意一種或多種的組合，智能控制單元102 為ISP接口模塊，ISP接口模塊與ISP轉(zhuǎn)換G24信號(hào)模塊連接。

當(dāng)使用智能用電管理裝置1時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)通信單元101上的GPRS模塊以無(wú)線形式接入電力通信網(wǎng)絡(luò)2的用電互動(dòng)終端201，用電采集單元103通過(guò)RS485接口模塊連接智能電表4，智能控制單元102通過(guò)ISP轉(zhuǎn)換G24信號(hào)模塊連接與智能插座、智能開(kāi)關(guān)等用電設(shè)備3連接即可。

3.3 智能用電管理裝置工作原理

如圖1所示，智能用電管理裝置1上的網(wǎng)絡(luò)通信單元101從電力通信網(wǎng)絡(luò)2的用電互動(dòng)終端201接收到通信數(shù)據(jù)幀后，將通信數(shù)據(jù)幀傳送給數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104，數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104將所需的所有功能指令（如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電量、采集月凍結(jié)用電量、階段凍結(jié)用電量、日凍結(jié)用電量等功能指令）分解為固定字節(jié)和可變字節(jié)，以記錄形式把固定字節(jié)、合成規(guī)約、抽取規(guī)約、接口編號(hào)固化在數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104上的數(shù)據(jù)處理規(guī)約表中，并分配存取記錄對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼。功能指令是指裝置與用電設(shè)備進(jìn)行交互的數(shù)據(jù)幀；固定字節(jié)是指功能指令中固定不變的所有字節(jié)；合成規(guī)約是指把固定字節(jié)和可變字節(jié)還原為功能指令的規(guī)約（包括：可變字節(jié)的字節(jié)長(zhǎng)度小于功能指令規(guī)定時(shí)的填補(bǔ)字節(jié)、固定字節(jié)和可變字節(jié)的合成排列順序）；可變字節(jié)是指功能指令中用電設(shè)備編號(hào)、校驗(yàn)碼等變化字節(jié)，來(lái)源于電力通信網(wǎng)絡(luò)2的通信數(shù)據(jù)幀；提取規(guī)約是指智能用電管理裝置1接收到用電設(shè)備3的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，從應(yīng)答數(shù)據(jù)幀中抽取有效數(shù)據(jù)的規(guī)約（包括有效數(shù)據(jù)在應(yīng)答數(shù)據(jù)幀中的起始位置和長(zhǎng)度）；接口編號(hào)作用于區(qū)分功能指令的交互單元為智能控制單元102還是為用電采集單元103，然后讀取通信數(shù)據(jù)幀中的識(shí)別碼，判斷識(shí)別碼：如果是數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104中配置功能指令的默認(rèn)識(shí)別碼，讀取通信數(shù)據(jù)幀中的固定字節(jié)、合成規(guī)約、提取規(guī)約，分配識(shí)別碼，以記錄形式把識(shí)別碼、固定字節(jié)、合成規(guī)約、提 取規(guī)約固化在數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104上的數(shù)據(jù)處理規(guī)約表，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信單元101反饋?zhàn)R別碼；如果是應(yīng)用功能指令的識(shí)別碼，讀取通信數(shù)據(jù)幀中的識(shí)別碼、可變字節(jié)、執(zhí)行頻率；根據(jù)識(shí)別碼讀取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)檢測(cè)處理單元104中的固定字節(jié)、合成規(guī)約、提取規(guī)約；接口編號(hào)；根據(jù)合成規(guī)約把固定字節(jié)和可變字節(jié)還原為功能指令；根據(jù)執(zhí)行頻率，定時(shí)把還原的功能指令發(fā)送到智能控制單元102控制用電設(shè)備3或用電采集單元103采集智能電表4信息；如果判斷為重復(fù)發(fā)送功能指令的結(jié)束條件：接收到相同的功能指令或時(shí)間于超出0點(diǎn)，則退出操作。

智能用電管理裝置1通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信單元101接收用電設(shè)備3總線或智能電表4總線的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，根據(jù)提取規(guī)約提取應(yīng)答數(shù)據(jù)幀中的有效數(shù)據(jù)；把用電設(shè)備3編碼、識(shí)別碼、有效數(shù)據(jù)、執(zhí)行次序編制成通信數(shù)據(jù)幀，執(zhí)行次序是指智能用電管理裝置1定時(shí)向用電設(shè)備3發(fā)送功能指令的次序，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信單元101發(fā)送通信數(shù)據(jù)幀到用電力通信網(wǎng)絡(luò)2的電互動(dòng)終端201。

4 結(jié)束語(yǔ)

本裝置是在響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排這一大背景下，根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 中電力用戶用電信息采集統(tǒng)計(jì)與實(shí)現(xiàn)而開(kāi)發(fā)的。我國(guó)電力載波通訊控制技術(shù)在不斷發(fā)展，只有不斷創(chuàng)新改進(jìn)才能使系統(tǒng)更好的適應(yīng)這些變化，從而使它在我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮更好的作用。

［1］ Q/GDW378.3- 2009，電力用戶用電信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則：技術(shù)方案設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.

［2］李楠，屈百達(dá).基于電力線載波與GPRS相結(jié)合的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)［J］.電測(cè)與儀表，2007，44（9）.LI Nan，QU Bai- da.Design of remote data collection system based on PLC and GPRS［J］.Measurement &Instrumentation，2007，44（9）.

［3］孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.電測(cè)與儀表，2006，43（8）.

Research and development of an intelligent power management device

Li Jiahong
（Shantou radio and Television University，Shantou，Guangdong，515000）

This article is about a smart electricity consumption management device，which is linked to the electricity interactive terminal，the electricity equipment and smart electricity meter on the electric power communication network.This device includes a network communication unit，a smart control unit，an electricity sampling unit and a data detecting and processing unit.With the combination of all these units， this device is able to work independently of electric equipment，while in real time supervising and sampling electricity consumption information， and monitoring and processing data.Therefore，the device has improved the cost efficiency of the smart electricity management for real time electricity consumption monitoring， implementing the function of electricity safety monitoring management.This device has obtained the national utility models patent.（ Patent name：smart electricity consumption management device，Patent Number： 201520825392.5）

interactive terminal；RS485；G24

本項(xiàng)目是2015年度廣東遠(yuǎn)程開(kāi)放教育科研基金項(xiàng)目資助。項(xiàng)目名稱：學(xué)校智能用電管理系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用，項(xiàng)目編號(hào)：yz1509。

李嘉鴻（1980-），男，漢族，廣東汕頭人，汕頭廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)講師。