基于ZigBee和GPRS的精確電力抄表及負荷控制系統

系統原理：

ST-PPH-GP系統可以單獨作為電表遠抄系統，也可以組合成為遠抄及負荷控制系統！以小區為單位建設的電力抄表與負荷控制系統原理如下圖所示：

●一個(gè)小區設置一個(gè)ZigBee中心節點(diǎn)，負責將該小區內所有ZigBee終端節點(diǎn)與監控中心的通信。

●每幢單元樓設置一個(gè)ZigBee終端節點(diǎn)，負責該單元內所有用戶(hù)電表和負荷控制設備與ZigBee中心節點(diǎn)的通信。

●對小區每個(gè)進(jìn)線(xiàn)端（一般為變壓器一次測）也設立一個(gè)ZigBee終端節點(diǎn)，讀取該處的電表和控制該線(xiàn)路的斷開(kāi)與閉合。

●ZigBee中心節點(diǎn)數據通過(guò)GPRS或ADSL上傳到監控中心。

ZigBee終端節點(diǎn)的構成如下圖所示：

數據采集模塊定期或者根據監控中心指令（接受來(lái)自ZigBee中心節點(diǎn)）與所轄用戶(hù)電表通過(guò)有線(xiàn)(CAN總線(xiàn)、RS485)或者無(wú)線(xiàn)（ZigBee）方式通信，獲取電能表的電力信息（電能消耗，電流、電壓、頻率等）。

數據通信模塊同時(shí)根據設定定期或者根據監控中心指令（接受來(lái)自ZigBee中心節點(diǎn)）與所轄用戶(hù)負荷控制器通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)通信方式，獲取用戶(hù)負荷控制器的狀態(tài)，命令負荷控制器進(jìn)行斷開(kāi)或者閉合操作等。

數據通信模塊同時(shí)負責將所獲取的信息發(fā)送給ZigBee中心節點(diǎn)（由ZigBee中心節點(diǎn)轉發(fā)至監控中心）并就地保存數據。

數據通信模塊接受來(lái)自ZigBee中心節點(diǎn)的指令（ZigBee中心節點(diǎn)轉發(fā)來(lái)自監控中心的指令），經(jīng)過(guò)預處理后轉給數據采集模塊，或者將數據采集模塊的數據發(fā)送到ZigBee中心節點(diǎn)（由ZigBee中心節點(diǎn)轉發(fā)至監控中心）。

ZigBee中心節點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)數據集中轉發(fā)設備，它有兩部分構成：負責與下層ZigBee終端節點(diǎn)通信的ZigBee通信模塊和負責與監控中心通信的GPRS通信模塊。同時(shí)在該節點(diǎn)還要完成地址解析、編碼、GPS時(shí)鐘、故障監測等任務(wù)。

監控中心接受來(lái)自用戶(hù)側的電表和負荷控制裝置信息數據，并進(jìn)行處理和決策。信息處理與決策包括供電線(xiàn)路損耗計算，竊電監測，負荷控制決策，用電趨勢分析，電力增容決策等。

系統功能：

1）海量電表電量和相關(guān)環(huán)境溫度同步無(wú)線(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò )化抄表；

2）實(shí)時(shí)電力線(xiàn)損監測，可有效發(fā)現并定位竊電、漏電現象，極大減少電力供應中的遠營(yíng)成本；

3）衛星GPS定位，并進(jìn)行時(shí)鐘周期校正；

4）需求側電量和環(huán)境溫度及GPS定位關(guān)聯(lián)，為負荷分析預測提供第一手資料，為電力負荷短期、中期、長(cháng)期預報提供了可靠信息；

5）電子電路環(huán)保設計，微功耗，整體耗電僅200微安，毫瓦級功耗；

6）模塊化設計，組合便利，維護簡(jiǎn)單、結構牢固，防水、防塵；

7）產(chǎn)品外殼采用一體化鑄鋁全防水設計，結構堅固、美觀(guān)、體積小重量輕，具備開(kāi)箱監測功能；

8）模塊化功能，采用不同組合實(shí)現了對脈沖表，485數字表、 485多功能表的抄表或不同電表的遠程抄表；

9）后臺軟件功能強大，實(shí)現了電力需求側的全面、實(shí)時(shí)、同步、數據庫級管理。配套的電力計費系統可以實(shí)現實(shí)時(shí)電費查詢(xún)、電費分類(lèi)統計、短信、郵件用戶(hù)聯(lián)系的功能，將大量節省打印紙張和通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現電力部門(mén)和用戶(hù)的信息對稱(chēng)和透明管理。軟件強大的安全體系，確保了信息分級管理和用戶(hù)信息的保密。

10）抄表模塊的內置現地記憶功能，可以在通訊系統故障一月內，完全存儲每30分鐘一組的用戶(hù)電量全部信息，并且在任何時(shí)段通訊回復后，自動(dòng)完成數據交換，補回相關(guān)時(shí)間的數據。確保數據庫數據的可靠完整；

