基于ZigBee和GPRS的精确电力抄表及负荷控制系统

系统原理：

ST-PPH-GP系统可以单独作为电表远抄系统，也可以组合成为远抄及负荷控制系统！以小区为单位建设的电力抄表与负荷控制系统原理如下图所示：

●一个小区设置一个ZigBee中心节点，负责将该小区内所有ZigBee终端节点与监控中心的通信。

●每幢单元楼设置一个ZigBee终端节点，负责该单元内所有用户电表和负荷控制设备与ZigBee中心节点的通信。

●对小区每个进线端（一般为变压器一次测）也设立一个ZigBee终端节点，读取该处的电表和控制该线路的断开与闭合。

●ZigBee中心节点数据通过GPRS或ADSL上传到监控中心。

ZigBee终端节点的构成如下图所示：

数据采集模块定期或者根据监控中心指令（接受来自ZigBee中心节点）与所辖用户电表通过有线(CAN总线、RS485)或者无线（ZigBee）方式通信，获取电能表的电力信息（电能消耗，电流、电压、频率等）。

数据通信模块同时根据设定定期或者根据监控中心指令（接受来自ZigBee中心节点）与所辖用户负荷控制器通过有线或者无线通信方式，获取用户负荷控制器的状态，命令负荷控制器进行断开或者闭合操作等。

数据通信模块同时负责将所获取的信息发送给ZigBee中心节点（由ZigBee中心节点转发至监控中心）并就地保存数据。

数据通信模块接受来自ZigBee中心节点的指令（ZigBee中心节点转发来自监控中心的指令），经过预处理后转给数据采集模块，或者将数据采集模块的数据发送到ZigBee中心节点（由ZigBee中心节点转发至监控中心）。

ZigBee中心节点实际上是一个数据集中转发设备，它有两部分构成：负责与下层ZigBee终端节点通信的ZigBee通信模块和负责与监控中心通信的GPRS通信模块。同时在该节点还要完成地址解析、编码、GPS时钟、故障监测等任务。

监控中心接受来自用户侧的电表和负荷控制装置信息数据，并进行处理和决策。信息处理与决策包括供电线路损耗计算，窃电监测，负荷控制决策，用电趋势分析，电力增容决策等。

系统功能：

1）海量电表电量和相关环境温度同步无线远程网络化抄表；

2）实时电力线损监测，可有效发现并定位窃电、漏电现象，极大减少电力供应中的远营成本；

3）卫星GPS定位，并进行时钟周期校正；

4）需求侧电量和环境温度及GPS定位关联，为负荷分析预测提供第一手资料，为电力负荷短期、中期、长期预报提供了可靠信息；

5）电子电路环保设计，微功耗，整体耗电仅200微安，毫瓦级功耗；

6）模块化设计，组合便利，维护简单、结构牢固，防水、防尘；

7）产品外壳采用一体化铸铝全防水设计，结构坚固、美观、体积小重量轻，具备开箱监测功能；

8）模块化功能，采用不同组合实现了对脉冲表，485数字表、 485多功能表的抄表或不同电表的远程抄表；

9）后台软件功能强大，实现了电力需求侧的全面、实时、同步、数据库级管理。配套的电力计费系统可以实现实时电费查询、电费分类统计、短信、邮件用户联系的功能，将大量节省打印纸张和通过互联网实现电力部门和用户的信息对称和透明管理。软件强大的安全体系，确保了信息分级管理和用户信息的保密。

10）抄表模块的内置现地记忆功能，可以在通讯系统故障一月内，完全存储每30分钟一组的用户电量全部信息，并且在任何时段通讯回复后，自动完成数据交换，补回相关时间的数据。确保数据库数据的可靠完整；

11）电力负荷控制器的功能，将可以根据电力供电和需求的情况，实时完成用户负荷的选择性切除，减少台区拉闸造成的用户影响并实现电力能源的有效利用，减少用户不必要的电费支出。

12）实时线损的监测，可以为电力管理人员有效鉴别电力设备的老化，为城市电力网络改造提供科学依据，同时，有效降低线损率。

系统构成：

ST-PPH-GP电力抄表与负荷控制系统用户侧设备由4部分构成：有通信接口的电能表、数据采集模块、负荷控制模块和双向信息显示终端（可选）。

1）交流电开关

2）模拟电流发生器

3）单相电能表：型号: DDS602

4）用户侧双向信息显示终端（用电信息、电费和余额、环境 温度等），型号: ST-eFOCUS-E

5）数据通信模块：型号: ST-PPH101

6）数据采集模块：型号: ST-PPH401

7）总线式母板：型号: ST-PPH-MB

8）四通道单相负荷控制终端：型号: ST-SRCS-4

9）基于GPRS的远程抄表终端：型号: ST-PPH-GP/01

10）负荷指示灯

整个用户侧抄表系统与负荷控制系统采用模块化设计，具有使用清晰简单、维护方便的特点。

ST-PPH-GP型集中抄表数据采集与负荷控制器，可实现小区的实时数据采集功能；ST-PPH-GP型集中抄表数据采集与负荷控制器包括一个通信模块ST-PPH-101、一个或多个数据采集模块（RS485多功能表采集模块ST-PPH-401，或脉冲数据采集模块ST-PPH-801），一个无线通信模块ST-ZigM01，及一个AC/DC供电模块。负荷控制器（四路单相遥控负荷控制器ST-SRCS-4，三相遥控负荷控制器ST-SRC）可根据需要安装在用户接线箱或者电表出口侧。

每个台区根据现场环境装设一个无线数据集中器，用于收集台区内各采集器的数据，并向监控中心发送；集中器中安装通信模块ST-ZigM01、GPS模块及GPRS通信模块各一个；集中器选择台区内的地理中心位置安装，便于与各数据采集器进行数据通信。

系统特点：

1）高抄表率。由于采用ZigBee和GPRS无线数据通道，避免了载波抄表等方式在抗干扰，不畅通方面的缺陷，共抄表率能趋于100%；

2）低线损率。实时线损监测，能及时发现并定位GPS窃电、漏电现象，快速取证，可极大减少电力供应中心成本；

3）大储存量，后台软件功能强大，实现了电力需求侧的全面、实时、同步、数据库级的管理，自动完成数据交换。确保数据完整可靠；

4）小运营成本，没有电弧的分断，共负荷控制器具比一般空气开关长五倍以上的寿命；（通过了IEC认证），可极大提高电力供应的可靠性，安全性和降低电力运营维护成本。

系统重要特性说明：

1）抄表系统掉电自动保存数据，且在恢复供电后将停电后的数据自动补发至监控中心；

2）GPS模块不仅提供时钟基准，而且可以提供模块所在地理位置，为进一步开发供电地理信息系统GIS提供了信息基础；

3）负荷控制装置的应用增强了供电模式的灵活性，而且为进一步开展供电“削峰平谷”提供了更人性化和更有效的手段；

4）本系统不仅仅可以应用在居民小区，也可以应用在别墅区单独表计负荷监控；

5）本系统也不仅仅应用在220V低压侧，也可以应用在电压等级较高的线路。实际上，本系统属于二次系统的部分，对于一次系统的电压等级并不关心。负荷控制系统可以用来给高压断路器发信号，因此结合高压断路器，实现高压断路器的无电弧分断，延长寿命，电力抄表与负荷控制系统在高压等级也完全实用。