Zigbee技術在配電自動化系統中的應用分析

范立奎

（國網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作為配電自動化系統的通信網絡，通信的效果不是很理想。Zigbee技術應用而生，能夠作為無線專網通信為配電自動化系統的數據傳輸提供支持，有助于電網結構的優化，提高配電網的供電能力及供電質量，有助于配電自動化系統的穩定運行。但是在實際的Zigbee技術應用過程中，仍舊存在一些誤區，希望通過本文的分析將其糾正。

1 配電自動化系統及Zigbee技術分析

配電自動化系統主要是通過配電網的實時數據采集，對配電網的運行進行有效管理，主要檢測的數據為配電變壓器及開關運行的相關數據以及電能質量。在配電自動化系統中，數據的采集與傳輸主要涉及到DTU以及TTU等設備。根據相關的標準要求，每個遙測數據信息都要使用2個字節的信息量，每4個遙信數據信息量為1個字節的信息量，每個遙控數據信息都要使用5個字節的信息量，大量的信息量傳輸需要可靠安全的通信網絡支持。在相關的法律法規的條款中，配電自動化系統需要通過專網實現通信，要求通信網絡具備較強的冗余能力以及較高的可靠性。就目前的基礎發展狀況而言，Zigbee通信網絡是較為理想的配電系統化的通信網絡。

Zigbee技術主要是指能夠進行低速率且短距離無線通信的先進技術，該技術的相關標準是由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勢。因為配電自動化系統沒有對寬帶提出較高的要求，反而對通信網絡的功耗以及時延有較高的要求，所以Zigbee通信網絡非常適用于配電自動化系統的通信。一般來說，一個Zigbee通信網絡節點，能夠連接數十個傳感器以及受控設備，用于數據信息的采集與傳輸。在將Zigbee技術應用于配電自動化系統時，工作人員需要注意以下幾點。

Zigbee技術使用的組網方式只能夠應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，而且傳輸的數據信息相對單一，能夠符合配電站傳感器的分布狀況。

Zigbee技術在2.4G頻段最高的傳輸速率為250kbit/s，在Zigbee通信網絡的覆蓋范圍內，最多能夠容納254個電氣設備。在一個區域范圍內，能夠同時存在100個Zigbee技術通信網絡。如此龐大數量的Zigbee通信網絡能夠充分滿足配電自動化系統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絡中終端設備以及載波設備等電氣設備的供電問題。而Zigbee技術具備功耗及速率低等優勢，能夠通過超級電容技術進入休眠模式，有效解決了Zigbee通信設備的供電問題。

Zigbee技術在應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務提供相應的時隙，有效避免了通信過程中，不同數據產生的沖突矛盾。與此同時，Zigbee技術還能夠對時延敏感進行優化，使得Zigbee通信網絡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對于數據實時傳輸的需求。

2 Zigbee技術在配電自動化系統中的應用分析

（1）Zigbee技術的應用測試。對于配電自動化系統而言，Zigbee技術在應用前，需要進行相應的無線覆蓋測試，掌握Zigbee設備具備的信號發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境，并明確該線路中信息匯集點以及通信設備的分布狀況，利用Zigbee通信軟件進行大小一致的數據包，利用Zigbee通信設備形成的Zigbee通信網絡將數據包傳輸到所選線路的匯集點，然后再將匯集點接收設備接收到的數據信息與原數據包進行對比分析，了解數據傳輸的時間，掌握Zigbee通信網絡傳輸內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線路作為測試環境，并對該線路的信息匯集點以及通信設備進行分析，其分布狀況分別是網狀分布以及星型分布，并按照上述流程，對線路的Zigbee通信狀況進行分析，具體的分析結果如下。

