WSN技術(shù)在電力系統(tǒng)自動抄表中的應(yīng)用

一、當(dāng)前供電部門碰到的問題

隨著國家電網(wǎng)公司的兩網(wǎng)改造工作逐漸推進，“一戶一表，管電到戶”政策的貫徹，用電網(wǎng)絡(luò)急劇膨脹，抄表的工作量越來越大，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡(luò)的管理任務(wù)日益加劇。

如何把龐大且分散用戶的用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效而且準(zhǔn)確無誤地收集、統(tǒng)計及分析，成為供電企業(yè)一個迫切需要解決的問題。如何貫徹國家新能源政策，為下一步對居民用戶進行峰、平、谷計價作好準(zhǔn)備工作，需要管理部門完善抄表過程中的自動化水平。

目前自動抄表系統(tǒng)中，遠距離傳輸借用現(xiàn)有的各種通訊網(wǎng)絡(luò)，如PSTN、Internet、GPRS/CDMA或電力企業(yè)自身的光纖以太網(wǎng)等，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而技術(shù)瓶頸正在于所謂的“最后一公里”。

二、當(dāng)前解決問題的方案及存在的困難

1、人工抄表

存在的問題：工作量大，效率低，而且由人工抄表所帶來的漏抄、誤抄、估抄，甚至抄表人員同用電戶合伙作弊，給供電企業(yè)帶來不可估量的損失。

2、低壓載波在自動化抄表的應(yīng)用

存在的困難：低壓電力載波的自動抄表，因國內(nèi)低壓電網(wǎng)噪音污染大、負(fù)載多變，尤其是變頻電器和中小功率電機，對電網(wǎng)負(fù)荷的影響，直接影響到通信可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率及實時性。

3、點對點、點對多點的無線自動抄表（如無線掌機和無線抄表車）存在的困難：在工作效率及數(shù)據(jù)實時性方面尚不能滿足供電部門的實際需要，而數(shù)據(jù)的實時性是計算線損的重要依據(jù)。

以上存在的困難，主要體現(xiàn)在如何解決“最后一公里”自動化抄表的問題上，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，最新的WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))技術(shù)通過在北京順義區(qū)（三萬戶）的應(yīng)用很好解決上述困難。

三、WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))技術(shù)簡介

1、基本概念

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，wireless sensor networks)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對像的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成，每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發(fā)器)和供電模塊(電池、DC/AC能量轉(zhuǎn)換器)等組成。

2、WSN的優(yōu)勢

2.1、節(jié)點硬件成本低。

WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限，網(wǎng)絡(luò)在有限計算能力的條件下進行協(xié)作分布式信息處理。所以就單個節(jié)點而言，硬件成本是較低的。

2.2、對等網(wǎng)絡(luò)多冗余高可靠性。

WSN沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗毀性。

2.3、自組織。

網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。

2.4、多跳（Multi-hop）路由。

WSN節(jié)點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的。

2.5、動態(tài)拓?fù)洹?br />
WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。

四、基于WSN技術(shù)的電力系統(tǒng)自動抄表解決方案

通過對自動抄表系統(tǒng)的實際需求分析，結(jié)合WSN技術(shù)特點和優(yōu)勢，認(rèn)為采用WSN技術(shù)來實現(xiàn)“最后一公里”自動抄表是一個非常理想的解決方案?；赪SN技術(shù)的自動抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

　　WSN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)自動抄表售電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1、方案具體介紹

1.1、將分布較為集中的電力用戶（自然村、居民小區(qū)、街道小商業(yè)用戶、配網(wǎng)線路等）按地理區(qū)域分區(qū)，并且在用戶電子式電能表上安裝內(nèi)置式或外置式WSN無線模塊（有條件可幾塊表共用一個無線模塊），使每個分區(qū)的電能表組成一個WSN網(wǎng)絡(luò)。

1.2、通過電能量采集器與分區(qū)WSN網(wǎng)絡(luò)所有電能表進行無線通訊，讀取電能表的電量信息及電費、費率、費率時段等信息；每個分區(qū)可以使用不同的信道，以避免同頻干擾。

1.3、電能量采集器再通過成熟的GPRS/CDMA等方式上傳到主站電量管理系統(tǒng)。

1.4、手持式售電終端、供電所臺式售電終端和銀行的售電系統(tǒng)，經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)連接到主站電量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，進行遠程售電；售電后的用戶電量信息，通過電能量采集器和WSN網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到各自的用戶電能表中。

　2、解決方案的優(yōu)勢：

2.1、低成本。

WSN無線網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)百塊電能表連接在一起，只使用一臺采集器就可以完成與主站的通訊，大大節(jié)省了價格較高的采集器的使用數(shù)量，也節(jié)省了GPRS/CDMA的運行費用。

2.2、高可靠性。

WSN無線網(wǎng)絡(luò)具備自組織自愈能力，增加和刪除節(jié)點、節(jié)點位置變化、節(jié)點發(fā)生故障等，都對網(wǎng)絡(luò)沒有影響，無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)仍可正常運行。

2.3、安全性。

從WSN無線網(wǎng)絡(luò)、電能量采集器、到GPRS等公網(wǎng)，提供了從電表到計費工作站的一個透明通道，電量數(shù)據(jù)及電費信息，在電能表、售電終端和計費軟件之間加密傳輸，密鑰組由供電局管理，保證了電量及電費數(shù)據(jù)的安全性。

2.4、先進性。

WSN技術(shù)被譽為新世紀(jì)的四大高新技術(shù)之一，而在居民自動抄表系統(tǒng)中，多跳自動路由技術(shù)的采用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢和行業(yè)共識。

2.5、實用性

WSN無線網(wǎng)絡(luò)自動抄表方案，既實現(xiàn)了用電預(yù)付費，又使供電企業(yè)能夠獲得電能量使用的實時數(shù)據(jù)，為實施峰谷計價做好技術(shù)準(zhǔn)備，并為供電企業(yè)完善需求側(cè)管理系統(tǒng)打下堅實基礎(chǔ)。

五、基于WSN的無線抄表方案的實用案例

在北京市順義區(qū)，上述方案從2006年開始實施，至今已達到十多萬戶的應(yīng)用規(guī)模，并且仍在快速增加。在經(jīng)過換表改造的村鎮(zhèn)，居民可以在銀行、供電所及村里的臨時售電點購電，而購電數(shù)據(jù)并不是寫入IC卡，需要插入電表才能讀出，而是經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)實時寫入用戶電表，既實現(xiàn)預(yù)付費，又方便了居民使用。而局里可以及時準(zhǔn)確的獲得電能表數(shù)據(jù)，便于線損統(tǒng)計分析，完善了需求側(cè)管理系統(tǒng)。