胡桂玉　李亞娟　曾舒帆　楊春鳳

摘 要：為了解決用電單位實時監(jiān)控電能消耗過程，研制了智能電力測控系統(tǒng)，能準確測量并及時掌握各環(huán)節(jié)電能消耗的真實數(shù)據(jù)。本文介紹了智能電力測控系統(tǒng)的組成，著重介紹了三相電參數(shù)智能測量模塊的工作原理，重點敘述了無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)監(jiān)控大樓中各房間或?qū)嶒炇业碾娔芟倪^程。

關鍵詞：Zigbee；電參數(shù)；傳輸

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0187-02

能源和環(huán)境是人類生存、社會發(fā)展的物質(zhì)基礎。近年來，推進節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟在我國得到前所未有的重視。電力作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、百姓日常生活中廣泛使用的一種能源，對其使用過程提出了更高的監(jiān)測要求，同時也為電量檢測技術的發(fā)展帶來了絕好機遇。

對用電單位而言，要實時監(jiān)控電能消耗過程，準確測量并及時掌握各環(huán)節(jié)電能消耗的真實數(shù)據(jù)，用實時的電參數(shù)監(jiān)控數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析結果指導用電過程、調(diào)整用電結構等，最終實現(xiàn)節(jié)能增效。

與此同時，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、公共機構、大型建筑、服務設施的節(jié)電改造，各行業(yè)用電結構、用電方式的優(yōu)化調(diào)整，需要大量的多功能電參數(shù)測量模塊，支撐建設智能化的電力測控系統(tǒng)，實時監(jiān)測用電狀況，提升配電用電效率。

1 系統(tǒng)組成

為解決了上述問題，所研制的智能電力測控系統(tǒng)，其既要滿足準確測量并及時掌握各環(huán)節(jié)電能消耗真實數(shù)據(jù)的要求，又能為推進節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟提供技術支撐。

該智能電力測控系統(tǒng)由上位機、主無線數(shù)據(jù)傳輸設備和安裝于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的至少一個三相電參數(shù)智能測量模塊、至少一個從無線數(shù)據(jù)傳輸設備所及應用軟件組成，如圖1。

三相電參數(shù)智能測量模塊與從無線數(shù)據(jù)傳輸設備通過RS485轉RS232轉接口連接，上位機通過USB轉RS232轉接口與主無線數(shù)據(jù)傳輸設備連接，主、從無線數(shù)據(jù)傳輸設備之間通過Zigbee無線網(wǎng)絡連接。

2 系統(tǒng)硬件結構

三相電參數(shù)智能測量模塊的工作原理圖如圖2所示。

電壓信號Ua、Ub、Uc經(jīng)過電阻分壓，電流信號Ia、Ib、Ic經(jīng)電流互感器后分別進入ADE7878計量芯片，通過計量芯片得到有功、無功、電壓、電流等原始數(shù)據(jù)，微處理器對數(shù)據(jù)再進行處理。

三相電參數(shù)智能測量模塊的測量核心芯片采用ADI公司的三相高精度多功能電能計量芯片ADE7878。ADE7878集成了內(nèi)置二階Σ-Δ型ADC、數(shù)字積分器、參考電源等；可測量總（基波和諧波）有功、無功和視在功率，基波有功和無功功率，以及相電流有效值，相/線電壓有效值，在1000：1的動態(tài)范圍內(nèi)有功和無功功率測量誤差小于0.1%。

電流回路由電流互感器進行信號采樣，電壓回路通過分壓電阻網(wǎng)絡實現(xiàn)電壓采樣。計量芯片ADE7878內(nèi)部對采樣信號進行處理，計算出瞬時有功、無功功率，瞬時功率通過低通濾波LPF后分離出平均功率。平均功率在能量累加器中不斷累加，分相電量可以通過SPI端口讀出，也可以轉換為計量脈沖輸出。ADE7878有三路脈沖輸出，脈沖輸出頻率與能量寄存器中累加的能量成正比，通過對脈沖計數(shù)實現(xiàn)電量參數(shù)的累加。

3 數(shù)據(jù)傳輸及管理軟件的實現(xiàn)

“數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)管理軟件”包含無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理軟件兩部分。

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用ZigBee組網(wǎng)完成中心節(jié)點與終端節(jié)點的連接，通過多個終端節(jié)點與多個測量設備的連接，就可將多個測量設備的測量數(shù)據(jù)通過此無線網(wǎng)絡傳輸?shù)脚c中心節(jié)點連接的上位機上。再通過上位機上的數(shù)據(jù)管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對采集到的多點電參數(shù)進行集中管理。因此，“數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)管理軟件”實現(xiàn)了對多點電參數(shù)的采集與集中管理。

以ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊自動組網(wǎng)實現(xiàn)中心節(jié)點與多個終端節(jié)點之間的通信。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過多臺ZigBee以網(wǎng)狀型拓撲方式組網(wǎng)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。終端節(jié)點通過RS232接口與三相電參數(shù)測量模塊連接，采集的測量數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點，中心節(jié)點通過RS232接口與上位機相連，上位機通過數(shù)據(jù)管理軟件軟件對數(shù)據(jù)進行分析、處理必并顯示、存儲測量數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)應用

采用ZigBee自動組網(wǎng)方式，實現(xiàn)多個終端節(jié)點和一個中心節(jié)點間的通信；對大樓中不同分布的至少2個測量點的測量數(shù)據(jù)至直線不低于100米范圍的上位機的無線傳輸能力。

能夠?qū)崟r獲得三相電參數(shù)測量模塊當前的測量數(shù)值；當中心節(jié)點需要某個被測設備的參數(shù)時，給相應設備的終端節(jié)點發(fā)送請求命令。

實現(xiàn)了對各測量設備的測量數(shù)據(jù)實時顯示。

具有完備的數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的定時存儲。

能夠靈活設置數(shù)據(jù)采集時間間隔（按照所設定的時間間隔自動存儲各客戶端測量點的測量數(shù)據(jù)）。

能夠?qū)?shù)據(jù)按Excel格式輸出，以便于進行分析、統(tǒng)計。

5 結語

應用三相參數(shù)智能測量/無線傳輸模塊和上位機，實時監(jiān)控大樓中各房間或?qū)嶒炇业碾娔芟倪^程，準確測量并及時掌握各環(huán)節(jié)電能消耗的真實數(shù)據(jù)，用實時的電參數(shù)監(jiān)控數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析結果指導大樓中各房間或?qū)嶒炇业挠秒娺^程、調(diào)整用電結構，為推進節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟提供技術支撐。

參考文獻

[1]司亞超，于江利，呂國.基于Zigbee技術的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究和分析[J].電源技術，2014，（4）：783-784.

[2]凌志浩.ZigBee無線通信協(xié)議的技術支持及其應用前景（上）[J].世界儀表與自動化，2006，1：44-47.

[3]嚴林.基于Zigbee的智能電表的研制[D].山東科技大學，2014.

[4]趙洪磊，王英龍，張先毅.無線傳感器網(wǎng)絡熱點問題的研究[J].信息技術與信息化，2008，（2）：51-54.