11）電力負荷控制器的功能，將可以根據電力供電和需求的情況，實(shí)時(shí)完成用戶(hù)負荷的選擇性切除，減少臺區拉閘造成的用戶(hù)影響并實(shí)現電力能源的有效利用，減少用戶(hù)不必要的電費支出。

12）實(shí)時(shí)線(xiàn)損的監測，可以為電力管理人員有效鑒別電力設備的老化，為城市電力網(wǎng)絡(luò )改造提供科學(xué)依據，同時(shí)，有效降低線(xiàn)損率。

系統構成：

ST-PPH-GP電力抄表與負荷控制系統用戶(hù)側設備由4部分構成：有通信接口的電能表、數據采集模塊、負荷控制模塊和雙向信息顯示終端（可選）。

1）交流電開(kāi)關(guān)

2）模擬電流發(fā)生器

3）單相電能表：型號: DDS602

4）用戶(hù)側雙向信息顯示終端（用電信息、電費和余額、環(huán)境 溫度等），型號: ST-eFOCUS-E

5）數據通信模塊：型號: ST-PPH101

6）數據采集模塊：型號: ST-PPH401

7）總線(xiàn)式母板：型號: ST-PPH-MB

8）四通道單相負荷控制終端：型號: ST-SRCS-4

9）基于GPRS的遠程抄表終端：型號: ST-PPH-GP/01

10）負荷指示燈

整個(gè)用戶(hù)側抄表系統與負荷控制系統采用模塊化設計，具有使用清晰簡(jiǎn)單、維護方便的特點(diǎn)。

ST-PPH-GP型集中抄表數據采集與負荷控制器，可實(shí)現小區的實(shí)時(shí)數據采集功能；ST-PPH-GP型集中抄表數據采集與負荷控制器包括一個(gè)通信模塊ST-PPH-101、一個(gè)或多個(gè)數據采集模塊（RS485多功能表采集模塊ST-PPH-401，或脈沖數據采集模塊ST-PPH-801），一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信模塊ST-ZigM01，及一個(gè)AC/DC供電模塊。負荷控制器（四路單相遙控負荷控制器ST-SRCS-4，三相遙控負荷控制器ST-SRC）可根據需要安裝在用戶(hù)接線(xiàn)箱或者電表出口側。

每個(gè)臺區根據現場(chǎng)環(huán)境裝設一個(gè)無(wú)線(xiàn)數據集中器，用于收集臺區內各采集器的數據，并向監控中心發(fā)送；集中器中安裝通信模塊ST-ZigM01、GPS模塊及GPRS通信模塊各一個(gè)；集中器選擇臺區內的地理中心位置安裝，便于與各數據采集器進(jìn)行數據通信。

系統特點(diǎn)：

1）高抄表率。由于采用ZigBee和GPRS無(wú)線(xiàn)數據通道，避免了載波抄表等方式在抗干擾，不暢通方面的缺陷，共抄表率能趨于100%；

2）低線(xiàn)損率。實(shí)時(shí)線(xiàn)損監測，能及時(shí)發(fā)現并定位GPS竊電、漏電現象，快速取證，可極大減少電力供應中心成本；

3）大儲存量，后臺軟件功能強大，實(shí)現了電力需求側的全面、實(shí)時(shí)、同步、數據庫級的管理，自動(dòng)完成數據交換。確保數據完整可靠；

4）小運營(yíng)成本，沒(méi)有電弧的分斷，共負荷控制器具比一般空氣開(kāi)關(guān)長(cháng)五倍以上的壽命；（通過(guò)了IEC認證），可極大提高電力供應的可靠性，安全性和降低電力運營(yíng)維護成本。

系統重要特性說(shuō)明：

1）抄表系統掉電自動(dòng)保存數據，且在恢復供電后將停電后的數據自動(dòng)補發(fā)至監控中心；

2）GPS模塊不僅提供時(shí)鐘基準，而且可以提供模塊所在地理位置，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)供電地理信息系統GIS提供了信息基礎；

3）負荷控制裝置的應用增強了供電模式的靈活性，而且為進(jìn)一步開(kāi)展供電“削峰平谷”提供了更人性化和更有效的手段；

4）本系統不僅僅可以應用在居民小區，也可以應用在別墅區單獨表計負荷監控；

5）本系統也不僅僅應用在220V低壓側，也可以應用在電壓等級較高的線(xiàn)路。實(shí)際上，本系統屬于二次系統的部分，對于一次系統的電壓等級并不關(guān)心。負荷控制系統可以用來(lái)給高壓斷路器發(fā)信號，因此結合高壓斷路器，實(shí)現高壓斷路器的無(wú)電弧分斷，延長(cháng)壽命，電力抄表與負荷控制系統在高壓等級也完全實(shí)用。