具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着经济的快速发展，各类电器设备种类繁多，用户用电环境变得越来越复杂，用电过程中极容易出现三相负荷不平衡、相地短路或相间短路等问题，从而导致零线过流问题，最终引起终端设备损坏或线路事故。随着低压终端零线控制技术的逐渐推广，终端用户的用电故障风险正在逐步降低。

但是由于该类设备很少通过组网建立监控系统，或极少部分设备通过信号线缆组网，不仅费时费力，可靠性也大打折扣，同样系统功能也不健全，只能起到查看作用，没有办法通过服务器端或用户端控制用电负载。本发明描述一种基于ZigBee技术的低压终端零线治控制装置、系统，该装置、系统取代传统的电缆组网，通过ZigBee技术进行组网，极大地降低了设备组网成本；通过该控制装置、控制系统可以实时监控电网和设备运行状态，提高了管理人员电网异常应急能力和对终端设备的保护能力；通过ZigBee技术应用，用户或管理者对设备的巡检或操控变得更为便捷。目前市场上的零线保护装置不具备该功能，因此需要研发一种基于ZigBee技术的低压终端零线监控系统。

基于上述问题，本发明实施例提供了一种基于ZigBee的零线治理监控系统、主系统与方法，该技术可应用于各种电力、电网控制的场景中。

实施例一

首先，参照图1来描述一种基于ZigBee的零线治理监控系统100。该系统包括：多个零线治理装置101和一个数据集合端102。

数据集合端102包括数据集合器103；数据集合器103包括集合ZigBee通讯模块104；每个零线治理装置101包括一个电网信息采集端105和一个设备端106，每个设备端106包括一个设备ZigBee通讯模块107；集合ZigBee通讯模块104与多个设备ZigBee通讯模块107分别相连。

具体地，ZigBee是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性的需求，以及对经济高效的标准型无线网络解决方案的需求，ZigBee标准应运而生。ZigBee标准的核心市场是消费类电子产品、能源管理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路，称之为“ZigBee模块”，常见的ZigBee模块都是遵循IEEE802.15.4的国际标准，并且运行在2.4GHZ的频段上，另外，欧洲的标准是868MHZ、北美是915MHZ。

集合ZigBee通讯模块104，用于：将多个设备端106中的多个设备电网信息，通过预设的协议进行转换，得到集合电网信息；将集合电网信息发送至服务器端202；设备ZigBee通讯模块107，用于为各个设备端106中的设备电网信息到达数据集合端102提供通路。

在具体实现时，集合ZigBee通讯模块104与设备ZigBee通讯模块107直接相连；由于每个设备端106中都设置有个设备ZigBee通讯模块107，所以集合ZigBee通讯模块104与多个设备ZigBee通讯模块107相连。集合ZigBee通讯模块104能够通过设备ZigBee通讯模块107，将多个设备端106中的信息进行协议转换、打包，得到集合电网信息，再将集合电网信息传送至外部的服务器端202。集合ZigBee通讯模块104，用于将多个设备端106上的设备ZigBee通讯模块107实现通信组网；节点数据能够在设备端106与数据集合端102之间传输；其中节点数据指的是多个设备端106中的电参数数据。设备ZigBee通讯模块107、集合ZigBee通讯模块104还同时具有无线通讯、GPRS(General packet radio service，通用无线分组业务)功能。

在具体实现时，图1中第一个零线治理装置101中的设备ZigBee通讯模块107为第一设备ZigBee通讯模块107，第二个零线治理装置101中的设备ZigBee通讯模块107为第二设备ZigBee通讯模块107(图中未示出)，第n个零线治理装置101中的设备ZigBee通讯模块107为第n设备ZigBee通讯模块107(图中未示出)；在此，任意一个设备ZigBee通讯模块107，都能够为各个设备端106中的设备电网信息到达数据集合端102提供通路。

