用电设备用电量监测和能耗分析装置

1.用电设备用电量监测和能耗分析装置，其特征是，包括交流采样单元、外部通信单元、中央处理单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元；
所述外部通信单元和中央处理单元均与电源模块相连接；
所述交流采样单元、外部通信单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元均与中央处理单元相连接；
所述交流采样单元，用于采集用户进线用电参数，将输出的电压、电流转换为两路电压信号，接入专用处理芯片处理后，送入中央处理单元；
所述外部通信单元，用于中央处理单元与外部设备进行数据交换；
所述中央处理单元，用于对交流采样单元传送的数据进行处理并计算，且将计算结果通过显示单元进行显示，同时将交流采样单元传送的数据和计算结果存入存储单元；
所述存储单元，用于存储交流采样单元传送的数据和计算结果；
所述显示单元，用于显示中央处理单元输出的数据和信息；
所述电源模块，用于中央处理单元和外部通信单元提供电源；
所述数据交换接口，用于使得中央处理单元能与外部存储装置交换数据；
所述输入输出单元，用于使得工作人员能够输入外部控制信息和接入外部信号，并将数据和信息输出。
2.根据权利要求1所述的用电设备用电量监测和能耗分析装置，其特征是，所述交流采样单元通过SPI总线与中央处理单元相连接；
所述外部通信单元包括GPRS/CDMA通信单元和/或以太网通信单元；GPRS/CDMA通信单元通过UART总线与中央处理单元相连接；
所述电源模块包括电源、电池充放电管理单元和后备电池。
3.根据权利要求1所述的用电设备用电量监测和能耗分析装置，其特征是，所述中央处理单元上还连接有外部FLASH和外部RAM、模拟量输入单元、摄像头、终端媒体单元和微功率无线通信单元。
4.根据权利要求1所述的用电设备用电量监测和能耗分析装置，其特征是，所述显示单元为触摸屏；输入输出单元包括有按键。

用电设备用电量监测和能耗分析装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种用电设备用电量监测和能耗分析装置。\n背景技术\n[0002] 随着大用户用电量的不断增加，能源的消耗也越来越严重。它不仅给能源、环保等事并带来巨大的压力，而且也给企业的经营者不小的经济压力。有些企业的能耗费用占到年营收入的15％左右，能耗费用已经变成了制约经营者是否营利的重要因素。传统的电力负荷管理装置无法为用户的合理用电和节能改造提供技术支撑。国网明确在十二五规划中对大用户智能交互终端研制方向进行了规划，要求实现智能用电网络开发远程能效诊断软硬件系统，实现客户用能效率的远程监测和诊断，用能状态在线分析、管理、动态跟踪和自动控制；实时诊断客户用电设备健康状况，实现用电设备远程参数设置、管理和运行状态优化，为客户提供科学用电方案和安全高效的用电服务。\n[0003] 传统电力负荷管理装置终端存在以下不足：\n[0004] 1)不能提供实时透明的电价和各种电力增值服务。传统的电力负荷管理装置只是作为用电采集数据用，兼带少量的负荷管理功能，没有和用户互动起来，只是国网供电公司单向的行为，用户对用电的透明度不够，用户不能从智能电网的建设中获益。\n[0005] 2)不能指导需求侧管理。传统的电力负荷管理装置不能指导用户进行合理用电，调节电网峰谷负荷，也就不能实现电网与用户之间的智能互动。最终，无法从需求侧完善负荷特性，也就无法改善电网的供电质量。\n[0006] 3)不能为用户提供节能改造支持。传统的电力负荷管理装置不对用户的用电设备进行监测和能耗分析，不能为用户提供节能改造技术支持。\n实用新型内容\n[0007] 本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种用电设备用电量监测和能耗分析装置，以能够有效地对用电设备的用电量进行监测分析、提高用电设备管理的智能化水平。\n[0008] 本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。\n[0009] 用电设备用电量监测和能耗分析装置，其结构特点是，包括交流采样单元、外部通信单元、中央处理单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元；外部通信单元和中央处理单元均与电源模块相连接；交流采样单元、外部通信单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元均与中央处理单元相连接；所述交流采样单元，用于采集用户进线用电参数，将输出的电压、电流转换为两路电压信号，接入专用处理芯片处理后，送入中央处理单元；外部通信单元，用于中央处理单元与外部设备进行数据交换；中央处理单元，用于对交流采样单元传送的数据进行处理并计算，且将计算结果通过显示单元进行显示，同时将交流采样单元传送的数据和计算结果存入存储单元；存储单元，用于存储交流采样单元传送的数据和计算结果；显示单元，用于显示中央处理单元输出的数据和信息；电源模块，用于中央处理单元和外部通信单元提供电源；数据交换接口，用于使得中央处理单元能与外部存储装置交换数据；输入输出单元，用于使得工作人员能够输入外部控制信息和接入外部信号，并将数据和信息输出。