Zigbee技术在配电自动化系统中的应用分析

2018-10-12范立奎

中国设备工程 2018年19期

范立奎

（国网山东省电力公司冠县供电公司，山东聊城 252500）

就目前状况而言，大部分配电站都会采用光纤或者无线公网作为配电自动化系统的通信网络，通信的效果不是很理想。Zigbee技术应用而生，能够作为无线专网通信为配电自动化系统的数据传输提供支持，有助于电网结构的优化，提高配电网的供电能力及供电质量，有助于配电自动化系统的稳定运行。但是在实际的Zigbee技术应用过程中，仍旧存在一些误区，希望通过本文的分析将其纠正。

1 配电自动化系统及Zigbee技术分析

配电自动化系统主要是通过配电网的实时数据采集，对配电网的运行进行有效管理，主要检测的数据为配电变压器及开关运行的相关数据以及电能质量。在配电自动化系统中，数据的采集与传输主要涉及到DTU以及TTU等设备。根据相关的标准要求，每个遥测数据信息都要使用2个字节的信息量，每4个遥信数据信息量为1个字节的信息量，每个遥控数据信息都要使用5个字节的信息量，大量的信息量传输需要可靠安全的通信网络支持。在相关的法律法规的条款中，配电自动化系统需要通过专网实现通信，要求通信网络具备较强的冗余能力以及较高的可靠性。就目前的基础发展状况而言，Zigbee通信网络是较为理想的配电系统化的通信网络。

Zigbee技术主要是指能够进行低速率且短距离无线通信的先进技术，该技术的相关标准是由IEEE802.15.4工作小组来制定，具备距离适中、通信时延小以及速率低等优势。因为配电自动化系统没有对宽带提出较高的要求，反而对通信网络的功耗以及时延有较高的要求，所以Zigbee通信网络非常适用于配电自动化系统的通信。一般来说，一个Zigbee通信网络节点，能够连接数十个传感器以及受控设备，用于数据信息的采集与传输。在将Zigbee技术应用于配电自动化系统时，工作人员需要注意以下几点。

Zigbee技术使用的组网方式只能够应用在配电站的末端通信中，因为末端通信对信号传输与接收的可靠性的要求相对较低，而且传输的数据信息相对单一，能够符合配电站传感器的分布状况。

Zigbee技术在2.4G频段最高的传输速率为250kbit/s，在Zigbee通信网络的覆盖范围内，最多能够容纳254个电气设备。在一个区域范围内，能够同时存在100个Zigbee技术通信网络。如此庞大数量的Zigbee通信网络能够充分满足配电自动化系统对于无线通信的需求。

在大部分的配电站中，都不具备AC220V供电的条件，所以工作人员需要解决通信网络中终端设备以及载波设备等电气设备的供电问题。而Zigbee技术具备功耗及速率低等优势，能够通过超级电容技术进入休眠模式，有效解决了Zigbee通信设备的供电问题。

Zigbee技术在应用的过程中会使用碰撞避免机制，还能够为固定宽带提供的通信业务提供相应的时隙，有效避免了通信过程中，不同数据产生的冲突矛盾。与此同时，Zigbee技术还能够对时延敏感进行优化，使得Zigbee通信网络从休眠模式被激活的时间以及通信时延减小，充分满足了配电自动化系统对于数据实时传输的需求。

2 Zigbee技术在配电自动化系统中的应用分析

（1）Zigbee技术的应用测试。对于配电自动化系统而言，Zigbee技术在应用前，需要进行相应的无线覆盖测试，掌握Zigbee设备具备的信号发送以及信号接收的能力。具体的无线覆盖测试流程如下，工作人员首先选择合适的线路作为测试环境，并明确该线路中信息汇集点以及通信设备的分布状况，利用Zigbee通信软件进行大小一致的数据包，利用Zigbee通信设备形成的Zigbee通信网络将数据包传输到所选线路的汇集点，然后再将汇集点接收设备接收到的数据信息与原数据包进行对比分析，了解数据传输的时间，掌握Zigbee通信网络传输内容的完整性及有效性。比如，在某供电公司的配电自动化项目中，工作人员选择37线路作为测试环境，并对该线路的信息汇集点以及通信设备进行分析，其分布状况分别是网状分布以及星型分布，并按照上述流程，对线路的Zigbee通信状况进行分析，具体的分析结果如下。

