隨著國民經濟的發展，電能資源在人類社會中的地位越來越重要。為了獲得更安全、更可靠、更經濟的電能，智能電網的概念應運而生。
智能電網是近年發展起來的一種電能供應結構形式。它通過信息感知、信息分析、預測推演、指令執行形成完整的信息流與能量流的協調控制，可以有效地保證供電的安全性、可靠性、經濟性、電能質量、環保約束，并可以通過相關的信息管理系統實現與用戶的互動和增值服務，是實現大規模、高密度、強動態的電能傳輸與分配的新型方式。
當前世界，能源短缺危機日益嚴重、電力系統規模持續增長、氣候環境變化加劇，這使得智能電網技術越來越受到各國的重視。我國也在政府、高校研究機構和企業的共同參與下，對智能電網的技術問題、技術難點和技術路線開展了深人的研究，將發展智能電網視為關系到國家安全、經濟發展和環境保護的重要舉措。
簡單地說，智能電網就是將先進的傳感測量技術、信息技術、通信技術、計算機技術、自動控制技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網。它具有提高能源效率、減小對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少電網的電能損耗、實現與用戶間互動和為用戶提供增值服務等優點。
智能電網實現其功能的基本環節主要有兩個：一個是電能高效、精確地轉換；另一個是對電能的有效控制。而要實現這兩個功能，就需要智能電網集中體現堅強、自愈、兼容、經濟、集成、優化等基本特征，因此一個完善的監控系統就成為了智能電網實現其基本特征的有效保證。
本文在研究智能電網相關技術的基礎上，提出了利用Zigbee數傳技術構建局部智能電網監控系統的設計思路，可以有效地實現局部電力系統的數字化控制，為智能電網的進一步發展打下良好的基礎。
1 Zigbee技術概述與分析
Zigbee數傳技術是一種最新的無線通信方式，具有低功耗、低成本、時延短、網絡容量大、可靠、安全等基本特點。隨著技術本身的不斷完善，它已經成為了當今最先進的數字化無線技術。
Zigbee是一個由若干個Zigbee無線模塊組成的無線數傳網絡平臺，最大Zigbee無線模塊數可以增加至65 000個。每一個Zigbee無線模塊都可以看作是一個移動網絡中的一個基站，功能也和基站類似。由這些模塊構成了網絡整體，支持模點之間的相互通信。單獨一個Zigbee無線模塊的傳輸距離并不大，大約在100 -200m的范圍內。但是，作為一種新型的無線通信技術，zigbee網絡可以將各種不同結構的Zigbee數傳模塊連接起來，擴展后的網絡范圍可達幾百米，甚至幾公里；同時整個Zigbee網絡還可以與現有的其它各種通信網絡互聯。
Zigbee網絡所遵循的無線網絡協議是國際標準的七層開放式系統互聯(OSI)模型。但是與OSI不太相同的是，Zigbee無線網絡協議在ISO的基礎上進行了擴充，主要的擴充為：IEE802．15．4標準定義了最下面的兩層：物理層(PHY)和介質接人控制子層(MAC)。Zigbee聯盟提供了網絡層和應用層(APL)框架的設計。其中應用層的框架包括了應用支持子層(APS)、ZigBee設備對象(ZDO)和由制造商制訂的應用對象。具體結構如圖1所示。
圖1 Zigbee無線網絡協議結構圖
Zigbee數傳網絡主要分網狀、星形、簇樹形結構。其中，最主要的是網狀結構，每一個ZigBee無線模塊可以作為一個節點，同時可以支持31個傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備都可以有8種不同的接口方式，可以采集和傳輸數字量和模擬量。
ZigBee技術的目標是針對工農業自動化控制過程，可以在有效的區域內全面實現對被控對象的遙測、遙控等，是一種理想的近距離無線通信技術。
2 基于Zigbee技術的智能電網監控系統設計
智能電網的監控系統所實現的功能主要是對電網節點的電壓、電流、節點內主要設備的各項運行參數等信息進行監控。由于主要設備對象不同，所監控的側重點也不同，但不管是哪種類型的設備節結，ZigBee無線監控網絡所采用的節點組成結構基本都是相同的，主要都是由電源、ZigBee數據采集單元、數據處理單元、數據的收發單元構成，具體結構如圖2所示。
圖2 監控網絡節點框圖
電源模塊由外部穩壓模塊、供電模式切換模塊、電池充電模塊、DC-DC模塊組成。主要的功能是為節點內的主要設備進行供電。電源模塊對設備供電有兩種模式：一種是電源供電模式，一種是電池供電模式。在外部電源供電良好時采用電源供電模式，當外部電源的供電受阻時，采用電池供電模式。ZigBee數據采集單元包含了采集各設備電壓、電流、溫度、濕度等參數的傳感器，主要的功能是對節點設備的運行參數進行實時的采集。數據處理單元利用嵌入式微處理器芯片，嵌入式操作系統和相應的數據庫對收集來的數據進行信息處理，同時還要依據上位機所下達的指令，指揮執行機構進行設備運行的調整。
本系統的微處理器芯片采用TI出品的CC2530。該芯片具有先進Zigbee協議棧，具有256 kB可編程閃存和8KRAM，還包含模擬數字轉換器(ADC)、幾個定時器、AESl28協同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程IO引腳。在接收和發射模式下，電流損耗分別低于24和29 mA。同時CC2530具有從休眠到工作狀態切換時間超短的基本特性。數據傳輸單元主要功能是接收Zigbee數據采集終端的數據信號，通過串口將數據發送監控顯示終端；還可以接收來自監控顯示終端的指令，控制Zigbee數傳模塊終端的狀態(睡眠／喚醒)，圖3為數據傳輸單元的軟件程序流程圖。
圖3 數據傳輸單元程序流程圖
3 總結
Zigbee數傳技術是目前最活躍的一種無線通信技術，它不僅具有技術上的優勢，同時還得到了IEEE國際標準化組織的認可，從而極大地激發了它在各個領域的應用。將Zigbee數傳采集技術引入智能電網的建設當中，有利于實現智能電網的無線通訊功能，有利于有效掌握電網各個環節的重要運行參數，為推動智能電網的進一步發展提供了重要的技術手段。