基于zigbee无线传感网络在变电站监测系统中的应用

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1、第31卷第1期华北水利水电学院学报V01．31No．12010年2月JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerFeb．201O文章编号：1002—5634(2010)O1—0053—04基于ZigBee无线传感网络在变电站监测系统中的应用高庆敏，和欢，石瑞杰(1．华北水利水电学院，河南郑州450011；2．三门峡供电公司，河南三门峡472000)摘要：为实现变电站监测系统无人化及无线化的目的，论证了ZigBe

2、e技术在变电站自动化通信中应用的可行性，介绍了ZigBee技术及其特点，分析了ZigBee无线通信协议，并根据变电站自动化系统的分层结构，提出了基于ZigBee无线自组网技术的变电站监测系统，设计了适用于变电站数据通信的ZigBee模块．该设计提高了变电站监测系统的安全性和可靠性，具有较好应用前景．关键词：ZigBee；无线网络；CC2430；监测系统中图分类号：TM764；TP274．2文献标识码：A变电所自动化是电力系统自动化的一个重要组义了3种拓扑结构：星型结构、网状结构和簇树状结成部分，它是

3、将变电所的二次设备(包括测量仪表、构，如图2所示．在网络中依照处理能力大小分为精信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过简功能设备(RFD，ReducedFunctionDevice)，、全●●●●功●L，rJ●J功能组合和优化设计综合为一体，利用先进的计算能设备(FFD，FullFunctionDevice)和终端设备旺、●●●●●●●，●，／机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，(ED，EndDevice)．实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动监户肋I芝f视、测量、自动控制和

4、微机保护，以及调度通信等综联盟合性的自动化功能⋯．其中，变电站通信在变电站自动化中具有重要作用；然而，现有的变电站通信多是通过有线网络进行信号的采集、传输和发送，且变电站设备繁多，信号复杂，存在综合布线难、工程量大，成本高、维护困难等弊端．针对现有变电站设备配电参数在线检测方式的不足，笔者提出了基于ZigBee无线自组网技术的变电站监测系统．1ZigBee技术简介ZigBee无线网络技术是一种新兴的短距离、戆荤备低速率、具有自组织功能的Ad—hoe无线网络技术，图2ZigBee网络拓扑结构它依据IE

5、EE802．15．4．IEEE802．15．4是IEEE无线个人区域网(PAN，PersonaAreaNetwork)工组的一2ZigBee技术应用于变电站监测系统项标准．ZigBee联盟提供了上层协议栈，包括网的可行性络层、安全层和应用层，其结构如图1所示．协议定a．通信可靠性．采用碰撞避免机制，避免了发送收稿日期：2009—10—20作者简介：高庆敏(1952一)，男，河南南阳人，教授，主要从事智能建筑电气信息系统方面的研究54华北水利水电学院学报2010年2月数据时的竞争和冲突，网络具有自组织

6、性和自愈能ISM波段对低成本、低功耗的应用要求．力．采用AES一128加密法，保证数据不会被“盗听”3．2终端节点和路由器节点或“误判”，因此通信可靠．ZigBee终端节点结构和功能最简单，主要由b．实时性．ZigBee无线通信网络新增节点的典RFD承担，由以下4部分组成：①数据采集模块，由型网络参与时间为30ms，节点从休眠状态激活进传感器和A／D转换器组成，负责采集数据和模数转入工作状态的典型时延为15ms，处于工作状态的换；②数据处理模块(优化的8051)和存储器组成，节点的典型存取时间15m

7、s，对于最长等待时间在负责节点的处理计算和控制、数据采集及存储；③无10ms量级以上的控制环境，ZigBee技术完全可以线射频通信模块，由CC2430组成，负责无线通信数满足实时性的要求．据的发送和接收；④电源模块．由于电力系统变电站e．抗干扰性．采用2．4GHz的无线收发器，利用是一个存在高压和大电流的环境，人员不能频繁出直接序列扩频技术，通过正交相移键控调制方法来入，且无人值守，因此降低终端节点的能耗至关重实现．这样不仅隐蔽性好，抗干扰性强，而且_T作频要．为了降低功耗，可设置芯片的工作模式，在

8、平时段灵活，可以调高通信速率．状态下，节点处于休眠模式，射频芯片的收发器处于由上分析知，ZigBee通信技术符合变电站自动关闭状态，当有命令要求时，跳到活动模式，电路内化对通信技术的要求，具有可行性．部电路才处于供电状态，这样大大降低射频芯片的功耗，从而延长节点的工作时间．3系统设计路由器节点主要完成区域内数据的采集和融整个系统由若干无线传感器网络终端节点、路合，由FFD承担，由处理器CC2430模块、时钟模块、由器节点和网络协调器、无线数传终端、监控机和报天线模块、