专利名称：农业用电缴费集中管理与控制技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业生产、生活用电管理领域，尤其针对一个变压器范围内的农业灌溉、农副业生产与生活用电进行集中收费管理与控制的设备。
背景技术：
农村用电管理问题是一个长期存在的问题，农村电网改造是国家的一项广受欢迎的惠农政策，使我国广大农村地区享受到了与城市同样的一户一表、同网同价的“四到户”待遇。但是农业灌溉用电的临时性、非固定用户的用电特点，仍然需要人工抄表收费，同样面临着收费难、人情电、关系电等一系列的管理问题。多年来有许多科技工作者及有关的公司、科研院所等投入了大量的人力物力进行研究，相继研制出了 IC卡电表、射频卡电表等，对农村用电管理产生了一定的积极效果。 但这些产品也有明显的不足首先由于其工作原理的局限性，其无法杜绝窃电行为的发生，并且对使用环境、使用人员的技术水平要求较高。其次，由于用户所交的电费都折合成电量储存在IC卡或射频卡等移动介质内，这些高科技产品比较脆弱容易造成存储介质的损坏，甚至丢失，会造成其中剩余的电量数据丢失，给用户造成不必要的损失。农业生产用电管理关键的就是用电计量、电费收缴的问题，提高管理手段与管理技术水平是解决问题的良好途径。农业用电的另一个问题是农村低压供电线路的电压损耗过大问题，由于农业灌溉用低压线路的利用率比较低，一般每年不会超过20%，虽说国家投入了大量资金进行农网改造，但是从经济和安全方面考虑，也不适合采用较粗的导线线径。在农村常见低压供电网中，在一条供电线路上有多个负载位置是不可避免的，面对农业生产的气候与种植作物的同样性，需要同时进行灌溉，造成多个负载同时工作，共用线路的线路损耗将会很大，导致相关负载的端电压很低，对输电效率及水泵机组的工作效率影响很大。这个问题需要通过对供电线路进行峰谷电价调节或进行直接控制用电设备的强制措施才能解决，目前的供电线路都不具备这个能力。另一方面，由于供电线路一般是用铜质金属作为传输导线的，由于金属导线材料的价格高居不下，这也成了不法分子猎取的目标，因此农村供电线路以及用电设备被盗问题也是经常发生的，严重威胁农业生产和国家集体财产的安全。本人(李文忠)的专利号为201220019230. 9的“智能化网络灌溉监控系统”与本专利是最为接近的技术，由于其只对控制灌溉水泵的终端控制器进行操作，由于其出发点和目的所限，使其针对性和局限性非常强，对目前农村用电中的供电线路存在的用电高峰集中以及防盗问题也是鞭长莫及。
发明内容
针对目前农村生产、生活用电管理中存在的问题，面对农业生产对供电线路的用电高峰集中引起的供电线路超负荷问题，供电线路、用电设备被盗的安全问题等一系列复杂问题进行研究探索，给出相应对策，提出的本发明可望解决类似的棘手问题。本发明提供一种在一个变压器范围内对所有用电单位进行集中的用电计费管理与控制，并对供电线路和用电设备进行实时监控，解决防盗报警问题，为用户提供安全可靠的生产用电环境。本发明采用下述技术方案
本技术方案包括变压器房(110)、中心控制器(111)、终端管理器(112)、供电线路
(113)、电力线通讯(114)、计算机管理系统(115)、电力变压器(116)、用电单位(201)、身份识别控制器(202)等系统功能模块。中心控制器(111)可放置于供电线路源头的变压器房(110 )内，终端管理器(112 ) 置于每个用电计费单元的供电线路(113)入口，也就是说所有的用电设备需要的电能都必须从终端管理器(112)获得。终端管理器(112)通过受控供电线路(204)对用电单位(201)的用电行为进行控制，以实现中心控制器(111)对用电单位(201)的用电管理。所有与供电线路(113)相连的处于使用状态或备用状态的终端管理器(112)模块，均通过电力线通讯(114)与中心控制器(111)保持实时联系，使中心控制器(111)时刻掌握整个变压器供电范围内的供电线路和用电设备的运行状态。中心控制器(111)作为一个管理控制中心，所有合法的用户均在中心控制器
(111)中拥有用电缴费帐户，身份识别控制器(202)需要与用电缴费帐户进行绑定才具有使用的合法性，用户使用身份识别控制器(202)作为用电操作和电能消费的凭证。身份识别控制器(202)具有操作按钮和显示屏幕，它与终端管理器(112)通过无线通讯(203)的方式进行双向交换信息，通过它，用户可以对终端管理器(112)进行用电操作，也可以获取用户感兴趣的数据。用户通过计算机管理系统(115)实行预交电费，工作人员将用户的交费信息传送给中心控制器(111)的用电缴费帐户，用户才可以进行电能消费。中心控制器(111)对用户的用电缴费帐户资金变动进行跟踪记录，以备用户查询，确保用户资金安全。终端管理器(112)在一定的时间内只能接受一个用电单位(201)的身份识别控制器(202)进行用电操作，不同用电单位(201)的身份识别控制器(202)可以分时操作某个终端管理器(112)用电，也就是说用户携带身份识别控制器(202)，可以在每一个空闲的终端管理器(112)上进行合法的用电操作。中心控制器(111)可以探知、定位每个终端管理器(112)所在的供电线路的用电位置，确定其供电线路参数。中心控制器(111)和终端管理器(112)都具有测量供电线路电压、电流以及测量电能消耗等供电线路参数的能力，中心控制器(111)可以获取每条线路和每个终端管理器
