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

錢少偉

蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000

0 引言

如今，電力系統(tǒng)配電自動化通信系統(tǒng)大部分采取EPON（光纖）、GRPS（無線公網(wǎng)）以及中壓電力線載波等，在配電自動化系統(tǒng)中，尚未應(yīng)用專業(yè)的無線技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種全新的、短距離和低速率的無線專網(wǎng)通信技術(shù)，在電力系統(tǒng)保護(hù)裝置及遠(yuǎn)程抄表等方面應(yīng)用廣泛，然而在配電自動化系統(tǒng)中尚未得到應(yīng)用。

通信系統(tǒng)是配電自動化系統(tǒng)構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)，可利用高新技術(shù)手段提高配電自動化系統(tǒng)實施與應(yīng)用的有效性。將控制中心發(fā)出的指令傳至執(zhí)行機構(gòu)與智能終端，使其可以根據(jù)指令完成相應(yīng)操作。在該過程中，智能終端收集的數(shù)據(jù)信息均會傳至控制中心，以滿足實際應(yīng)用需求。

1 配電自動化系統(tǒng)及ZigBee技術(shù)的實際應(yīng)用情況

1.1 配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用情況

目前，我國配電網(wǎng)主要是通過實際調(diào)查分析得到最終數(shù)據(jù)，完成配電自動化系統(tǒng)的構(gòu)建和對配電網(wǎng)的控制，使配電網(wǎng)中各設(shè)備可將信息第一時間傳至配電自動化系統(tǒng)的控制中心，必要時開展維護(hù)、優(yōu)化與替換操作，保證配電自動化系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定。配電自動化系統(tǒng)主要利用DTU與TTU等相關(guān)設(shè)備采集與處理數(shù)據(jù)，并完成信息的傳輸。配電自動化系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)時，應(yīng)重視對字節(jié)量的管理與控制，如此，配電自動化系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中可獲得安全的網(wǎng)絡(luò)支持與維護(hù)，從而保證信息傳輸?shù)陌踩c可靠性。除此之外，配電自動化系統(tǒng)還需利用專門的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信傳輸與管理，確保其冗余能力與傳輸穩(wěn)定性。

1.2 ZigBee通信技術(shù)的應(yīng)用情況

ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)具有一定的應(yīng)用價值。ZigBee通信技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，其能在速率低、距離短的情況下實現(xiàn)信息通信，且功耗低、延遲小，可滿足自組織網(wǎng)絡(luò)與傳感器一類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信需求。一般情況下，配電自動化系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求并不嚴(yán)格，但若所應(yīng)用的通信技術(shù)功耗低且延遲小，則更具優(yōu)勢，會成為其日常通信首選方式。在此背景下，ZigBee通信技術(shù)脫穎而出，其由65 000（最多）個無線數(shù)據(jù)模塊共同組成的無線數(shù)據(jù)傳輸平臺，與GSM網(wǎng)及CDMA網(wǎng)有明顯的相似之處。同時，不同的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)模塊與移動網(wǎng)絡(luò)基站也有相似之處，可滿足配電自動化系統(tǒng)中各部門間的信息共享與通信需求。將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)中，還可利用對各終端信息的采集判斷電網(wǎng)實際運行情況，并與標(biāo)準(zhǔn)信息對比，以此找到配電自動化系統(tǒng)運行有效性的影響因素。除此之外，ZigBee技術(shù)可利用10 kV配電變壓器監(jiān)測管理配電自動化系統(tǒng)的實際運行情況，實現(xiàn)信息遠(yuǎn)程傳輸與采集管理，進(jìn)而提高對配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)督管理水平，降低配電線路與設(shè)備能量的損耗。

配電自動化系統(tǒng)包含開關(guān)設(shè)備的控制。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為了保證開關(guān)設(shè)備控制的安全有效性，需要采取專網(wǎng)方式進(jìn)行通信；通信網(wǎng)需要具有高可信度。ZigBee技術(shù)組網(wǎng)方式主要應(yīng)用在配電站內(nèi)部末端通信，對通信可靠性的要求較低，同時傳輸數(shù)據(jù)較為單一，配電站內(nèi)部的傳感設(shè)備應(yīng)用和線纜施工情況較為不便。

ZigBee技術(shù)在2.4G頻段中的傳輸速率可達(dá)到250 kbit/s，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)能容納最多254個從設(shè)備及1個主設(shè)備，一個區(qū)域能同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，能充分滿足配電自動化對通信的流量需求。ZigBee技術(shù)主要采取碰撞避免機制，并且為需要固定寬帶的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時隙，進(jìn)而有效避免發(fā)送數(shù)據(jù)過程中的競爭與沖突。與此同時，針對時延較為敏感的應(yīng)用給予充分優(yōu)化，通信時延及從休眠狀態(tài)激活的時延均較短。

2 ZigBee技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 ZigBee通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用

配電自動化系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用過程中，難免會出現(xiàn)故障，且導(dǎo)致故障的原因眾多，技術(shù)人員無法在配電自動化系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障的第一時間內(nèi)查明原因，也無法找到故障的具體位置，這會影響用戶的應(yīng)用體驗。將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用到配電自動化系統(tǒng)故障檢測中，可有效檢測智能通信設(shè)備故障，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量。一般情況下，因為智能通信設(shè)備故障集中出現(xiàn)于某一個點，所以可利用電子信息技術(shù)監(jiān)控整個智能通信設(shè)備，在其出現(xiàn)故障的第一時間內(nèi)自動檢測信息系統(tǒng)運行情況，并判斷出現(xiàn)故障的具體位置，反饋到技術(shù)人員設(shè)備中，進(jìn)而提高檢測速度。ZigBee通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用可提高預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性與效率，并找到故障發(fā)生的區(qū)域，提出故障處理策略，進(jìn)一步保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.2 ZigBee通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)設(shè)備控制中的應(yīng)用