①場強測試結果分析。場強測試是Zigbee應用測試的基礎指標，觀察場強測試結果發現，A線路能夠有效接收Zigbee信號，可以應用Zigbee技術。

②誤包率測試結果分析。誤包率是評價Zigbee通信網絡傳輸信號質量的重要指標，如果測試結果顯示的誤碼超過系統能夠接受的范圍，就表明該線路的信號接收效果較差，需要根據其他的測試指標重新進行Zigbee設備相關參數的調整，確保Zigbee網絡具備更為廣闊的覆蓋范圍，在A線路中，測試人員共發送了116個數據包，Zigbee通信設備接收到116個數據包，表明Zigbee通信網絡的信號質量較高。

③多路徑測試結果分析。多路徑測試屬于參考指標，多路徑測試結果能夠表明Zigbee通信網絡是否會受到環境建筑物的影響，從而出現回波反射或者回撥繞射現象，導致信號接收出現問題，因為A線路涉及到較多的住宅小區，并沒有明確的統一接入點，所以測試人員并未進行多路徑測試。

（2）Zigbee技術在配電站通信中的應用。在配電自動化系統中，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，設計人員會將配電子站設計為通信匯集型，主要包括3層結構，具備數據集中功能、數據篩選功能、數據轉發功能以及數據規約轉換功能，但是并不會自動判斷配電網的故障區域，也不支持非故障區域正常供電的恢復。與此同時，基于Zigbee技術，配電子站能夠利用SDH光傳輸設備，通過2M的接口和配電主站進行通信，而且Zigbee通信網能夠實現配電主站和多個配電子站的通信。當配電自動化系統不能夠通過光纜敷設進行通信時，就可以采用Zigbee技術實現通信。

（3）Zigbee技術在終端通信中的應用。在配電自動化系統中，Zigbee技術主要通過土建站內部組網的方式來實現終端通信。在Zigbee通信網中，均由1個中心設備和電力載波網絡或者光纖網絡進行連接，確保Zigbee與上述2種網絡進行協調配合，共同進行配電網相關信息的雙向傳輸。相關人員需要通過網絡協調器以及路由節點的設置，通過多個路由節點對檢測區域進行管理，再和終端節點共同組成子網，具體的終端通信要點如下。

①路由節點分析。每個路由節點都有相應的終端節點。兩個共同組成星形網絡，對配電網自動化系統中的相關數據信息進行采集，數據的采集由終端節點及RTU/FTU/TTU設備共同實現，并應用無線網絡將采集的數據信息輸送到路由節點中，再通過多跳的通信方式，在路由節點和網絡協調器中傳輸。也就是說，路由節點會應用多跳鏈路實現數據信息的傳輸。

②網絡協調器分析。在基于Zigbee技術的終端通信中，網絡協調器和路由節點之間的通信，能夠對配電自動化系統進行網絡化控制。在配電自動化系統中，通信主站作為總控制臺，會對系統進行整體的管理與控制，是配電自動化系統中所有數據的中心。Zigbee技術可以將網絡協調器和路由節點有效連接在一起，擴大通信主站的管理范圍，實現了配電自動化系統的分區管理。

③傳感器分析。在配電自動化系統中，傳感器主要負責采集變壓器及電纜頭的溫度、風機及水泵的運行狀態以及六氟化硫的濃度等數據信息，工作人員需要按照相應的采集要求，將傳感器合理安裝于配電站中。

④組網方式分析。在進行配電自動化系統的終端通信時，Zigbee技術需要根據就近匯集的原則進行組網，以此將配電自動化系統中的所有數據集中于Zigbee的中心節點中，并將數據信息從Zigbee中心節點位置傳輸到配電站的TTU以及RTU中，確保信息的雙向傳輸，提高配電網自動化系統通信的效率及安全性。

3 結語

綜上所述，Zigbee技術具備時延小、可靠性及安全性高等優勢，需要在配電自動化系統通信中推廣應用。通過本文的分析可知，Zigbee通信網絡具備覆蓋范圍廣、傳輸效率高且傳輸效果好等優勢，充分滿足了配電自動化系統的需求，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，促進電力行業的可持續發展。