\n[0010] 本实用新型的用电设备用电量监测和能耗分析装置的结构特点也在于：\n[0011] 所述交流采样单元通过SPI总线与中央处理单元相连接；所述外部通信单元包括GPRS/CDMA通信单元和/或以太网通信单元；GPRS/CDMA通信单元通过UART总线与中央处理单元相连接；所述电源模块包括电源、电池充放电管理单元和后备电池。\n[0012] 所述中央处理单元上还连接有外部FLASH和外部RAM、模拟量输入单元、终端媒体单元和微功率无线通信单元。\n[0013] 所述显示单元为触摸屏；输入输出单元包括有按键。\n[0014] 与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：\n[0015] 本实用新型的用电设备用电量监测和能耗分析装置，通过交流采样单元对用电设备进行电业和电流数据的采集，并将数据通过中央处理单元处理，从而计算获得用电设备的用电量，实现用电设备的用电量监测和能耗分析，并通过通信单元与安防设备相互交换数据，实现设备的集中监控和管理，不仅为国家电网公司目前大力推进建设灵活互动的智能用电互动服务体系，实现标准规范、灵活接入、即插即用、友好开放的互动用电模式，提升供电企业服务水平，改善能源使用效率的电网的建设目标提供技术支撑。而且，为用电企业降低能耗，提高整体的盈利水平提供技术保障，提高了用电设备管理的智能化水平。\n[0016] 本实用新型的用电设备用电量监测和能耗分析装置，具有便于用电设备的用电量监测、提高了供电企业的设备管理水平、提高用电设备管理的智能化水平等优点。\n附图说明\n[0017] 图1为本实用新型的用电设备用电量监测和能耗分析装置的结构框图。\n[0018] 图2为本实用新型的用电设备用电量监测和能耗分析装置的工作流程图。\n[0019] 以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。\n具体实施方式\n[0020] 参见图1，用电设备用电量监测和能耗分析装置，包括交流采样单元、外部通信单元、中央处理单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元；外部通信单元和中央处理单元均与电源模块相连接；交流采样单元、外部通信单元、存储单元、显示单元、电源模块、数据交换接口和输入输出单元均与中央处理单元相连接；所述交流采样单元，用于采集用户进线用电参数，将输出的电压、电流转换为两路电压信号，接入专用处理芯片处理后，送入中央处理单元；外部通信单元，用于中央处理单元与外部设备进行数据交换；中央处理单元，用于对交流采样单元传送的数据进行处理并计算，且将计算结果通过显示单元进行显示，同时将交流采样单元传送的数据和计算结果存入存储单元；存储单元，用于存储交流采样单元传送的数据和计算结果；显示单元，用于显示中央处理单元输出的数据和信息；电源模块，用于中央处理单元和外部通信单元提供电源；数据交换接口，用于使得中央处理单元能与外部存储装置交换数据；输入输出单元，用于使得工作人员能够输入外部控制信息和接入外部信号，并将数据和信息输出。\n[0021] 所述交流采样单元通过SPI总线与中央处理单元相连接；所述外部通信单元包括GPRS/CDMA通信单元和/或以太网通信单元；GPRS/CDMA通信单元通过UART总线与中央处理单元相连接；所述电源模块包括电源、电池充放电管理单元和后备电池。\n[0022] 所述中央处理单元上还连接有外部FLASH和外部RAM、模拟量输入单元、终端媒体单元和微功率无线通信单元。\n[0023] 所述显示单元为触摸屏；输入输出单元包括有按键。\n[0024] 在图1中，电源单元用于GPRS/CDMA通讯单元、中央处理单元、外部通信单元、数据交换接口等其他单元供电。\n[0025] GPRS/CDMA通讯单元或以太网通讯单元，为装置和其他网络设备进行通信提供接口，实现终端和其他设备的数据共享。\n[0026] 中央处理单元对各种数据进行统计分析后保存在其flash芯片内，形成各种统计报表，为用电分析提供样本数据。同时中央处理单元也执行中心主站下发的命令，中央处理单元还配备有标准的RS232接口和USB接口等数据交换接口，供现场维护等通讯。\n[0027] 数据交换接口包括标准的USB接口、RS232接口、抄表的RS485接口，实现本地用户和装置数据交互；备用扩展的RS485接口，可以实现终端的就近抄表。\n[0028] 输入输出接口单元包含遥控、遥信等接口电路，为装置实现定值控制、告警以及其他设备的开关信号接入提供接口。\n[0029] 交流采样单元将电流、电压经信号调理电路分别取样后，送至专用芯片，再将得到的基本电参数传送给中央处理单元，实现不依赖其他设备就可以获得用电参数。\n[0030] 显示单元中可显示人机界面，显示单元采用触摸屏液晶，图形化菜单方式显示，并提供智能输入软键盘，方便人机交互。