基于Zigbee的無線網絡及其配電自動化應用

亓富軍+孫成才+張建成

【摘要】ZigBee短距離無線通信技術近年在電力配網自動化領域得到應用，許多電力用戶比較認可這種簡單、廉價、功耗低的無線通信技術。本文就該技術在電力系統配網自動化領域的使用，建立一個簡單的通信網絡，結合光纖等通信技術，實現配電網數據采集功能，探討該技術在配網自動化領域的應用前景。

【關鍵詞】配電自動化 通信技術 ZigBee 應用

通信系統是建設配電自動化系統的關鍵，借助可靠的通信手段，配電自動化將控制中心的指令下傳到遠方智能終端和各執行機構，同時，把智能終端（ FTU/TTU）采集到的數據信息上傳到控制中心。近年出現的ZigBee短距離無線通信技術，已被制造廠家采用，在配網自動化領域開始使用，本文就該技術在配網自動化的應用，提出一種結合光纖或其他通信方式，實現數據采集的應用解決方案。

一、ZigBee簡介

Zigbee是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準研制開發的組網、安全和應用軟件方面的技術標準。Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大傳輸速率承載有限的數據流量。

在標準規范的制訂方面，主要是IEEE 802.15.4小組與ZigBee Alliance兩個組織，兩者分別制訂硬件與軟件標準。ZigBee建立在802.15.4標準之上，它確定了可以在不同制造商之間共享的應用綱要。

在MAC層上，主要沿用WLAN中802.11系列標準的CSMA/CA方式，以提高系統兼容。

在網絡層方面，根據節點的不同角色，可分為精簡功能設備（ RFD）和全功能設備（FFD）。RFD的電路較為簡單、容量較小。FFD的節點能夠提供數據交換，具備控制器的功能，RFD只能從FFD傳送或接收數據。

二、Zigbee技術特點

Zigbee的突出優點是：低功耗、低成本、低速率，Zigbee工作在20～250 kbps的較低速率，分別提供250kbps（2.4 GHz）、40 kbps（915 MHz）和20 kbps（868 MHz）的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

Zigbee網絡在配網自動化領域應用方案

相對于電力微波通信網、電力DDN數字數據和公網等遠程通訊技術相比，ZigBee技術通信距離較短，數據傳輸速率較低，不適合長距離大容量的數據傳輸應用。在配網自動化領域，配電終端設備如FTU、DTU、TTU等，信息量比較小，在幾十K傳輸速率情況下，也能夠達到性能要求;這些終端設備安裝位置分布于配電網絡各種設備處，比較分散，有線或無線網絡覆蓋比較困難，有時為了某一個終端通信接人需消耗較多的資金投入。若采用在一個區域內設置一個或幾個設備，與主站系統采用有線或無線公網通信，其它鄰近區域的設備，采用近距離的無線ZigBee技術組成網絡，通過該網絡互聯，實現數據傳輸到主站的目的，可以省去很多麻煩。因此，ZigBee無線網絡技術與其它通信方式結合，可以發揮ZigBee技術在通信容量、通信時延、通信可靠性、能量損耗上的優勢，應用于配網自動化通信。

下面提出的無線Zigbee通信網絡，是基于Zigbee并采用光纖網絡進行數據通信無線網絡，它是由大量的無線應用節點、中繼節點和路由節點（光傳輸數據傳輸網關）組成的分布式系統。無線應用節點即配電網控制終端設備（FTU等），中繼節點也可以單獨設置，也可由某個控制終端分擔，路由節點是一個無線Zigbee和光端機的結合體，起到一個路由作用。每個應用節點成員都把數據傳給路由節點，傳輸途徑根據距離和網絡狀況，可能會通過中繼節點轉發;數據在路由節點融合后傳給光傳輸設備。主站系統通過光纖網絡與多個路由節點連接，路由節點和無線應用節點之間通過Zigbee技術實現無線的信息交換，帶有射頻收發器的無線應用節點負責把數據傳送給路由節點;主站系統通過光纖網絡獲取采集到的相關信息，實現對現場的有效控制和管理。

分布在通信網絡中的路由節點主要用于接收無線應用節點的數據上報，并將其進行融合處理，傳給光纖網絡再傳遞給主站系統。Zigbee路由節點在此網絡中充當的是無線應用節點和光纖網絡之間的路由。

對于無線應用節點，內置的Zigbee模塊能夠根據網絡檢測狀況，自動調整設備的發射功率，既能保證通信鏈路質量，又能做到消耗能量最小，在網絡安全方面，對所傳輸的數據信息采用了密鑰長度為128位的加密處理。

在配網自動化領域，許多場合采用基于GPRS/CDMA數字蜂窩網絡，從應用角度而言，存在使用成本較高、數據傳輸需要付費、系統的運行成本高、網絡的自管理能力不高等缺點。Zigbee無線網絡是無使用費、采用免費頻段、設備功耗低等特點，可以作為有線光纖通信的補充，尤其是配網大量設備組成無線通信網絡，在資金占用、運行維護方面具有較大優勢。

三、結語

無線組網通信是當今工業控制、計算機應用等方面技術發展的一個熱點，在電力配網自動化方面，也是各廠家和電力用戶關注的熱點，如何構建一個可維護性較高、具有高度安全性和成本低廉的通信網絡，是配網自動化領域技術人員一直在尋求解決的課題。低功耗、低成本的無線網絡Zigbee出線，以其高度集成化的軟、硬件架構和產品特點，使電力設備廠家和電力局應用人員更快、更方便地進行最終產品設計和應用，相信會在電力配網通信方面發揮更大的作用。

參 考 文 獻[1]李皓等，《給予Zigbee的無線網絡技術及應用》，《信息技術》，2008（1）[2]博強.《無線傳感器網絡仰賴Zigbee》.《計算機世界報》，第34期D7[3]王興念，趙奕，蘇宏勛，陳勇，海濤.《配電自動化系統的實用設計》.《電工技術》，2004endprint