Zigbee技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

范立奎

（國網(wǎng)山東省電力公司冠縣供電公司，山東 聊城 252500）

就目前狀況而言，大部分配電站都會采用光纖或者無線公網(wǎng)作為配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，通信的效果不是很理想。Zigbee技術(shù)應(yīng)用而生，能夠作為無線專網(wǎng)通信為配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供支持，有助于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高配電網(wǎng)的供電能力及供電質(zhì)量，有助于配電自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但是在實際的Zigbee技術(shù)應(yīng)用過程中，仍舊存在一些誤區(qū)，希望通過本文的分析將其糾正。

1 配電自動化系統(tǒng)及Zigbee技術(shù)分析

配電自動化系統(tǒng)主要是通過配電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)采集，對配電網(wǎng)的運行進(jìn)行有效管理，主要檢測的數(shù)據(jù)為配電變壓器及開關(guān)運行的相關(guān)數(shù)據(jù)以及電能質(zhì)量。在配電自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集與傳輸主要涉及到DTU以及TTU等設(shè)備。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，每個遙測數(shù)據(jù)信息都要使用2個字節(jié)的信息量，每4個遙信數(shù)據(jù)信息量為1個字節(jié)的信息量，每個遙控數(shù)據(jù)信息都要使用5個字節(jié)的信息量，大量的信息量傳輸需要可靠安全的通信網(wǎng)絡(luò)支持。在相關(guān)的法律法規(guī)的條款中，配電自動化系統(tǒng)需要通過專網(wǎng)實現(xiàn)通信，要求通信網(wǎng)絡(luò)具備較強的冗余能力以及較高的可靠性。就目前的基礎(chǔ)發(fā)展?fàn)顩r而言，Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)是較為理想的配電系統(tǒng)化的通信網(wǎng)絡(luò)。

Zigbee技術(shù)主要是指能夠進(jìn)行低速率且短距離無線通信的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE802.15.4工作小組來制定，具備距離適中、通信時延小以及速率低等優(yōu)勢。因為配電自動化系統(tǒng)沒有對寬帶提出較高的要求，反而對通信網(wǎng)絡(luò)的功耗以及時延有較高的要求，所以Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)非常適用于配電自動化系統(tǒng)的通信。一般來說，一個Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，能夠連接數(shù)十個傳感器以及受控設(shè)備，用于數(shù)據(jù)信息的采集與傳輸。在將Zigbee技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)時，工作人員需要注意以下幾點。

Zigbee技術(shù)使用的組網(wǎng)方式只能夠應(yīng)用在配電站的末端通信中，因為末端通信對信號傳輸與接收的可靠性的要求相對較低，而且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息相對單一，能夠符合配電站傳感器的分布狀況。

Zigbee技術(shù)在2.4G頻段最高的傳輸速率為250kbit/s，在Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，最多能夠容納254個電氣設(shè)備。在一個區(qū)域范圍內(nèi)，能夠同時存在100個Zigbee技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)。如此龐大數(shù)量的Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)能夠充分滿足配電自動化系統(tǒng)對于無線通信的需求。

在大部分的配電站中，都不具備AC220V供電的條件，所以工作人員需要解決通信網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備以及載波設(shè)備等電氣設(shè)備的供電問題。而Zigbee技術(shù)具備功耗及速率低等優(yōu)勢，能夠通過超級電容技術(shù)進(jìn)入休眠模式，有效解決了Zigbee通信設(shè)備的供電問題。

Zigbee技術(shù)在應(yīng)用的過程中會使用碰撞避免機制，還能夠為固定寬帶提供的通信業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的時隙，有效避免了通信過程中，不同數(shù)據(jù)產(chǎn)生的沖突矛盾。與此同時，Zigbee技術(shù)還能夠?qū)r延敏感進(jìn)行優(yōu)化，使得Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)從休眠模式被激活的時間以及通信時延減小，充分滿足了配電自動化系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨蟆?/p>

2 Zigbee技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

（1）Zigbee技術(shù)的應(yīng)用測試。對于配電自動化系統(tǒng)而言，Zigbee技術(shù)在應(yīng)用前，需要進(jìn)行相應(yīng)的無線覆蓋測試，掌握Zigbee設(shè)備具備的信號發(fā)送以及信號接收的能力。具體的無線覆蓋測試流程如下，工作人員首先選擇合適的線路作為測試環(huán)境，并明確該線路中信息匯集點以及通信設(shè)備的分布狀況，利用Zigbee通信軟件進(jìn)行大小一致的數(shù)據(jù)包，利用Zigbee通信設(shè)備形成的Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)剿x線路的匯集點，然后再將匯集點接收設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)信息與原數(shù)據(jù)包進(jìn)行對比分析，了解數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，掌握Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)傳輸內(nèi)容的完整性及有效性。比如，在某供電公司的配電自動化項目中，工作人員選擇37線路作為測試環(huán)境，并對該線路的信息匯集點以及通信設(shè)備進(jìn)行分析，其分布狀況分別是網(wǎng)狀分布以及星型分布，并按照上述流程，對線路的Zigbee通信狀況進(jìn)行分析，具體的分析結(jié)果如下。

①場強測試結(jié)果分析。場強測試是Zigbee應(yīng)用測試的基礎(chǔ)指標(biāo)，觀察場強測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A線路能夠有效接收Zigbee信號，可以應(yīng)用Zigbee技術(shù)。