\n[0031] 后备电池在终端电源停止供电时可给中央处理单元、GPRS/CDMA通讯单元供电，可实现停电后数据通信在短时不中断。\n[0032] 微功率无线通信单元，通过和其他安防设备以及和用电设备侧的用电采集装置通信，实现装置对安防管理、设备运行的监控和维护。\n[0033] 终端媒体单元，实现语音对话和IP可视电话功能，也能实现中心主站对装置现场的视频监控。\n[0034] 模拟量输入单元，接入现场的温湿度传感器等模拟信号输出设备。\n[0035] 在图2中，首先，系统进行自检，自检完成后，记录本次启动的自检信息。如果有异常，产生告警事件。\n[0036] 其次，启动监控应进程，监控程序启动正常后，启动装置的应用进程和多媒体进程\n2个主业务进程后，应用进程依次为每一个功能模块启动一个处理线程。本装置共有以太通信线程、无线模块通信线程、USB通信线程、交流采样线程、GUI线程等10个线程，线程间通过共享缓存或数据库进行数据共享。监控进程负责子进程的运行维护。\n[0037] 每个线程中各自读取线程功能的相关参数，包括各个通信模块参数、抄表参数、控制参数、交流采样标定参数、模拟量标定参数、规约协议参数、2级密码参数、加密模块参数、液晶显示参数等参数，并对读取的参数进行有效性检查，如果有效性检查失败，自动启用备用参数。读取结束后用参数对每个模块相关功能进行初始化。\n[0038] 再次，数据库初始化，中央处理单元恢复最近一次获得的统计数据和用电设备的运行状态数据，用电数据等，装置实时数据清零。\n[0039] 至此，装置启动结束。\n[0040] 接着，液晶显示进入第一屏，背光灯点亮，同步显示系统时间、运行状态；显示用户常用图形菜单，并等待用户操作，如果3分钟没有操作指令，背光关闭，并关闭显示，等待用户触发显示。下面分不同线程来介绍装置的运行过程。\n[0041] 并发执行能效分析线程，在本线程中，根据用户配置的测量点参数、总加组参数和时间周期参数，对符合本参数的用电终端进行能效分析。可以设置成按月和按年进行分析，具体分析过程如下：\n[0042] 用电电量分析：装置根据设置的冻结密度进行各个测点的数据冻结，最小冻结时间为1个小时，冻结数据保存3年，用户按照月来进行统计分析，可以得出得到时间跨度为为1年用电曲线；按日统计分析，可以得到时间跨度为1个月的用电曲线，相同，按小时来统计，能得到时间跨度为1天的用电曲线并；并能得出哪些月、日、时段是用电高峰，哪些月、日、时段为用电低谷，从而给出合理用电建议。\n[0043] 能效分析：同样，结合用电设备的运行状态数据，或通过线路的运行参数，在历史冻结数据库中取出需要分析的用电设备的停止运行时间段线路的有功功率和功率因数，和运行时间段的数值进行比较，如果运行时对线路的功率因数影响大，将此设备标记为能耗大的设备。可以按日、周、月、年进行统计排序，从而指导用户节能降耗改造。\n[0044] 并发执行交流数据采样转换，送入统计模块进行统计，存储模块定时从统计模块中拿数据进行存储，放入对应的数据库中。\n[0045] 并发执行抄表线程，抄表数据进行转换后，送入统计模块进行统计，存储模块定时从统计模块中拿数据进行存储，放入对应的数据库中。\n[0046] 并发执行无线通信线程，本装置和控制中心的数据交互，以及移动手持设备数据交互。\n[0047] 并发执行以太网通信线程，处理装置和以太网设备数据交互。\n[0048] 并发执行微功率无线安防线程，将获得的数据添加到对应的设备数据库中，告警信息在液晶显示的同时，同步输出到告警输出接口。\n[0049] 并发执行负荷管理线程，功率定值控制是根据对采样的数据进行分析，如果功率因数低于一定限值或功率大于一定的限值，将切除对应设备的供电，并提示告警信息。达到欠费门限，提示并告警输出，检测到用电设备故障，发命令给用电设备或直接切除此用电设备，停止运行并输出告警，告警还可以通过配置短信方式发送到指定接收人的手机上，并且可以配置10个号码。此线程也对对开关量信号进行处理。\n[0050] 并发执行远程升级线程，具备断点续传功能，如果具备远程升级服务器，且装置设置允许自动远程功能，当检测到有新的版本升级，会自动进行远程升级。也可以被动远程升级。\n[0051] 并发执行GUI人机接口线程，可以通过界面对一些用户参数进行修改，数据浏览，并可以，通过USB导出指定的数据。但是出厂前已经固化的参数对用户不可见，也无法导出，但可以恢复出厂设置，但此操作要具备管理员权限。\n[0052] 并发执行本地通信模块，设置启用本地任何一种通信方式(USB、232串口)后，就可通过相关协议和对应设备进行通信了，实现本地升级和维护。\n[0053] 所有的数据交互可选数据加密功能，关键数据进行硬件加密和软件加密方式可选。支持DES、RSA、AES等数据加密算法，可以通过配置哪些数据和外部设备传输需要加密。\n[0054] 并发执行终端媒体进程块的4个线程，获取拾音器和摄像头的数据，经编码单元编码，分别转换成MPEG3的MPEG4格式，送通信单元进行传输，同时并将待输出的音频、视频数据送解码单元解码后，驱动扩音器输出以及送到液晶显示，也可以选择TV-OUT输出到其他视频显示设备。