不同的國家由于發(fā)展程度和實際建設的情況不同，對于智能電網(wǎng)的解讀和發(fā)展方向也不盡相同。在我國，國家電網(wǎng)對智能電網(wǎng)的定義為：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網(wǎng)。所以，在電網(wǎng)中引入數(shù)據(jù)穩(wěn)定、健壯性好、抗干擾能力強以及自身功耗低的信息傳輸技術(shù)極大符合我國智能電網(wǎng)的發(fā)展目標。ZigBee技術(shù)，因其超低功耗、抗干擾和網(wǎng)絡的健壯性等優(yōu)點，注定將在無線傳感器領域發(fā)揮巨大的作用。

1智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)，即電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2．0”，是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。

智能電網(wǎng)的重要目標是實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全，電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標，就可以稱其為智能電網(wǎng)。

參數(shù)量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進的參數(shù)量測技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。未來的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶進行雙向通信的智能固態(tài)表計。基于微處理器的智能表計將有更多的功能，除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲存、分析和處理各種數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務所用。

先進的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預測狀態(tài)并確定和采取適當?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個電網(wǎng)的有功和無功。另外，先進控制技術(shù)支持市場報價技術(shù)以提高資產(chǎn)的管理水平。未來先進控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進預設的專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動的控制行動。這樣所執(zhí)行的行動將在秒一級水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。

而以上智能電網(wǎng)信息技術(shù)的應用，首先是需要有穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈路的傳輸技術(shù)來保證各點測試數(shù)據(jù)的獲取和控制信息的可靠到達。為無線工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡量身定做的ZigBee技術(shù)正是這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋ＷC。

2ZigBee技術(shù)的特點

ZigBee是一組基于IEEE批準通過的802．15．4無線標準研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)標準。它不僅只是802．15-．4的名字，IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設備的基本節(jié)點的4KB或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32KB。每個協(xié)調(diào)器可連接多達255個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網(wǎng)絡的遠距離傳輸不會被其他節(jié)點獲得。

完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡層以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，IEEE80-2．15．4負責物理層和鏈路層標準。ZigBee協(xié)議棧的構(gòu)架如圖1所示。

ZigBee的特點突出，主要有以下幾個方面：

(1)低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個ZigBee節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的相比于其他通信方式的突出優(yōu)勢。

(2)抗干擾能力強。通過工作在2．4GHz頻段下的跳頻工作方式，使ZigBee技術(shù)在現(xiàn)階段成為工業(yè)控制領域抗干擾能力最強的通信手段之一。能夠在十分惡劣環(huán)境下保證通信暢通，并且能夠應對現(xiàn)場較強輻射的電磁干擾。

(3)網(wǎng)絡健壯性好。ZigBee技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無線自組網(wǎng)，采用平面路由或樹狀路由等算法，可以實現(xiàn)主動路由策略，即使網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改變，也可以在無需人工干預的條件下實現(xiàn)設備自動完成網(wǎng)絡拓撲，自動接入，并且與遠端數(shù)據(jù)中心進行通信，真正實現(xiàn)即插即用。

(4)傳輸距離較近。傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1～3km，這指的是相鄰節(jié)點間的距離。通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以延伸至無限遠處。

(5)短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms，進一步節(jié)省了電能。

(6)高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。如果配合數(shù)據(jù)服務器，節(jié)點數(shù)目將不受使用限制。

(7)高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接人控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AESl28)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

(8)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段，2．4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。

ZigBee典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)。根據(jù)設想，它的應用目標主要是：工業(yè)控制(如自動控制設備、無線傳感器網(wǎng)絡)，醫(yī)護(如監(jiān)視和傳感)，家庭智能控制(如照明、水電氣計量及報警)，消費類電子設備的遙控裝置、PC外設的無線連接等領域。

由ZigBee設備組成的智能電網(wǎng)測控網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)建堅強、自愈、兼容、經(jīng)濟、集成、優(yōu)化的特點。下面，以ZigBee在電能質(zhì)量檢測與控制網(wǎng)絡應用為例，說明ZigBee設備在智能電網(wǎng)中的應用。

3網(wǎng)絡原理及硬件組成

3．1ZigBee實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測的網(wǎng)絡組成

ZigBee電能質(zhì)量檢測網(wǎng)絡由許多個小型的節(jié)點構(gòu)成。以這些工作節(jié)點為依托，通過無線通信組成各種網(wǎng)絡托普結(jié)構(gòu)。為降低成本，系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點，從組網(wǎng)通信上看，它們只是其功能的一個子集，稱為RFD(精簡功能設備)，這種設備不具有路由的功能；另外還有一些節(jié)點負責與控制的子節(jié)點通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱為FFD(全功能設備或協(xié)調(diào)器)。圖2示出了一個ZigBee設備在智能電網(wǎng)中建立采集控制網(wǎng)絡應用的拓撲示意圖。