CN201374587Y - 无线信息传输配电网自动化系统 - Google Patents

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彭明鸿
刘泽生
王飞
韩海舰
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涂汀
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Abstract

本实用新型涉及无线信息传输配电网自动化系统，包括配电自动化主站和配电监控终端；该系统设有基于Zigbee技术的无线配电自组网通信子系统，该子系统包括无线配电自组网协调器，无线配电自组网路由器，无线配电自组网终端和无线配电自组网网关。无线配电自组网网关，通过TCP/IP协议与无线配电自动化主站连接，通过SDH光纤专网或RS232/485接口与无线配电自组网协调器连接，将无线配电自组网中的数据通过协议转换，送入配电自动化主站；无线配电自组网终端和无线配电自组网路由器与所述配电监控终端连接。本实用新型采用独立私域网通信，具有健壮、可靠的无线自组网特性，通信安全，成本低廉，有效提高了数据的实时性，避免了公网故障的影响。

Description

无线信息传输配电网自动化系统
技术领域
本实用新型涉及配电自动化领域，更具体的说，是基于无线自组网络的配电自动化系统。该系统实现了以无线自组网的方式进行配电信息的组网传输。
背景技术
配电网自动化系统是供配电企业实现配电网的远方在线监控、配电网信息管理的自动化系统，包括配电网电能数据采集和配电设备监控，配电地理信息系统，负荷控制与管理及远方抄表与计费自动化等内容。其中，涉及大量的配电监控终端与配电主站之间的数据传输，因此，健壮、可靠的通信网络是配电网自动化系统稳定运行的基础。
传统的配电自动化系统主要以SDH光纤专网和GPRS/CDMA无线公网的方式作为通信方式。SDH光纤专网作为有线通信方式，布线及改线工程大、工程费用高，易受损、不可移动，灵活型差。传统无线公网方式(GPRS/CDMA)传输数据的实时性和安全性无法保障，并且需要定期向运营商(中国移动/中国联通)支付网络租赁费，使用费用高。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种安全、可靠、便利、价格适中的基于无线自组网络技术的配电网自动化系统。
本实用新型采用的技术方案：无线信息传输配电网自动化系统包括：配电自动化主站和配电监控终端；
所述配电自动化主站，主动发送控制指令给每个配电监控终端，并收集、管理来自所述配电监控终端的监测信息；
所述配电监控终端，采集配电网现场参数，并对各种配电网控制设备进行控制；
其特征在于该系统中设有基于Zigbee通信网络标准技术的无线配电自组网通信子系统，该子系统包括无线配电自组网协调器，无线配电自组网路由器，无线配电自组网终端和无线配电自组网网关；无线配电自组网网关，通过TCP/IP协议与无线配电自动化主站连接，通过SDH光纤专网或RS232/485接口与无线配电自组网协调器连接，将无线配电自组网中的数据通过协议转换，送入配电自动化主站；无线配电自组网终端和无线配电自组网路由器与所述配电监控终端连接，将配电监控终端采集的配电信息数据通过无线自组网进行传输或接收来自协调器节点或其他节点发送的数据，经过计算处理，转发至所述配电监控终端。
Zigbee是建立在IEEE 802.15.4协议上的一组通信网络标准，由“IEEE(美国电气和电子工程师协会)802委员会”与“zigbee Alliance(zigbee联盟)”共同制定。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
所述网络节点内部硬件结构包括主控CPU、Zigbee无线收发电路、状态指示电路、红外接口电路和RS232/485接口电路。
所述主控CPU采用基于ARM7内核的32位单片机LPC2292。
所述无线收发电路采用了基于Ember EM250芯片的Xbee Pro ZNET2.5模块。
