[發明專利]基于Zigbee網絡通信的饋線分段保護系統

在審

• 申請號: 201710428728.8
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107809105A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 紀鳳坤;張陽;王偉;胡志云;付林;周紅蓮;薛靜杰;張勇;陳立志
• 申請（專利權）人: 國網新疆電力公司經濟技術研究院;國網山東電力公司淄博供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 馮燕云

技術領域

本發明涉及配電網保護技術領域，具體地，涉及一種基于Zigbee網絡通信的饋線分段保護系統。

背景技術

(1)傳統的配電網保護方式

三段式保護一般適用于線路較短，電網結構比較簡單的饋電線路。如果線路較長，在線路末端的短路電流和將遠小于首端的短路電路，甚至是接近線路上的最大負荷電流的。電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護都是由于電流升高超過啟動電流而動作的電流，速斷保護按照躲過本線路末端最大短路電流來整定，限時電流速斷保護動作電流按照躲過下一級線路相鄰的電流速斷保護來整定，而定時限過電流保護是按照躲過本線路最大負荷電流來整定的的。各個保護之間配合比較復雜，計算繁瑣；而且系統的短路電流受其運行方式影響很大，保護的動作電流整定值就會偏離實際值，造成保護的誤動或者拒動。

隨著供電負荷的發展，配電網的結構越來越復雜，供電線路越來越長，母線上的分支線越來越多，保護整定值計算會越來越繁瑣，要保證保護的上下級配合越來越困難。傳統保護下，很難保證在最小范圍內隔離故障，保證配電網線路的正常供電。

(2)傳統的電力系統保護通信方式

電力系統保護中比較常見的通信技術有兩種：配電線載波通信、GPRS通信。

1)配電線載波通信

它是將信號調制在高頻載波信號上，通過已建成的配電線進行傳輸。配電線載波通信的載波頻率一般為5～40kHz，對傳輸信息的調制可采用幅度調制、單邊帶調制、頻率調制或移頻鍵控等。配電線載波通信可以完全為電力公司控制，便于管理，可以連接主站需要監測的任何通信節點。但是，利用配電線載波通信組網時也存在以下技術問題：

1.隨著饋線上分段開關、聯絡開關和分支開關的動作，線路結構將變動，可能導致通信中斷，影響故障探測器之間的信號通信。

2.信號易受到線路負荷的影響，當線路負荷出現較大波動的時候，可能會嚴重影響信號的通信質量，甚至造成信號的衰減。

2)GPRS通信

通用分組無線服務技術(General Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務。由于GPRS通信是無線通信技術，不受線路運行情況的影響，且信號穩定，傳送距離較遠傳輸速度快，在高壓輸電線路和高壓變電站中有廣泛應用。但是，GPRS通信需要的通信設備較多，需要向移動公司交納通信費用，維護費用較高。配電網結構比較復雜，線路上需要檢測的故障點比較多，如果采用GPRS通信，會大幅增加電力公司運行管理成本。

ZigBee通信技術推出至今已經日趨成熟并在工業自動化中得到廣泛應用。但是，至今未有將ZigBee通信技術應用到電力系統保護中。這一方面是因為人們對配電網保護的重視不夠，堅持使用傳統的三段式保護，造成配電網故障率居高不下，停電事故頻發；另一方面ZigBee通信距離有限，不利于長距離輸電線路的保護信息通信，在高壓輸電網中多采用光纖通信。

然而，ZigBee通信非常適合在配電網保護中使用。

1.ZigBee通信傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加發射功率后，亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。配電線路一般較短，幾組裝有ZigBee通信模塊的故障探測器就可以監視線路全長。

2.ZigBee通信功耗較小，2節5號干電池可支持1個節點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優勢，且可以利用配電線路的電能進行充電，不影響電能質量。

3.低成本。通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4KB代碼，而且ZigBee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元。

4.短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi需要 3s。

5.高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000個節點的大網。

6.高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用訪問控制清單(Access Control List,ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。