在具体实现时，一个数据集合端102可以包括数据集合器103，多台设备端106通过ZigBee技术组网，每个设备端106都可以作为一个网络节点，数据集合端102可以将不同设备端106采集的终端数据通过节点组成的路径传送到数据集合器103中。服务器端202有一台或多台计算机主机构成，通过对不同节点上的终端电网302数据进行采集，实时了解终端情况，对终端电网302上出现的电压波动、谐波电流、不平衡问题、短路故障等问题做到实时观测，同时零线治理装置101，可以根据需要对终端电网302情况进行录波，了解该节点负载的波形情况；同样的零线治理装置101可以根据采样情况对零线电流的保护值设定值通过定时限与反时限写入，对负载可能出现破坏性异常及时将该节点负载电网切断，起到保护终端负载301的作用。

在具体实现时，当这些设备端106距离较远时，可以采用数据集合器103分区域组网，每个数据集合器103可以将该区域内的设备端106信息纳入装置中。利用数据集合端102的集合ZigBee通讯模块104多区域间组网时，需要将多个对应的数据集合器103与监控主机(即服务器端202)连接，这样监控主机就可以对至少一个建筑主体内的终端设备全覆盖，可以通过零线治理装置101可以通过电网信息采集端105，实时查看终端设备运行状况，或某个节点(某个设备端106)电网的相关情况。设备端106通过内置设备ZigBee通讯模块107实现组网通信功能。

本发明实施例提供了一种基于ZigBee的零线治理监控系统，该系统包括：多个零线治理装置和一个数据集合端；数据集合端包括数据集合器；数据集合器包括集合ZigBee通讯模块；每个零线治理装置包括一个电网信息采集端和一个设备端，每个设备端包括一个设备ZigBee通讯模块；集合ZigBee通讯模块与多个设备ZigBee通讯模块分别相连；集合ZigBee通讯模块，用于：将多个设备端中的多个设备电网信息，通过预设的协议进行转换，得到集合电网信息；将集合电网信息发送至服务器端；设备ZigBee通讯模块，用于为各个设备端中的设备电网信息到达数据集合端提供通路。本发明通过ZigBee组网技术，实时监测、控制电路的电网信息，提高了管理人员电网异常应急能力和对终端负载的保护能力；同时，降低了组网成本，提高了处理电网异常的准确性和灵活性。

实施例二

本发明实施例还提供了另一种基于ZigBee的零线治理监控系统100，如图2所示，本实施例只针对于零线治理监控系统100中的一套零线治理装置101进行描述。

如图2所示，上述零线治理监控系统100包括：零线治理装置101、用户端201、数据集合端102和服务器端202；零线治理装置101包括：设备端106、控制端和电网信息采集端105；电网信息采集端105包括采样互感器203；设备端106包括：信号处理单元204、控制单元205、设备ZigBee通讯模块107、驱动单元206、变流器207、输出单元208和开关量单元209；数据集合端102包括数据集合器103；数据集合器103包括集合ZigBee通讯模块104；控制器包括断路器211和外置脱扣器210，连接关系如图2所示。

零线治理监控系统100包括多个用户端201和一个服务器端202；用户端201与设备ZigBee通讯模块107相连；服务器端202与集合ZigBee通讯模块104相连；用户端201与服务器端202通过无线连接；设备ZigBee通讯模块107，用于通过无线通讯，远程接收用户端201发送的第一指令，并将第一指令发送至设备端106，以使设备端106根据第一指令，治理零线的电路状态；其中，第一指令中包括：设备ZigBee通讯模块107的编码以及执行数据。

在具体实现时，设备端106还包括控制单元205，控制单元205能够控制零线的电路状态。设备ZigBee通讯模块107用于：通过无线通讯，远程接收用户端201发送的第一指令，并将第一指令发送至控制单元205，以使控制单元205根据第一指令，控制零线的电路状态；其中，第一指令中包括：设备ZigBee通讯模块107的编码以及执行数据。

