相對于電力微波通信網、電力DDN數字數據和公網等遠程通訊技術相比，電網數字化需要“就地”獲取信息，并快速作出反應，同時需要和遠程通訊技術配合。ZigBee無線自組網技術針對電力系統監(jiān)測、控制的需求，在通信容量、通信時延、通信可靠性、能量損耗上正是這樣一項滿足電力SCADA需求的技術。ZigBee技術首先被應用在數字化變電站和電網監(jiān)控上。本文僅就配網和變電站數字化為例介紹ZigBee組網技術在電力SCADA中的應用，電網監(jiān)控請參見筆者其他論文。

ZigBee技術在智能電網中的應用得益于近年來配網和變電站本身技術的發(fā)展提供的有利條件：

■ 數據采集數字化：光電互感器的應用改變了監(jiān)控系統的結構。

■ 系統結構分散化：從集中控制、功能分散逐步向戶外型、分散型網絡發(fā)展。

■ 系統建模標準化：IEC 61850確立了電力系統的建模標準。

■ 系統分層分布化：通信技術分層獨立，為采用新興通信技術提供方便。

IEC 61850明確地將變電站系統分成3層：變電站層、間隔層和過程層。介于變電站層與過程層之間的間隔層智能電子設備（IED），圍繞保護、測量、計量、參數設置等功能與上下層設備交換信息，向上主動傳送報告記錄、故障啟動/動作、變位、模擬信號量、錄波數據等報文，接收上層發(fā)出的各種控制塊的參數設置（例如日志控制、報告控制、GOOSE、GSSE等設置）、開斷開關或斷路器的控制指令、查詢記錄（或召喚）、對時等操作請求;向同一個間隔單元或者不同間隔單元的IED發(fā)出互鎖、報警、故障等信號，進行分布式功能的服務調用;向下接收過程層合并單元傳來的周期性實時模擬信號，將主站控制操作斷路器的命令下傳給智能斷路器控制器，能對合并單元的采樣值控制塊設置采樣值周期、傳輸方式等參數，以改變傳輸質量（見圖1）。

1：間隔層IED功能模型

2：微機閉鎖示意圖

數字化變電站智能電子設備（IED）應用ZigBee技術是電力SCADA發(fā)展趨勢之一，其中五防閉鎖裝置是電力安全生產的重要設備（IED）。隨著電網的不斷發(fā)展，技術的不斷更新，防誤裝置得到不斷改進和完善。防誤裝置的設計原則是：凡有可能引起誤操作的高壓電氣設備，均應裝設防誤裝置和相應的防誤電氣閉鎖回路。

電網中的五防是指：

■ 防止誤分、合斷路器。

■ 防止帶負荷分、合隔離開關。

■ 防止帶電掛（合）接地線（接地開關）

■ 防止帶接地線（接地開關）合斷路器（隔離開關）

■ 防止誤入帶電間隔。

80年代中期，計算機技術進入了防誤閉鎖領域，其裝置統稱為“微機閉鎖裝置”，二十年來，經過了幾代技術的發(fā)展變遷，已成為既成熟又實用的一個技術分支。就微機五防產品而言，雖然各廠家的產品各有其特色，但基本原理和采用的技術手段大致相同，裝置主要由PC機、智能模擬屏、工控機、電腦鑰匙和各種鎖具組成。 通過在PC機或智能模擬屏上模擬預演，由系統內預先存儲的邏輯規(guī)則和狀態(tài)對每步預演進行判斷，并通過串行接口通訊將操作步驟輸入電腦鑰匙中，然后用電腦鑰匙打開裝于現場相應設備上的編碼鎖，然后進行倒閘操作。

微機閉鎖經過十幾年來不斷的完善和發(fā)展，已開始在電力系統大面積推廣應用，其綜合指標相比其它防誤閉鎖裝置具有不可比擬的優(yōu)越性。特別是閉鎖全面、操作方便、維護簡單、性能可靠、造價相對較低受到電力系統的肯定。但是：實際上其自身還有很多不足，比如：

