基于智能电网的智能用户端设计

　　2.2.1 控制管理模块

　　同智能电表相比，智能电器开关在功能上要少很多，但安装数量较多，因此在设计时经济实用性着重考虑。该模块选用ATMEL 公司的一款低功耗8 位芯片ATmega8535。

　　2.2.2 电源模块

　　智能电器开关接入的是户内供电网络，在电源模块设计时省去了雷击保护，均采用直流+5 V 供电，并配有+3 V 电池作后备电源。

　　2.2.3 电能计量模块

　　由于智能电器开关只需记录电能的使用量即可，其电能计量模块选用ADI 的计量功能相对较少一些的芯片ADE7756。

　　2.2.4 开关模块

　　用电器电源的通断由微型继电器来实现，MCU的输出信号经过光耦隔离后对继电器进行控制。

　　2.2.5 数据存储模块

　　考虑到智能电器开关数据量相对较小，它的存储模块选用价格较为低廉的EEPROM 存储。

　　2.2.6 其他模块

　　通信、时钟等其他模块均与智能电表相同。

　　3 户内控制系统

　　户内控制系统是智能电网新特性的主要体现点之一，有关它的说法较多，有些文献中将其称为户内显示系统（In Home Display）或者户内能源管理系统（Home Energy Management System）［7］。用户通过该平台了解电能使用信息，并结合实时费率等资讯，对各用电器用电情况进行控制，调整自己的用电方案。同时它还具有很高的扩展性，随着其他各领域的发展，户内控制系统将能够集水电气等诸多户内控制于一身，使得今后的家居生活更加智能化、人性化。

　　3.1 户内控制系统主要功能

　　1）接收智能电表、智能电器开关发送的大量数据信息并进行实时显示；

　　2）为用户提供操作平台，使其可获取详细的电能使用情况及其他相关信息，并协助用户分析调整电能的使用；

　　3）将用户下达的控制指令发送给各用电器。

　　3.2 户内控制系统硬件设计

　　如图5 即为设计的户内控制系统框图。

　　3.2.1 控制管理模块

　　户内控制系统需要处理大量信息，因此需要一个性能优异的芯片才能保证其高效稳定工作。本设计选用TI 公司基于ARM 核心的LM3S9000 系列，主频达80 MHz，性能优异。

　　3.2.2 电源模块

　　考虑到便捷性和舒适性，将户内控制系统设计成一款手持式移动设备，采用+3 V 电池供电。

　　3.2.3 显示模块

　　该模块包括LCD 液晶屏、LCD 驱动、按键三个部分。LCD驱动芯片为EPSON公司的S1D13517，适合于多种屏幕及分辨率；按键共有八个，分别是电源键、重启键、上下左右四个方向键、确定键、取消/返回键。

　　图6 为模拟的户内控制系统主界面，它包含有电能、电价、用电器、分布式发电等模块。户内控制系统将接收到的用电信息经过处理，以图表的形式直观的展现出来。用户根据自身情况调整用电方案，用电器模块能够对各用电器的开关进行定时管理。

　　3.2.4 数据存储模块

　　户内控制系统的数据存储模块包含MCU 的铁电存储器以及LCD 的SDRAM 显存。

　　3.2.5 其他模块

　　时间和通信等其他模块均与智能电表类似。

　　4 结论

　　本文以智能电网为背景，结合高级量测体系和通信的发展，对智能电网的智能用户端进行了硬件原理的设计。包括可对电能进行多项精准测量记录并支持实时电价多重费率的智能电表、计量用电器用电情况并根据控制指令进行开关操作的智能电器开关，以及为用户提供控制平台以实现对户内用电网络进行管理的户内控制系统。三者相互配合，从而达到更合理地分配电能、更高效地利用能源的目的。

　　智能用户端是智能电网中的热点之一，概念新颖，发展潜力巨大，具有极为广阔的应用前景。目前诸多领域尚未形成统一规范，因此在对其进行设计时，还需要不断的探索和实践，以便达到最理想的效果。

　　参考文献

　　［1］ 余贻鑫。 面向21 世纪的智能配电网［J］。 南方电网技术研究，2006，2（6）：14-16.YU Yi-xin. Intelli-D-Grid for the 21st century［J］.Southern Power System Technology Research，2006，2（6）：14-16.

　　［2］ 栾文鹏。 高级量测体系［J］。 南方电网技术，2009，3（2）：6-10.LUAN Wen-peng. Advanced metering infrastructure［J］.Southern Power System Technology，2009，3（2）：6-10.

　　［3］ 殷树刚，张宇，拜克明。 基于实时电价的智能用电系统［J］。 电网技术，2009，33（19）：11-16.YIN Shu-gang，ZHANG Yu，BAI Ke-ming. A smart power utilization system based on real-time electricity prices［J］。 Power System Technology，2009，33（19）：11-16.

　　［4］ 郭松林，林海军，张礼勇。 电子式电能表专用芯片分类及原理［J］。 电测与仪表，2002，39（442）：5-7，52.GUO Song-lin， LIN Hai-jun， ZHANG Li-yong.Classifying of the CMOS chip focus on Watt-hour meter and the theory of the CMOS chip focus on Watt-hour meter［J］。 Electrical Measurement & Instrumentation，2002，39（442）：5-7，52.

　　［5］ 谭志强，黄懿。 自动抄表技术的发展［J］。 电测与仪表，2009，46（517）：1-5.TAN Zhi-qiang ， HUANG Yi. The development of technology in automatic meter reading［J］。 ElectricalMeasurement＆Instrumentation，2009，46（517）：1-5.

　　［6］ Coalton Bennett，Darren Highfill. Networking AMI smartmeters ［C］。 //IEEE Energy 2030 Conference. 2008.

　　［7］ Choi Tae-Seop，Ko Kyung-Rok，Park Seong-Chan，et al. Analysis of energy savings using smart metering system and IHD （in-home display）［C］。 //Transmission and Distribution Conference and Exposition. Asia andPacific：2009.