②誤包率測試結(jié)果分析。誤包率是評價Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信號質(zhì)量的重要指標(biāo)，如果測試結(jié)果顯示的誤碼超過系統(tǒng)能夠接受的范圍，就表明該線路的信號接收效果較差，需要根據(jù)其他的測試指標(biāo)重新進(jìn)行Zigbee設(shè)備相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，確保Zigbee網(wǎng)絡(luò)具備更為廣闊的覆蓋范圍，在A線路中，測試人員共發(fā)送了116個數(shù)據(jù)包，Zigbee通信設(shè)備接收到116個數(shù)據(jù)包，表明Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量較高。

③多路徑測試結(jié)果分析。多路徑測試屬于參考指標(biāo)，多路徑測試結(jié)果能夠表明Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)是否會受到環(huán)境建筑物的影響，從而出現(xiàn)回波反射或者回?fù)芾@射現(xiàn)象，導(dǎo)致信號接收出現(xiàn)問題，因為A線路涉及到較多的住宅小區(qū)，并沒有明確的統(tǒng)一接入點，所以測試人員并未進(jìn)行多路徑測試。

（2）Zigbee技術(shù)在配電站通信中的應(yīng)用。在配電自動化系統(tǒng)中，配電站之間的通信主要是指配電子站與配電主站之間的通信。其中，配電子站主要是指配電主站和DTU之間用于信息交換以及信息處理的中間站。通常來說，基于Zigbee技術(shù)，設(shè)計人員會將配電子站設(shè)計為通信匯集型，主要包括3層結(jié)構(gòu)，具備數(shù)據(jù)集中功能、數(shù)據(jù)篩選功能、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能以及數(shù)據(jù)規(guī)約轉(zhuǎn)換功能，但是并不會自動判斷配電網(wǎng)的故障區(qū)域，也不支持非故障區(qū)域正常供電的恢復(fù)。與此同時，基于Zigbee技術(shù)，配電子站能夠利用SDH光傳輸設(shè)備，通過2M的接口和配電主站進(jìn)行通信，而且Zigbee通信網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)配電主站和多個配電子站的通信。當(dāng)配電自動化系統(tǒng)不能夠通過光纜敷設(shè)進(jìn)行通信時，就可以采用Zigbee技術(shù)實現(xiàn)通信。

（3）Zigbee技術(shù)在終端通信中的應(yīng)用。在配電自動化系統(tǒng)中，Zigbee技術(shù)主要通過土建站內(nèi)部組網(wǎng)的方式來實現(xiàn)終端通信。在Zigbee通信網(wǎng)中，均由1個中心設(shè)備和電力載波網(wǎng)絡(luò)或者光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，確保Zigbee與上述2種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，共同進(jìn)行配電網(wǎng)相關(guān)信息的雙向傳輸。相關(guān)人員需要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及路由節(jié)點的設(shè)置，通過多個路由節(jié)點對檢測區(qū)域進(jìn)行管理，再和終端節(jié)點共同組成子網(wǎng)，具體的終端通信要點如下。

①路由節(jié)點分析。每個路由節(jié)點都有相應(yīng)的終端節(jié)點。兩個共同組成星形網(wǎng)絡(luò)，對配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)的采集由終端節(jié)點及RTU/FTU/TTU設(shè)備共同實現(xiàn)，并應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)信息輸送到路由節(jié)點中，再通過多跳的通信方式，在路由節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中傳輸。也就是說，路由節(jié)點會應(yīng)用多跳鏈路實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸。

②網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器分析。在基于Zigbee技術(shù)的終端通信中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點之間的通信，能夠?qū)ε潆娮詣踊到y(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制。在配電自動化系統(tǒng)中，通信主站作為總控制臺，會對系統(tǒng)進(jìn)行整體的管理與控制，是配電自動化系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的中心。Zigbee技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點有效連接在一起，擴(kuò)大通信主站的管理范圍，實現(xiàn)了配電自動化系統(tǒng)的分區(qū)管理。

③傳感器分析。在配電自動化系統(tǒng)中，傳感器主要負(fù)責(zé)采集變壓器及電纜頭的溫度、風(fēng)機及水泵的運行狀態(tài)以及六氟化硫的濃度等數(shù)據(jù)信息，工作人員需要按照相應(yīng)的采集要求，將傳感器合理安裝于配電站中。

④組網(wǎng)方式分析。在進(jìn)行配電自動化系統(tǒng)的終端通信時，Zigbee技術(shù)需要根據(jù)就近匯集的原則進(jìn)行組網(wǎng)，以此將配電自動化系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)集中于Zigbee的中心節(jié)點中，并將數(shù)據(jù)信息從Zigbee中心節(jié)點位置傳輸?shù)脚潆娬镜腡TU以及RTU中，確保信息的雙向傳輸，提高配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信的效率及安全性。

3 結(jié)語

綜上所述，Zigbee技術(shù)具備時延小、可靠性及安全性高等優(yōu)勢，需要在配電自動化系統(tǒng)通信中推廣應(yīng)用。通過本文的分析可知，Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋范圍廣、傳輸效率高且傳輸效果好等優(yōu)勢，充分滿足了配電自動化系統(tǒng)的需求，有助于配電站管理水平的提升，能夠減少配電線路的電力損耗，促進(jìn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。