基于ZigBee和GPRS的精確電力抄表及負(fù)荷控制系統(tǒng)

系統(tǒng)原理：

ST-PPH-GP系統(tǒng)可以單獨作為電表遠(yuǎn)抄系統(tǒng)，也可以組合成為遠(yuǎn)抄及負(fù)荷控制系統(tǒng)！以小區(qū)為單位建設(shè)的電力抄表與負(fù)荷控制系統(tǒng)原理如下圖所示：

●一個小區(qū)設(shè)置一個ZigBee中心節(jié)點，負(fù)責(zé)將該小區(qū)內(nèi)所有ZigBee終端節(jié)點與監(jiān)控中心的通信。

●每幢單元樓設(shè)置一個ZigBee終端節(jié)點，負(fù)責(zé)該單元內(nèi)所有用戶電表和負(fù)荷控制設(shè)備與ZigBee中心節(jié)點的通信。

●對小區(qū)每個進(jìn)線端（一般為變壓器一次測）也設(shè)立一個ZigBee終端節(jié)點，讀取該處的電表和控制該線路的斷開與閉合。

●ZigBee中心節(jié)點數(shù)據(jù)通過GPRS或ADSL上傳到監(jiān)控中心。

ZigBee終端節(jié)點的構(gòu)成如下圖所示：

數(shù)據(jù)采集模塊定期或者根據(jù)監(jiān)控中心指令（接受來自ZigBee中心節(jié)點）與所轄用戶電表通過有線(CAN總線、RS485)或者無線（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(shù)據(jù)通信模塊同時根據(jù)設(shè)定定期或者根據(jù)監(jiān)控中心指令（接受來自ZigBee中心節(jié)點）與所轄用戶負(fù)荷控制器通過有線或者無線通信方式，獲取用戶負(fù)荷控制器的狀態(tài)，命令負(fù)荷控制器進(jìn)行斷開或者閉合操作等。

數(shù)據(jù)通信模塊同時負(fù)責(zé)將所獲取的信息發(fā)送給ZigBee中心節(jié)點（由ZigBee中心節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心）并就地保存數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信模塊接受來自ZigBee中心節(jié)點的指令（ZigBee中心節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自監(jiān)控中心的指令），經(jīng)過預(yù)處理后轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)采集模塊，或者將數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee中心節(jié)點（由ZigBee中心節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心）。

ZigBee中心節(jié)點實際上是一個數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它有兩部分構(gòu)成：負(fù)責(zé)與下層ZigBee終端節(jié)點通信的ZigBee通信模塊和負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心通信的GPRS通信模塊。同時在該節(jié)點還要完成地址解析、編碼、GPS時鐘、故障監(jiān)測等任務(wù)。

監(jiān)控中心接受來自用戶側(cè)的電表和負(fù)荷控制裝置信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和決策。信息處理與決策包括供電線路損耗計算，竊電監(jiān)測，負(fù)荷控制決策，用電趨勢分析，電力增容決策等。

系統(tǒng)功能：

1）海量電表電量和相關(guān)環(huán)境溫度同步無線遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化抄表；

2）實時電力線損監(jiān)測，可有效發(fā)現(xiàn)并定位竊電、漏電現(xiàn)象，極大減少電力供應(yīng)中的遠(yuǎn)營成本；

3）衛(wèi)星GPS定位，并進(jìn)行時鐘周期校正；

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

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

6）模塊化設(shè)計，組合便利，維護(hù)簡單、結(jié)構(gòu)牢固，防水、防塵；

7）產(chǎn)品外殼采用一體化鑄鋁全防水設(shè)計，結(jié)構(gòu)堅固、美觀、體積小重量輕，具備開箱監(jiān)測功能；

8）模塊化功能，采用不同組合實現(xiàn)了對脈沖表，485數(shù)字表、 485多功能表的抄表或不同電表的遠(yuǎn)程抄表；

9）后臺軟件功能強(qiáng)大，實現(xiàn)了電力需求側(cè)的全面、實時、同步、數(shù)據(jù)庫級管理。配套的電力計費系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時電費查詢、電費分類統(tǒng)計、短信、郵件用戶聯(lián)系的功能，將大量節(jié)省打印紙張和通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)電力部門和用戶的信息對稱和透明管理。軟件強(qiáng)大的安全體系，確保了信息分級管理和用戶信息的保密。

10）抄表模塊的內(nèi)置現(xiàn)地記憶功能，可以在通訊系統(tǒng)故障一月內(nèi)，完全存儲每30分鐘一組的用戶電量全部信息，并且在任何時段通訊回復(fù)后，自動完成數(shù)據(jù)交換，補(bǔ)回相關(guān)時間的數(shù)據(jù)。確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的可靠完整；