上述无线配电自组网终端、无线配电自组网路由器与配电监控终端通过串口或RS485总线连接，从而使配电监控终端采集的配电信息进入自组网进行传输。传输方向，传输路径由无线配电自组网各节点自行组织、自主控制。无线配电自组网协调器接收到各节点传输的数据，将数据转发给与之连接的无线配电自组网网关，由网关将数据格式化后，送入配电自动化主站。
由配电自动化主站发送的控制信息数据，经过无线配电自组网网关的处理，通过无线配电自组网协调器送入无线配电自组网，传输至目标节点。
与现有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、基于无线自组网网络的网状网拓扑结构
本实用新型将最新的无线自组织网络技术与配电网自动化技术相结合，构建起无线自组网配电自动化系统，任何两个节点之间均可实现双向通信。与传统的专用SDH光纤配网通信系统相比，系统灵活性大大增强，系统安装、调试复杂度大大降低。与传统的GPRS/CDMA公网通信相比，属于独立私域网通信，无需公网基站中转，有效提高了数据的实时性，同时也避免了公网故障的影响。
2、健壮、可靠的无线自组网特性
本实用新型针对配电网自动化系统的需求，将无线自组织网络技术应用于配电自动化领域相结合，构建成无线自组网配电自动化系统。系统具有自发组网的特性，网络拓扑结构为动态结构，数据通过多跳方式逐级接力传送至目标节点，也即是，数据可通过多级路由器的转发传输至目标节点。当某一路由器节点发生故障，数据将会按照自组网协议，跳至另一有效路由器，继而逐级转发至目标节点。这种动态组网，逐级多跳的通信方式，为数据通信提供了多条有效传输路径，大大增强了通信可靠性和网络健壮性。
3、安全性
电力生产，涉及国计民生甚至国家安全，保障其数据安全性具有重要的意义。无线配电自组网通信子系统，支持128位AES密钥加密，其数据几乎无法被破解，大大保证了通信安全。
4、低廉的成本
本实用新型基于无线自组网技术，较传统的SDH光纤专网通信，免除了复杂的布线过程，安装成本大大降低。较传统的公网通信产品，二者价格目前基本持平，但无线配电自组网通信系统为一次性费用，而基于GPRS/CDMA的公网通信产品，每月均需支付网络租赁费，长期下来使用成本非常高。
附图说明
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型示意框图；
图2为本实用新型节点的内部硬件结构图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型由配电自动化主站1、配电监控终端3和无线配电自组网通信子系统2组成。配电网自动化主站1可以主动发送控制指令给每个配电监控终端，并收集来自配电监控终端的监测信息。并且，可以对信息数据进行集中管理，包括数据的存储、统计与分析。
配电监控终端，可实施采集配电网现场各种电压、电流、电能量、有功功率、无功功率等参数，并可对各种配电网控制设备如断路器、负荷开关等进行控制。
无线配电自组网通信子系统2包括无线配电自组网协调器22，无线配电自组网路由器23，无线配电自组网终端24和无线配电自组网网关21。无线配电自组网网关21，通过TCP/IP与配电自动化主站1连接，通过SDH光纤专网或RS232/485接口与无线配电自组网协调器22连接，将无线配电自组网中的数据通过协议转换，送入配电自动化主站1；无线配电自组网终端24和无线配电自组网路由器23与配电监控终端3连接，将配电监控终端3采集的配电信息数据通过无线自组网进行传输或接收来自协调器节点或其他节点发送的数据，经过计算处理，转发至配电监控终端3，实现对配电监控终端3的远程控制。图1中实线箭头表示有线连接，虚线箭头表示无线连接。
无线配电自组网终端24，将配电监控终端3采集的配电信息数据接入无线配电自组网，向无线配电自组网协调器22发送。若因距离太远，数据无法直接被协调器接收，则通过无线配电自组网路由器23转发，过程由无线自组网协议控制。
无线配电自组网路由器23，将配电监控终端采集的配电信息数据接入无线配电自组网，向无线配电自组网协调器22发送。若因距离太远，数据无法直接被协调器接收，则通过其他无线配电自组网路由器转发。同时，无线配电自组网路由器自身也起到转发其他节点数据的作用。