(112)的负载运行情况。中心控制器(111)根据已知的每个终端管理器(112)正常工作信息，根据实时供电线路参数判断供电线路、用电设备是否正常工作，以及对缺相、过载等线路及设备故障进行相应的处理。对供电线路、用电设备的被盗情况可以作出迅速判断，快速报警，以保障供电线路和用电设备的运行安全。
中心控制器(111)和终端管理器(112)均具有备用电池供电的保障能力，以确保在正常的电网断电期间，也能监控供电线路和用电设备的运行安全。中心控制器(111)可以根据给定的用电政策进行线路损耗的分摊计费，也可以实行对用电高峰进行调节的峰谷电价计费，还可以根据给定的政策强制切断用户供电以调节供电线路的超负荷供电。用户可以通过身份识别控制器(202)获知终端管理器(112)所在位置的当前供电线路的负载及线路损耗分摊情况，在明确用电价格政策的前提下选择最佳的用电时机，做到明白消费。中心控制器(111)拥有最高的权利，可以对身份识别控制器(202)的操作加以干涉，主要用来对身份识别控制器(202)出现异常状况进行处理。中心控制器(111)可以显示全局工作状态，也可配备操作按键，使管理人员可以手动干预系统设备运行。本发明能够对一个变压器供电范围内的用户进行用电集中计费管理和控制，可以降低用电管理成本；有多种措施可以降低供电线路的超负荷运行，以提高供电质量和用电效率；身份识别控制器(202)的损坏和丢失不会对用户帐户资金造成影响，而且使用他人的身份识别控制器(202)非法用电，也比较容易在帐户资金消费记录中查出，可确保用户帐户资金安全；对供电线路的故障及设备故障也有一定的监控报警功能；对供电线路、用电设备的防盗也能起到可靠的防范报警作用，确保用电安全。
图I为系统工作示意图；110_变压器房，111-中心控制器，112-终端管理器，113-供电线路，114-电力线通讯，115-计算机管理系统，116-变压器。图2为终端管理器工作示意图；201_用电单位，202-身份识别控制器，203-无线通讯，204-受控供电线路。
具体实施例方式如图I和图2所示，是本发明的一个具体实施例子。一个完整的系统包括变压器房(110)、中心控制器(111)、终端管理器(112)供电线路(113)、电力线通讯(114)、计算机管理系统(115)、电力变压器(116)、用电单位(201)、身份识别控制器(202)等系统设备。中心控制器(111)和终端管理器(112)是主要的物理设备，它们都可以采用PL3106国产芯片作为微控制器核心。PL3106是专为面向开放式自动抄表，智能信息家电以及远程监控系统而设计的单芯片片上系统，它功能强大的微处理器除具有同步采集电压、电流和电能矢量计算能力夕卜，尤其在电力线载波通讯方面具有更大的优势，非常适合本发明的技术要求。中心控制器(111)置于供电线路源头的变压器房(110 )内，终端管理器(112 )在一个变压器供电范围内可配置多个，置于作为用电计费单元的每个用电单位(201)的用户供电线路(113)入口。中心控制器(111)通过电力线通讯(114)的方式与终端管理器(112)进行实时通讯。电力线通讯(114)是虚拟的通讯线路，它是利用供电线路作为传输介质进行载波通讯工作的。终端管理器(112)通过受控供电线路(204)对一个用电单位(201)进行供电，终端管理器(112)接受中心控制器(111)的指令数据，对用户的用电进行计费管理。用电单位(201)可以是一台用电设备，也可以是一个家庭或一个农副产品加工厂等用电计费单元。每一个身份识别控制器(202)具有全局唯一的身份标志，每个合法用户可拥有一个或多个身份识别控制器(202)，每个合法用户拥有一个用电缴费帐户，用户拥有的身份识别控制器(202)与其用电缴费帐户相定后才可使用。合法的身份识别控制器(202)都可以作为用电操作和用电消费的凭证。对于正在操作中的身份识别控制器(202)，如果出现损坏或丢失，可以通过中心控 制器(111)进行手动异常状况处理。身份识别控制器(202)具有操作按钮和显示屏幕，它与终端管理器(112)通过无线通讯(203)的方式进行双向交换信息，通过它，用户可以对终端管理器(112)进行用电操作，也可以获取用户感兴趣的数据。用户通过计算机管理系统(115)对用电缴费帐户进行预交电费，工作人员将用户帐户的交费信息传送给中心控制器(111)后，用户携带身份识别控制器(202)，可以在每一个空闲的终端管理器(112)进行合法的用电消费。终端管理器(112)同一时间内只能为一个用户服务。用户启动终端管理器(112)进行用电操作后，中心控制器(111)随时记录用户的帐户资金消费的变动情况，以备查看。用户关闭终端管理器(112)的用电操作后，用户的帐户就会暂时封存备用。本功能对类似于农业灌溉的临时性、多用户用电设备尤为合适。当用户的用电缴费帐户资金不足时会提醒用户为帐户充值，没有资金时会停止向用户供电。