具体地，上述用户端201可以通过专用无线通讯网络与设备ZigBee通讯模块107连接，管理人员可以通过用户端201(比如手机)，连接现场直连设备端106的控制单元205，具体来说，可以通过需求发送需要的电网参数指令(即第一指令)至设备ZigBee通讯模块107，然后设备ZigBee通讯模块107将第一指令发送至设备端106的控制单元205，控制单元205在接到指令后会将需要的数据发送给用电管理人员，或者直接智能控制零线的电路状态，从而实现远程或现场对设备的操控。当然，由于零线治理监控系统100内可能设置有多个设备端106、多个设备ZigBee通讯模块107，所以第一指令要明确设备ZigBee通讯模块107的编码(唯一ID)以及执行数据。

上述集合ZigBee通讯模块104，用于通过无线通讯，远程接收服务器端202发送的第二指令，并将第二指令发送至设备端106，以使设备端106根据第二指令治理零线的电路状态；其中，第二指令包括服务器端202发出的管理者的控制指令。

在具体实现时，集合ZigBee通讯模块104的作用是服务器端202与设备端106沟通的桥梁，可以实现双向的数据交换。

用户端201，还用于向用户展示电网信息和电路状态；服务器端202，还用于向用户展示、存储电网信息和电路状态。

在具体实现时，服务器端202，用于将数据集合端102传输来的数据(包括初始电网数据、集合电网数据、数字电网数据、设备电网数据、电路状态等)实时显示到服务器端202，同样的服务器端202可以根据管理者需求发送指令(即第二指令)来控制设备参数的写入或读取。此外，服务器端202还能实时存储上述数据。

在具体实现时，用户端201通过移动端设备(手机)与服务器端202无线连接，可实时查看终端设备及电网的相关情况，另外作为高级管理的用户端201，还可以直接在现场通过无线连接的方式直连现场设备，从而操控现场设备。

上述每个零线治理装置101包括一个电网信息采集端105、一个设备端106、一个控制端；每个设备端106包括一个设备ZigBee通讯模块107、一个控制单元205、一个信号处理单元204、一个驱动单元206、一个变流器207、一个输出单元208和一个开关量单元209；一个电网信息采集端105包括一个采样互感器203；一个控制端包括一个断路器211和一个外置脱扣器210；电网信息采集端105与设备端106的数量相同。上述模块的连接关系如下：

控制单元205与信号处理单元204、设备ZigBee通讯模块107、开关量单元209、驱动单元206分别相连；信号处理单元204与电网信息采集端105的采样互感器203相连；外置脱扣器210与断路器211和开关量单元209分别相连；变流器207与输出单元208、驱动单元206分别相连；设备ZigBee通讯模块107与数据集合端102的集合ZigBee通讯模块104相连。

电网信息采集端105，用于采集目标电网或线路的初始电网信息；信号处理单元204，用于将初始电网信息转换为数字电网信息；设备ZigBee通讯模块107，用于对同一信号处理单元204的数字电网信息进行通讯组网，得到设备电网信息；控制单元205，用于根据设备电网信息，治理零线的电路状态。

每个电网信息采集端105包括采样互感器203；采样互感器203，用于采集零线或相线的初始电网信息，并将初始电网信息发送至信号处理单元204，以使信号处理单元204对将初始电网信息转换为数字电网信息；其中，初始电网信息包括电压和电流。

信号处理单元204，用于接收电网信息采集端105的初始电网信息，并利用A/D转换策略，将初始电网信息转换成数字电网信息；其中，初始电网信息为模拟信号，数字电网信息为数字信号；设备ZigBee通讯模块107，用于对数字电网信息进行通讯组网，得到设备电网信息，并接收用户端201发送的第一预设规则和第二预设规则，并将第一预设规则和第二预设规则发送至控制单元205；控制单元205，用于根据设备电网信息确定电网状态；将电网状态与第一预设规则进行对比；若电网状态不符合第一预设规则，则发出第一动作指令；驱动单元206，用于：根据第一动作指令，控制变流器207的功率；输出单元208，用于：根据变流器207的功率，控制零线的电路状态。