无线配电自组网协调器23，通电后即启动此独立的私域无线配电自组网络，按照软件预配置确定该网络的工作频率，网络ID号，为网络中其他节点分配网络地址，将AES加密密钥分配给网络中的每一个节点。当协调器接收到来自其他节点的数据时，将数据发送至无线配电自组网网关21。
无线配电自组网网关21，接收到协调器发送的数据后，对数据进行协议转换，按照电力专网通信格式将数据格式化，送入配电自动化主站1，由主站对数据进行存储、统计和分析处理。
配电自动化主站1向其配电监控终端等节点发送的数据，经由无线配电自组网网关21进行协议转换，通过无线配电自组网协调器22送入无线配电自组网通信系统2，基于无线自组网协议，按照前述方式，无线传输至目标节点，由目标节点(终端或路由器)接收数据后，发送至配电监控终端。
具体实施中，在半径不超过1.6km的同一局部区域内，可配置多达13个独立的无线配电自组网通信子系统，超出此区域，可继续配置更多的独立无线配电自组网通信子系统。每个子系统最大支持多达60000个网络节点，从而，搭建起一个覆盖面广，健壮性强的无线信息传输配电网自动化系统。
参见图2，网络节点内部硬件结构包括主控CPU 3、Zigbee无线收发电路4、状态指示电路5，红外接口电路6，RS232/485接口电路7，其中：
主控CPU采用基于ARM7内核的32位单片机LPC2292，它采用先进的RISC内核，提供丰富的IO，并具有很低的功耗。同时，具备IAP在应用编程功能，可以使用无线方式远程对控制程序进行升级，为节点的升级和维护提供了极大的方便。
无线收发电路采用了基于Ember EM250芯片的Xbee Pro ZNET2.5模块，内嵌完整的自组网协议栈以及丰富的配置接口，融合了符合IEEE 8.2.15.4标准的2.4G射频收发器。
虚线部分表示硬件可断开，即提供数据直接进入无线收发电路或经由主控CPU处理后进入无线收发电路两种方式。
红外接口电路提供了对节点的一个现场配置接口，运行使用红外手持设备对节点进行参数配置。
基于Zigbee技术的无线配电自组网通信子系统包括以下控制步骤：
1、无线收发电路将输入信号按照固定报文格式化，并经AES加密，通过直接序列扩频调制，然后按照无线自组网通信协议进行无线网络传输。在这一步骤中，输入信号为RS232串行信号，通过图2所示的接口电路转换为TTL电平信号。信号采用UART接口，协定波特率。
报文格式为：
  0x7E   2字节报文长度  1字节类型  N字节数据(包含目标地址)  1字节校验和
2、无线网络传输采取8bit数据方式传输，支持2种方式：主动发送与巡检被动发送，其中：
巡检被动发送：某节点向其发送查询要求，则按照要求发送数据。
主动发送：接收到新的采集数据，主动向目标节点发送。
3、传输过程中，各节点动态组网，动态路由，按照无线自组网协议，自主寻找最佳路径，将数据经过多级转发或直接传输至目标节点。
4、目标节点接收到数据后(通常目标节点为协调器)，将数据经过校验、解密后，将数据发送至无线配电自组网网关，由网关送至无线配电自动化主站。
5、寻找最佳路径，将数据经过多级转发或直接传输至目标节点。
6、目标节点接收到数据后(通常目标节点为协调器)，将数据经过校验、解密后，将数据发送至无线配电自组网网关，由网关送至无线配电自动化主站。

Claims (1)

1、无线信息传输配电网自动化系统，包括配电自动化主站和配电监控终端；其特征在于该系统中设有基于Zigbee技术的无线配电自组网通信子系统，该子系统包括无线配电自组网协调器，无线配电自组网路由器，无线配电自组网终端和无线配电自组网网关；无线配电自组网网关，通过TCP/IP协议与无线配电自动化主站连接，通过SDH光纤专网或RS232/485接口与无线配电自组网协调器连接，将无线配电自组网中的数据通过协议转换，送入配电自动化主站；无线配电自组网终端和无线配电自组网路由器与所述配电监控终端连接，将配电监控终端采集的配电信息数据通过无线自组网进行传输或接收来自协调器节点或其他节点发送的数据，经过计算处理，转发至所述配电监控终端。
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