①场强测试结果分析。场强测试是Zigbee应用测试的基础指标，观察场强测试结果发现，A线路能够有效接收Zigbee信号，可以应用Zigbee技术。

②误包率测试结果分析。误包率是评价Zigbee通信网络传输信号质量的重要指标，如果测试结果显示的误码超过系统能够接受的范围，就表明该线路的信号接收效果较差，需要根据其他的测试指标重新进行Zigbee设备相关参数的调整，确保Zigbee网络具备更为广阔的覆盖范围，在A线路中，测试人员共发送了116个数据包，Zigbee通信设备接收到116个数据包，表明Zigbee通信网络的信号质量较高。

③多路径测试结果分析。多路径测试属于参考指标，多路径测试结果能够表明Zigbee通信网络是否会受到环境建筑物的影响，从而出现回波反射或者回拨绕射现象，导致信号接收出现问题，因为A线路涉及到较多的住宅小区，并没有明确的统一接入点，所以测试人员并未进行多路径测试。

（2）Zigbee技术在配电站通信中的应用。在配电自动化系统中，配电站之间的通信主要是指配电子站与配电主站之间的通信。其中，配电子站主要是指配电主站和DTU之间用于信息交换以及信息处理的中间站。通常来说，基于Zigbee技术，设计人员会将配电子站设计为通信汇集型，主要包括3层结构，具备数据集中功能、数据筛选功能、数据转发功能以及数据规约转换功能，但是并不会自动判断配电网的故障区域，也不支持非故障区域正常供电的恢复。与此同时，基于Zigbee技术，配电子站能够利用SDH光传输设备，通过2M的接口和配电主站进行通信，而且Zigbee通信网能够实现配电主站和多个配电子站的通信。当配电自动化系统不能够通过光缆敷设进行通信时，就可以采用Zigbee技术实现通信。

（3）Zigbee技术在终端通信中的应用。在配电自动化系统中，Zigbee技术主要通过土建站内部组网的方式来实现终端通信。在Zigbee通信网中，均由1个中心设备和电力载波网络或者光纤网络进行连接，确保Zigbee与上述2种网络进行协调配合，共同进行配电网相关信息的双向传输。相关人员需要通过网络协调器以及路由节点的设置，通过多个路由节点对检测区域进行管理，再和终端节点共同组成子网，具体的终端通信要点如下。

①路由节点分析。每个路由节点都有相应的终端节点。两个共同组成星形网络，对配电网自动化系统中的相关数据信息进行采集，数据的采集由终端节点及RTU/FTU/TTU设备共同实现，并应用无线网络将采集的数据信息输送到路由节点中，再通过多跳的通信方式，在路由节点和网络协调器中传输。也就是说，路由节点会应用多跳链路实现数据信息的传输。

②网络协调器分析。在基于Zigbee技术的终端通信中，网络协调器和路由节点之间的通信，能够对配电自动化系统进行网络化控制。在配电自动化系统中，通信主站作为总控制台，会对系统进行整体的管理与控制，是配电自动化系统中所有数据的中心。Zigbee技术可以将网络协调器和路由节点有效连接在一起，扩大通信主站的管理范围，实现了配电自动化系统的分区管理。

③传感器分析。在配电自动化系统中，传感器主要负责采集变压器及电缆头的温度、风机及水泵的运行状态以及六氟化硫的浓度等数据信息，工作人员需要按照相应的采集要求，将传感器合理安装于配电站中。

④组网方式分析。在进行配电自动化系统的终端通信时，Zigbee技术需要根据就近汇集的原则进行组网，以此将配电自动化系统中的所有数据集中于Zigbee的中心节点中，并将数据信息从Zigbee中心节点位置传输到配电站的TTU以及RTU中，确保信息的双向传输，提高配电网自动化系统通信的效率及安全性。