11）電力負(fù)荷控制器的功能，將可以根據(jù)電力供電和需求的情況，實時完成用戶負(fù)荷的選擇性切除，減少臺區(qū)拉閘造成的用戶影響并實現(xiàn)電力能源的有效利用，減少用戶不必要的電費支出。

12）實時線損的監(jiān)測，可以為電力管理人員有效鑒別電力設(shè)備的老化，為城市電力網(wǎng)絡(luò)改造提供科學(xué)依據(jù)，同時，有效降低線損率。

系統(tǒng)構(gòu)成：

ST-PPH-GP電力抄表與負(fù)荷控制系統(tǒng)用戶側(cè)設(shè)備由4部分構(gòu)成：有通信接口的電能表、數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷控制模塊和雙向信息顯示終端（可選）。

1）交流電開關(guān)

2）模擬電流發(fā)生器

3）單相電能表：型號: DDS602

4）用戶側(cè)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(shù)據(jù)通信模塊：型號: ST-PPH101

6）數(shù)據(jù)采集模塊：型號: ST-PPH401

7）總線式母板：型號: ST-PPH-MB

8）四通道單相負(fù)荷控制終端：型號: ST-SRCS-4

9）基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表終端：型號: ST-PPH-GP/01

10）負(fù)荷指示燈

整個用戶側(cè)抄表系統(tǒng)與負(fù)荷控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有使用清晰簡單、維護(hù)方便的特點。

ST-PPH-GP型集中抄表數(shù)據(jù)采集與負(fù)荷控制器，可實現(xiàn)小區(qū)的實時數(shù)據(jù)采集功能；ST-PPH-GP型集中抄表數(shù)據(jù)采集與負(fù)荷控制器包括一個通信模塊ST-PPH-101、一個或多個數(shù)據(jù)采集模塊（RS485多功能表采集模塊ST-PPH-401，或脈沖數(shù)據(jù)采集模塊ST-PPH-801），一個無線通信模塊ST-ZigM01，及一個AC/DC供電模塊。負(fù)荷控制器（四路單相遙控負(fù)荷控制器ST-SRCS-4，三相遙控負(fù)荷控制器ST-SRC）可根據(jù)需要安裝在用戶接線箱或者電表出口側(cè)。

每個臺區(qū)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境裝設(shè)一個無線數(shù)據(jù)集中器，用于收集臺區(qū)內(nèi)各采集器的數(shù)據(jù)，并向監(jiān)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；集中器選擇臺區(qū)內(nèi)的地理中心位置安裝，便于與各數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

系統(tǒng)特點：

1）高抄表率。由于采用ZigBee和GPRS無線數(shù)據(jù)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）低線損率。實時線損監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)并定位GPS竊電、漏電現(xiàn)象，快速取證，可極大減少電力供應(yīng)中心成本；

3）大儲存量，后臺軟件功能強(qiáng)大，實現(xiàn)了電力需求側(cè)的全面、實時、同步、數(shù)據(jù)庫級的管理，自動完成數(shù)據(jù)交換。確保數(shù)據(jù)完整可靠；

4）小運營成本，沒有電弧的分?jǐn)?，共?fù)荷控制器具比一般空氣開關(guān)長五倍以上的壽命；（通過了IEC認(rèn)證），可極大提高電力供應(yīng)的可靠性，安全性和降低電力運營維護(hù)成本。

系統(tǒng)重要特性說明：

1）抄表系統(tǒng)掉電自動保存數(shù)據(jù)，且在恢復(fù)供電后將停電后的數(shù)據(jù)自動補(bǔ)發(fā)至監(jiān)控中心；

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

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

4）本系統(tǒng)不僅僅可以應(yīng)用在居民小區(qū)，也可以應(yīng)用在別墅區(qū)單獨表計負(fù)荷監(jiān)控；

5）本系統(tǒng)也不僅僅應(yīng)用在220V低壓側(cè)，也可以應(yīng)用在電壓等級較高的線路。實際上，本系統(tǒng)屬于二次系統(tǒng)的部分，對于一次系統(tǒng)的電壓等級并不關(guān)心。負(fù)荷控制系統(tǒng)可以用來給高壓斷路器發(fā)信號，因此結(jié)合高壓斷路器，實現(xiàn)高壓斷路器的無電弧分?jǐn)?，延長壽命，電力抄表與負(fù)荷控制系統(tǒng)在高壓等級也完全實用。