中心控制器(111)与每个处于使用状态或备用状态的终端管理器(112)，利用电力线通讯(114)保持实时联系，中心控制器(111)可以探知每个终端管理器(112)所在供电线路的位置。利用这个特点可以对供电线路和用电设备进行实时防盗监控。中心控制器(111)和终端管理器(112)都具有测量供电线路电压、电流以及测量电能消耗的能力，中心控制器(111)通过每个终端管理器(112)可以获得每条线路和每个终端管理器(112)的负载情况。中心控制器(111)可以根据给定的用电政策进行线路损耗的分摊计费，也可以实行对用电高峰进行调节的峰谷电价计费能力，还可以强制切断用户供电以调节供电线路的超负荷供电。用户的身份识别控制器(202)通过无线通讯(203)获取终端管理器(112)所处位置当前供电线路的负载及线路损耗分摊情况，在明确用电价格政策的前提下选择更低的用电成本，做到明白消费。中心控制器(111)根据每个终端管理器(112)正常工作参数，依据实时采集的实时数据，自动监控供电线路、用电设备的工作状态，对供电线路、用电设备的运行故障、线路设备被盗等不正常情况进行及时报警。
中心控制器(111)和终端管理器(112)均具有备用电池供电，以确保在正常的电网断电期间内，也能监控供电线路和用电设备的防盗问题，做到全天候保障供电、用电系统的运行 安全。
权利要求
1.一种用电集中管理与控制设备，包括电力线通讯(114)技术，其特征在于一台电力变压器供电范围内，配置一台中心控制器(111)和多台终端管理器(112);中心控制器(111)通过电力线通讯(114)技术与每台终端管理器(112)实时交换信息；中心控制器(111)和终端管理器(112)都具有采集供电线路的电压、电流等参数和电能消耗计量的能力；中心控制器(111)与计算机管理系统(115)需要交换设备运行数据。
2.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)可以根据给定的用电政策，按照用电高峰的大小，执行相应的峰谷电价，以经济手段调节用电高峰。
3.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)可以根据给定的用电规则，在供电线路(113)超负荷运行时，可以使相应的终端管理器(112)暂停向用户供电。
4.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)可以检测供电线路缺相、三相不平衡供电、用户设备的非正常过载等供电线路和用电设备故障，根据相应的预案进行处理。
5.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)为每个合法用户开设用电缴费帐户，身份识别控制器(202)与用电缴费帐户进行绑定后，通过无线通讯(203)可以在每个空闲的终端管理器(112)进行操作，并可获得所需的信息数据，该用电缴费帐户的所有用电消费信息均记录备查，以确保用户资金安全。
6.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)实时监控连接在供电网中的供电线路和用电设备，出现供电线路、用电设备被盗情况时，迅速向关系人发出报警信号。
7.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)和终端管理器(112 )在电网短时间断电的情况下，仍可以对连接在供电网中的供电线路和用电设备进行防盗监控。
8.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)通过通讯的方式与计算机管理系统(115)交换信息。
9.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的中心控制器(111)通过可移动存储介质与计算机管理系统(115)交换信息。
10.根据权利要求I所述的用电集中管理与控制设备，其特征在于所述的终端管理器(112)只能控制一台设备或者一个用电计费单元。
全文摘要
本发明公开了一种主要应用于农业生产领域的用电集中管理与控制设备。中心控制器(111)通过电力线通讯(114)控制每个终端管理器(112)，一个终端管理器(112)控制一个用电计费单元，计算机管理系统(115)进行用电缴费管理，并与中心控制器(111)交换信息，每个身份识别控制器(202)与用电缴费帐户绑定后才能通过终端管理器(112)操作用电，终端管理器(112)同时只能接受一个身份识别控制器(202)的操作。本发明可以根据用电高峰进行峰谷电价计费，供电线路过载时可以切断重要性低的负载供电，可以对缺相、负载不平衡、设备非正常过载检测处理，可以对供电线路和用电设备进行防盗报警监控等。
文档编号G05B19/418GK102915016SQ201210416600
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月28日 优先权日2012年10月28日
发明者李文忠, 王庆灿, 李文萍, 李圆圆, 郎爱梅, 李永强 申请人:李文忠