每个设备端106还包括一个开关量单元209；零线治理装置101还包括控制端；控制端包括外置脱扣器210和断路器211；断路器211置于终端负载301与终端电网302之间；开关量单元209与控制单元205相连；外置脱扣器210与开关量单元209、断路器211分别相连；控制单元205，还用于当电网状态不符合第二预设规则；或者，无法根据第一动作指令控制电路状态时，发出第二动作指令；开关量单元209，用于根据第二动作指令发送开关量信号至外置脱扣器210；外置脱扣器210，用于根据开关量信号，使断路器211切断电路。

在具体实现时，上述零线治理监控系统100的各个模块的功能如下：

1)电网信息采集端105的采样互感器203实时采集目标电路(零线或相线)的初始电网信息，并将该初始电网信息发送至信号处理单元204。该初始电网信息为一条电路的多种的电网信息，比如电流参数、电压参数、零线电流、谐波等相关电能质量信息。

2)信号处理单元204根据A/D转换策略，将初始电网信息转换成数字电网信息；然后将数字电网信息发送至控制单元205，控制单元205把数字电网信息发送至设备ZigBee通讯模块107。其中，初始电网信息为模拟信号，数字电网信息为数字信号；数字电网信息包括电流和电压，包含多种类型的电网信息。

3)设备ZigBee通讯模块107在此有2个功能：①用于对同一设备端106的不同类型数字电网信息进行通讯组网，得到设备电网信息，把设备电网信息发送至控制单元205；②接收用户端201发送的第一预设规则和第二预设规则，并将第一预设规则和第二预设规则发送至控制单元205。

4)控制单元205根据设备电网信息、内置的CPU算法，分析、确定电网状态；将电网状态与第一预设规则进行对比；若电网状态不符合第一预设规则，则发出第一动作指令至驱动单元206。

5)驱动单元206根据第一动作指令，控制变流器207的功率；输出单元208，能够根据变流器207的功率，控制零线的电路状态，即控制零点电流、电压的大小。

具体地，驱动单元206控制变流器207功率开关通断，通过输出单元208接入终端电网302，从而实现该过程中零线电流治理、谐波治理或三相不平衡治理等功能，进而实现控制电网的电能质量。

6)若对于第四步，控制单元205发现当下的电网状态不符合第二预设规则；或者，无法根据第五步的第一动作指令控制电路状态时，发出第二动作指令至开关量单元209。

7)开关量单元209能够根据第二动作指令发送开关量信号至外置脱扣器210；外置脱扣器210能够根据开关量信号，使断路器211切断电路。在此，断路器211置于终端负载301与终端电网302之间。

具体地，控制端作为系统的执行单元，包括外置脱扣器210和断路器211。设备端106的控制单元205，还用于将电网状态与第二预设规则进行对比，当对比结果显示出电网存在严重的或不可控异常，或者第一指令无法有效控制电路状态时，控制单元205将及时准确的给出一个开关量信号给到外置脱扣器210，通过外置脱扣器210的切断动作，带动终端负载301的断路器211断开，从而保护负载不受因电网异常而引起损坏。特别说明的是，该切断动作针对电网出现的不可控异常，可能损坏后端设备或线路的情况，其目的为保护终端负载301不受损坏。

