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        基于Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)及其配電自動化應(yīng)用

        2015-01-29 02:19:47亓富軍孫成才張建成
        中國新通信 2014年13期
        關(guān)鍵詞:配電自動化通信技術(shù)應(yīng)用

        亓富軍+孫成才+張建成

        【摘要】ZigBee短距離無線通信技術(shù)近年在電力配網(wǎng)自動化領(lǐng)域得到應(yīng)用,許多電力用戶比較認(rèn)可這種簡單、廉價、功耗低的無線通信技術(shù)。本文就該技術(shù)在電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化領(lǐng)域的使用,建立一個簡單的通信網(wǎng)絡(luò),結(jié)合光纖等通信技術(shù),實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集功能,探討該技術(shù)在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

        【關(guān)鍵詞】配電自動化 通信技術(shù) ZigBee 應(yīng)用

        通信系統(tǒng)是建設(shè)配電自動化系統(tǒng)的關(guān)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(yuǎn)方智能終端和各執(zhí)行機(jī)構(gòu),同時,把智能終端( FTU/TTU)采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到控制中心。近年出現(xiàn)的ZigBee短距離無線通信技術(shù),已被制造廠家采用,在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域開始使用,本文就該技術(shù)在配網(wǎng)自動化的應(yīng)用,提出一種結(jié)合光纖或其他通信方式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用解決方案。

        一、ZigBee簡介

        Zigbee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大傳輸速率承載有限的數(shù)據(jù)流量。

        在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)。ZigBee建立在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上,它確定了可以在不同制造商之間共享的應(yīng)用綱要。

        在MAC層上,主要沿用WLAN中802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA方式,以提高系統(tǒng)兼容。

        在網(wǎng)絡(luò)層方面,根據(jù)節(jié)點的不同角色,可分為精簡功能設(shè)備( RFD)和全功能設(shè)備(FFD)。RFD的電路較為簡單、容量較小。FFD的節(jié)點能夠提供數(shù)據(jù)交換,具備控制器的功能,RFD只能從FFD傳送或接收數(shù)據(jù)。

        二、Zigbee技術(shù)特點

        Zigbee的突出優(yōu)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(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

        Zigbee網(wǎng)絡(luò)在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域應(yīng)用方案

        相對于電力微波通信網(wǎng)、電力DDN數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和公網(wǎng)等遠(yuǎn)程通訊技術(shù)相比,ZigBee技術(shù)通信距離較短,數(shù)據(jù)傳輸速率較低,不適合長距離大容量的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域,配電終端設(shè)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(dá)到性能要求;這些終端設(shè)備安裝位置分布于配電網(wǎng)絡(luò)各種設(shè)備處,比較分散,有線或無線網(wǎng)絡(luò)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(qū)域內(nèi)設(shè)置一個或幾個設(shè)備,與主站系統(tǒng)采用有線或無線公網(wǎng)通信,其它鄰近區(qū)域的設(shè)備,采用近距離的無線ZigBee技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò),通過該網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡镜哪康?,可以省去很多麻煩。因此,ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其它通信方式結(jié)合,可以發(fā)揮ZigBee技術(shù)在通信容量、通信時延、通信可靠性、能量損耗上的優(yōu)勢,應(yīng)用于配網(wǎng)自動化通信。

        下面提出的無線Zigbee通信網(wǎng)絡(luò),是基于Zigbee并采用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信無線網(wǎng)絡(luò),它是由大量的無線應(yīng)用節(jié)點、中繼節(jié)點和路由節(jié)點(光傳輸數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān))組成的分布式系統(tǒng)。無線應(yīng)用節(jié)點即配電網(wǎng)控制終端設(shè)備(FTU等),中繼節(jié)點也可以單獨設(shè)置,也可由某個控制終端分擔(dān),路由節(jié)點是一個無線Zigbee和光端機(jī)的結(jié)合體,起到一個路由作用。每個應(yīng)用節(jié)點成員都把數(shù)據(jù)傳給路由節(jié)點,傳輸途徑根據(jù)距離和網(wǎng)絡(luò)狀況,可能會通過中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā);數(shù)據(jù)在路由節(jié)點融合后傳給光傳輸設(shè)備。主站系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)與多個路由節(jié)點連接,路由節(jié)點和無線應(yīng)用節(jié)點之間通過Zigbee技術(shù)實現(xiàn)無線的信息交換,帶有射頻收發(fā)器的無線應(yīng)用節(jié)點負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)傳送給路由節(jié)點;主站系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息,實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。

        分布在通信網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點主要用于接收無線應(yīng)用節(jié)點的數(shù)據(jù)上報,并將其進(jìn)行融合處理,傳給光纖網(wǎng)絡(luò)再傳遞給主站系統(tǒng)。Zigbee路由節(jié)點在此網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)?shù)氖菬o線應(yīng)用節(jié)點和光纖網(wǎng)絡(luò)之間的路由。

        對于無線應(yīng)用節(jié)點,內(nèi)置的Zigbee模塊能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)檢測狀況,自動調(diào)整設(shè)備的發(fā)射功率,既能保證通信鏈路質(zhì)量,又能做到消耗能量最小,在網(wǎng)絡(luò)安全方面,對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息采用了密鑰長度為128位的加密處理。

        在配網(wǎng)自動化領(lǐng)域,許多場合采用基于GPRS/CDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò),從應(yīng)用角度而言,存在使用成本較高、數(shù)據(jù)傳輸需要付費、系統(tǒng)的運行成本高、網(wǎng)絡(luò)的自管理能力不高等缺點。Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)是無使用費、采用免費頻段、設(shè)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(wǎng)大量設(shè)備組成無線通信網(wǎng)絡(luò),在資金占用、運行維護(hù)方面具有較大優(yōu)勢。

        三、結(jié)語

        無線組網(wǎng)通信是當(dāng)今工業(yè)控制、計算機(jī)應(yīng)用等方面技術(shù)發(fā)展的一個熱點,在電力配網(wǎng)自動化方面,也是各廠家和電力用戶關(guān)注的熱點,如何構(gòu)建一個可維護(hù)性較高、具有高度安全性和成本低廉的通信網(wǎng)絡(luò),是配網(wǎng)自動化領(lǐng)域技術(shù)人員一直在尋求解決的課題。低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)Zigbee出線,以其高度集成化的軟、硬件架構(gòu)和產(chǎn)品特點,使電力設(shè)備廠家和電力局應(yīng)用人員更快、更方便地進(jìn)行最終產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用,相信會在電力配網(wǎng)通信方面發(fā)揮更大的作用。

        參 考 文 獻(xiàn)[1]李皓等,《給予Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用》,《信息技術(shù)》,2008(1)[2]博強.《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仰賴Zigbee》.《計算機(jī)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(tǒng)的實用設(shè)計》.《電工技術(shù)》,2004endprint

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