■ 離線操作模式的安全隱患問題;

■ 系統造價偏高，使微機防誤閉鎖無法向廣度發(fā)展的問題;

所謂“離線” 操作模式，是指在操作過程中電腦鑰匙與主控系統之間沒有通訊聯系，此種模式下電腦鑰匙只能順序執(zhí)行預存的操作票。由于離線模式而導致微機防誤裝置失去防護效果，發(fā)生誤操作事故的例子很多，比如某電廠對一條熱備用線路轉停電檢修操作時，在運行人員前往現場操作的過程中由于二次的原因斷路器重合，而運行人員未能及時接到通知，仍然用電腦鑰匙按預存的操作票打開線路側刀閘的防誤鎖具，然后拉開刀閘，造成一起帶負荷拉刀閘事故。某變電站執(zhí)行某線路停電檢修操作時，運行人員持電腦鑰匙接通電氣鎖回路并斷開斷路器，然后用電腦鑰匙打開線路側刀閘的防誤鎖具，拉開刀閘，卻造成一起帶負荷拉刀閘事故，事后分析原因是由于斷路器的觸頭沒有完全脫開造成的。此外，在綜自站遇到代路、導母等操作時，運行人員遇到監(jiān)控操作則必須返回主控室才能確認操作步驟，導致操作人員多次往返奔波于主控室和現場之間，增加了人員的負擔，也降低了操作效率。以上種種問題，在“離線”模式的微機防誤閉鎖裝置中是無法解決的。

采用ZigBee無線自組織網絡技術，實現了微機防誤閉鎖系統的電腦鑰匙與主控設備之間的無線信息同步，同時運用網絡中心拓撲技術，成功解決強電磁干擾環(huán)境中無線信息發(fā)送及接收的穩(wěn)定性和成功率等關鍵問題，并成功降低了發(fā)射功率，確保產品在變電站干擾敏感區(qū)的安全使用。

特色和創(chuàng)新之處在于：

■ 在不大幅提高產品造價的前提下，徹底解決了現有微機防誤閉鎖裝置中普遍存在的離線操作存在安全隱患的問題;

■ 填補了“多組同一任務并行操作”的空白，使系統具有了真正意義上的并行操作功能。

■ 無線電腦鑰匙在變電站無線網絡覆蓋的任何區(qū)域都可以輕松完成自學、接票、操作和回傳等，無需像以往的五防模式運行人員來回跑上跑下進行操作。

■ 實時在線，實時防誤：五防主機顯示的一次設備狀態(tài)是實時的，和現場設備的實際狀態(tài)保持一致。在操作的過程中，五防主機始終進行實時邏輯判斷，判斷在操作過程中的任何時刻操作是否還滿足五防邏輯，起到了真正實時有效的防誤目的。

綜述

基于可靠ZigBee組網技術的電力SCADA的應用具有如下特點：

■ 擁有無線組網的核心技術專利;

■ 符合國際和國內標準;

■ 批量使用后，比現有系統更高的性價比;

■ 安裝維護極其方便，可以和現有系統無縫對接。

在電力SCADA從微機控制向綜合智能化控制發(fā)展過程中，主要表現為電氣設備的小型化、機電一體化，以及控制與保護的整體化，將控制、保護系統與一次設備就近安裝在一起，向著智能型裝置發(fā)展。高度綜合化和智能化的應用將日益加快，優(yōu)點顯而易見，如緊湊的設計降低了空間要求;標準化、模塊化的技術使保護、控制易于實現最優(yōu)協調;功能自由的設置使之更具靈活性;優(yōu)化測點可以降低成本和盡可能消除數據的不一致性;增強了的抗干擾能力，提高了SCADA（數據采集和控制）的準確性。把低成本、低功耗的無線ZigBee技術應用于電力SCADA，不但滿足了數字化電網就地獲取信息、快速作出反應、和遠程通訊技術配合的要求，同時還提高了系統應用的靈活性。