除了根据实时采集的电网信息自动控制电路状态之外，还可以根据用户输入的指令，控制电路状态，此时，各模块具体功能如下：

1)用户根据实时展示的电网信息或者其他情况，向用户端201输入第一指令。

2)用户端201将第一指令通过无线通讯发送至设备ZigBee通讯模块107，设备ZigBee通讯模块107将第一指令发送至控制单元205。

3)控制单元205根据第一指令控制电路状态。

以上描述的用户端201、手机终端通过无线通讯与监控主机相连接，可以通过手机终端实现非现场监控；同样的，由于设备ZigBee通讯模块107带有无线通讯功能，用户端201可以现场通过手机终端与设备通过无线通讯连接，通过手机端可以对设备参数进行写入设置，极大方便了设备的可操作性，同时可以消除设备的操控显示，降低设备的制造成本。同样的用户手机终端也可以通过与监控主机的互联，实时对某一节点状态查看，同样的可以对某一节点设备的参数进行写入。该监控系统给低压终端零线治理设备提供了更高的灵活性和便捷性。

除了根据实时采集的电网信息自动控制电路状态、根据用户端201控制电路之外，还可以通过服务器端202，控制电路状态，此时，各模块具体功能如下：

1)用户根据实时展示的电网信息或者其他情况，向服务器端202输入第二指令。

2)服务器端202将第二指令通过无线通讯发送至集合ZigBee通讯模块104，集合ZigBee通讯模块104将第二指令发送至设备ZigBee通讯模块107，设备ZigBee通讯模块107将第二指令发送至控制单元205。

3)控制单元205根据第二指令控制电路状态。

具体地，服务器端202可以通过专用无线通讯网络与手机终端(即用户端201)连接，将终端电网302信息发送给管理人员；用户端201通过移动端设备与服务器端202无线连接，主要有管理人员通过手机直连服务器端202或现场直连设备端106，可以通过需求发送需要的电网参数指令，设备端106在接到指令后会将需要的数据发送给用电管理人员，实现远程或现场对设备的操控。

此外，上述设备端106还包括电源单元，电源单元用于从电网取电，将电网市电转换为各功能单元需要的不同等级的直流电，以供零线治理监控系统100正常工作。

本发明实施例通过将ZigBee组网技术应用于低压零线控制的场景中，结合用户端的远程操控技术、信号转换技术，能够给低压终端零线治理装置提供更高的灵活性和便捷性。本发明实施例通过将低压终端零线治理装置通过ZigBee技术进行组网，取代传统的电缆组网，极大地降低了设备组网成本；通过采样互感器和设备端组成的监控系统，可以实时监控电网和设备运行状态，提高了管理人员电网异常应急能力和对终端设备的保护能力；通过ZigBee技术的应用，用户或管理者对设备的巡检或操控变得更为便捷。本发明实施例通过将实时电网状态与用户的预设规则进行对比、判断，能够更加精准地控制电网质量。

实施例三

本发明实施例还提供一种基于ZigBee的零线治理监控主系统300，如图3所示。

零线治理监控主系统300，包括终端负载301、终端电网302和零线治理监控系统100；零线治理监控系统100与终端负载301、终端电网302分别相连；零线治理监控系统100，用于监控零线和相线的电网信息，并控制终端负载301与终端电网302之间的零线的电路状态。

具体地，零线治理监控系统100直接控制的是零线的电路状态，通过控制零线电路状态实现整个电路的平稳、正常运行。

本发明实施例提供的一种基于ZigBee的零线治理监控主系统，其实现原理及产生的技术效果和前述基于ZigBee的零线治理监控系统实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。

实施例四

本发明实施例还提供一种基于ZigBee的零线治理监控方法，如图4为方法流程图。该方法，包括：

步骤S402,设备ZigBee通讯模块107，为各个设备端106中的设备电网信息到达数据集合端102提供通路。

步骤S404，集合ZigBee通讯模块104将多个设备端106中的多个设备电网信息，通过预设的协议进行转换，得到集合电网信息。

步骤S406，集合ZigBee通讯模块104将集合电网信息发送至服务器端202。

本发明实施例提供的一种基于ZigBee的零线治理监控主方法，其实现原理及产生的技术效果和前述基于ZigBee的零线治理监控系统实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。