ZigBee通信技術(shù)主要的應(yīng)用難點在于，在電子信息控制和處理的過程中，需要對整個電子信息系統(tǒng)進(jìn)行集成開發(fā)、應(yīng)用設(shè)計等操作，進(jìn)而達(dá)到自動化管理及其對配電自動化系統(tǒng)設(shè)備控制的最終目的。將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)中，可從根本上優(yōu)化配電自動化系統(tǒng)設(shè)備信息收集、處理、傳輸及存儲的模式，進(jìn)而提高配電自動化系統(tǒng)設(shè)備的智能化控制水平。ZigBee通信技術(shù)的融入，使我國越來越多的企業(yè)意識到電子信息技術(shù)在其發(fā)展中的重要性，借此通過設(shè)立專業(yè)的ZigBee通信技術(shù)培訓(xùn)課程，培養(yǎng)大量專業(yè)人才，從而推動ZigBee通信技術(shù)在企業(yè)管理與生產(chǎn)中的有效應(yīng)用，顯著提升企業(yè)管理效率。與此同時，將計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息工程技術(shù)有效融合后實施ZigBee通信技術(shù)，可以幫助配電自動化系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)建一個安全、高效、高頻率、高密度的便捷通道，提高信息處理和傳輸?shù)挠行裕瑢μ嵘悄芸刂乒芾硪簿哂蟹浅Ｖ匾默F(xiàn)實意義。由此可見，將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)設(shè)備控制中，對工程設(shè)計的發(fā)展進(jìn)程與發(fā)展模式等均能起到巨大的推動作用。

2.3 ZigBee通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)信息安全方面的應(yīng)用

將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)領(lǐng)域，對該技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。但是，在該過程中也存在諸多問題，尤其是安全性問題。信息化社會的發(fā)展，使人們開始利用ZigBee通信技術(shù)實現(xiàn)信息的交互，與此同時，系統(tǒng)漏洞、黑客攻擊、線路傳輸故障等多種影響因素也隨之出現(xiàn)，不僅會影響數(shù)據(jù)信息傳統(tǒng)的高效與便捷性，還可能導(dǎo)致信息泄漏，進(jìn)而影響配電站運行的穩(wěn)定性。針對信息安全保障問題，從根本上提升配電自動化系統(tǒng)領(lǐng)域信息管理的有效性對社會發(fā)展有非常重要的意義。將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)信息安全中，其作用主要體現(xiàn)在以電子密碼鎖為主的設(shè)備中，其能使個人或配電站從根本上避免信息傳遞受黑客襲擊、信息外泄等多種威脅。ZigBee通信技術(shù)要在配電自動化系統(tǒng)中全面發(fā)展，必須針對信息傳輸過程中可能存在的安全性問題展開分析，并就可能存在的事故提出相應(yīng)的解決措施，以提高配電自動化系統(tǒng)信息安全管理的有效性，并充分發(fā)揮ZigBee通信技術(shù)的作用，為配電自動化系統(tǒng)信息交互營造一個安全的環(huán)境[1-2]。

2.4 ZigBee通信技術(shù)在終端通信中的應(yīng)用

（1）路由節(jié)點。將ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用于終端通信中時，因為其各路由節(jié)點與終端節(jié)點間存在一一對應(yīng)性，所以在構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)時，兩者間存在的作用不可忽視。收集與整理配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)應(yīng)立足于終端節(jié)點與RTU/FTU/TTU設(shè)備共同完成，即利用無線網(wǎng)絡(luò)將收集整理的數(shù)據(jù)傳至路由節(jié)點，并通過多跳的通信模式完成終端通信。

（2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。在終端通信運行過程中，ZigBee通信技術(shù)可起到保障網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與路由節(jié)點間通信有效性的作用，還可加大對整個系統(tǒng)的全面化控制與管理力度，保障配電自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)應(yīng)用的有序性與安全性。除此之外，將ZigBee通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點相結(jié)合，還可拓展通信主站管理的輻射范圍及內(nèi)容，完成對配電自動化系統(tǒng)的分區(qū)管理[3]。

（3）傳感器。傳感器是配電自動化系統(tǒng)的重要組成部分，其兼顧對變壓器、電纜等設(shè)備溫度、運行狀態(tài)等信息的收集與管理，并能在第一時間利用ZigBee通信技術(shù)將出現(xiàn)的問題傳至技術(shù)人員手中，使技術(shù)人員及時、針對性地處理相應(yīng)設(shè)備。之后，技術(shù)人員還可針對整個配電自動化系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)需求情況選擇傳感器安裝位置。

（4）組網(wǎng)方式。ZigBee通信技術(shù)可與距離其最近的數(shù)據(jù)完成組網(wǎng)，并將數(shù)據(jù)儲存在ZigBee中心節(jié)中，將收集的數(shù)據(jù)信息從ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點傳至配電站自動化系統(tǒng)的RTU與TTU中，進(jìn)而實現(xiàn)對信息的雙向流通管理，并提升配電自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信效率。

3 結(jié)束語

相較于其他傳統(tǒng)的通信技術(shù)，ZigBee通信技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，因此得到了大力的推廣與應(yīng)用，同時其在一定程度上保障了配電自動化系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，并加快了數(shù)據(jù)的傳輸速度。除此之外，ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在配電自動化系統(tǒng)中也可有效減少電力消耗，提高配電站的經(jīng)濟效益與社會效益，對推動電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。