基于ZigBee技术的电能质量监测系统设计.pdf

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1、第8期总第２30期农业科技与装备Ｎｏ．8ＴｏｔａｌＮｏ．２30２０１3年8月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔAug．２０１3基于ZigBee技术的电能质量监测系统设计焦宇恩（沈阳供电公司，沈阳110003）摘要：针对现有电网电能质量监测仪存在的问题，设计一种基于ZigBee无线通信技术的电能质量监测系统。介绍监测节点与路由节点的设计方案，探讨监控中心系统的软、硬件架构和基于ZigBee技术的WSN组网方案与算法。试运行结果表明，该系统能够对电网中各监测点

2、进行远程电能质量监测，为电网的优化运行提供依据。关键词：无线传感网络；电能质量；监测系统；ZigBee中图分类号：TM76文献标识码：Ａ文章编号：1674-1161(2013)０8-0043-02在电力系统运行中，用户用电设备由于采用了大丛网络结构的能力，ZigBee设备实际上具有无线网路量电力电子技术进行整流、变流、调压、调功、自动控自愈能力，能简单地覆盖广阔围。8）有效范围小。有制等而导致电流波形畸变严重，这些谐波电流流入公效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大用电网会造成电网公害，严重影

3、响电能质量，干扰电小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通网正常运行。因此，建立一套严密有效的电能质量监的家庭或办公室环境。9）工作频段灵活。使用的频段测系统，实现用户电能质量的实时监督和管理，对于分别为2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）及915MHz保证电网的安全运行具有重要意义。无线传感网络的（美国），均为免执照频段。出现，解决了有线网络存在的问题，具有很大的灵活2监测节点与路由节点设计性，只需在电力监测区域合理放置无线传感器节点，监测节点的功能是完成电力参数的采集，并对电即可监测电力运

4、行状态，省去了布线环节，节约了大力参数进行去噪及融合处理，将数据基于ZigBee技量的成本和精力。本文在研究无线传感网络的基础术发送到本地监控中心，并根据本地监控中心发送的上，提出一种基于ZigBee技术的电能质量监测方案。命令设置相应的工作模式。为了提高节点电路的可靠1Zigbee技术简介性、降低节点电路设计的成本，同时鉴于CC2530内ZigBee是建立在802.15.4标准之上的一种协议，部集成了增强型51微控制器、8路14bitA/D转换是IEEE无线个人区域网（PersonalAreaNetwo

5、rk，器、128kb可编程闪存和8kb的RAM，设计时以PAN）工作组的一项标准。其特点为：1）数据传输速CC2530为中心，辅助简单外围电路来完成监测节点率低。只有10～250kb/s，专注于低传输应用。2）功耗的设计（如图1所示）。低。在低耗电待机模式下，2节普通5号干电池可使用6个月至2a，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。3）成本低。由于Zigbee数据传输速率低、协议简单，所以大大降低了成本，且Zigbee协议免收专利费。4）时延短。通常时延在15～30ms。5）安全。Zigbee提供了数据完整

6、性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性。6）网络容量大。每个Zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备图1监测节点电路设计Figure1Designofmonitoringnodecircuit相连接。7）网络拓扑能力优良。ZigBee具有星、树和监测节点以每个工频周期采样256个点的采样周期，不间断地对监测点的电力参数进行采集。通过收稿日期：2013-07-11二次互感器电路及模拟量调理电路，感应电网中的三作者简介：焦宇

7、恩（1972—），男，工程师，从事电力企业安全监察管理工作。相电压、电流信号，利用CC2530自带的A/D转换器，44农业科技与装备２０１3年8月完成模拟量到数字量的变换，将ZigBee协议栈及监测节点的应用程序存储在128kbFlash中，计算时的临时数据存储在8kb的RAM中。监测节点采用接触式测量被监测点的电力参数，整个装置安装在重要电力设备附近。监测节点的电源模块主要基于电磁感应原理，采用在电力设备电源进线端套接取能线圈的方式，将导线电磁能量转换到二次侧取电能，并通过整流滤波、保护等环节实现隔离式

8、供电，解决了SWN节点能量有限的问题。路由节点仅需实现数据的无线发射与接收，相对于监测节点而言，硬件上没有模拟量采集与变换电路，供电方式上采用电池供电。图2监控中心电路设计Figure2Designofthemonitoringcentercircuit3监控中心设计监控中心包括本地监控中心和远程监控中心。本地监控中心的数据，通过串口与PC机连接。借助于地监控中心接收WSNs中所有节点的数据，通过小波上位机软件的应用，在PC机