一、 當前供電部門碰到的問題

隨著國家電網公司的兩網改造工作逐漸推進，“一戶一表，管電到戶”政策的貫徹，用電網絡急劇膨脹，抄表的工作量越來越大，使得供電企業對用電網絡的管理任務日益加劇。

如何把龐大且分散用戶的用電量及其它數據及時有效而且準確無誤地收集、統計及分析，成為供電企業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。

目前自動抄表系統中，遠距離傳輸借用現有的各種通訊網絡，如PSTN、Internet、GPRS/CDMA或電力企業自身的光纖以太網等，實現穩定可靠的數據傳輸，而技術瓶頸正在于所謂的“最后一公里”。

二、當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，給供電企業帶來不可估量的損失。

2、低壓載波在自動化抄表的應用

存在的困難：低壓電力載波的自動抄表，因國內低壓電網噪音污染大、負載多變，尤其是變頻電器和中小功率電機，對電網負荷的影響，直接影響到通信可靠性和數據傳輸速率及實時性。

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：在工作效率及數據實時性方面尚不能滿足供電部門的實際需要，而數據的實時性是計算線損的重要依據。

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

三、WSN(無線傳感器網絡)技術簡介

1、基本概念

無線傳感器網絡(WSN，wireless sensor networks)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對像的信息，這些信息通過無線方式被發送，并以自組織多跳的網絡方式傳送到用戶終端，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。

無線傳感器網絡(WSN)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節點組成，每一個傳感器節點由數據采集模塊(傳感器、A/D轉換器)、數據處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發器)和供電模塊(電池、DC/AC能量轉換器)等組成。

2、WSN的優勢

2.1、節點硬件成本低。

WSN節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，網絡在有限計算能力的條件下進行協作分布式信息處理。所以就單個節點而言，硬件成本是較低的。

2.2、對等網絡多冗余高可靠性。

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

2.3、自組織。

網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

2.4、多跳（Multi-hop）路由。

WSN節點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，節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點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節點完成的。

2.5、動態拓撲。

WSN是一個動態的網絡，節點可以隨處移動；一個節點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構隨時發生變化，因此網絡應該具有動態拓撲組織功能。

四、基于WSN技術的電力系統自動抄表解決方案

通過對自動抄表系統的實際需求分析，結合WSN技術特點和優勢，認為采用WSN技術來實現“最后一公里”自動抄表是一個非常理想的解決方案。基于WSN技術的自動抄表系統結構圖如下：



WSN技術網絡自動抄表售電系統結構圖

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、街道小商業用戶、配網線路等）按地理區域分區，并且在用戶電子式電能表上安裝內置式或外置式WSN無線模塊（有條件可幾塊表共用一個無線模塊），使每個分區的電能表組成一個WSN網絡。

1.2、通過電能量采集器與分區WSN網絡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。

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，經通訊網絡連接到主站電量管理系統的數據庫服務器，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網絡下發到各自的用戶電能表中。

2、解決方案的優勢：

2.1、低成本。

WSN無線網絡可以將數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，大大節省了價格較高的采集器的使用數量，也節省了GPRS/CDMA的運行費用。

2.2、高可靠性。

WSN無線網絡具備自組織自愈能力，增加和刪除節點、節點位置變化、節點發生故障等，都對網絡沒有影響，無需人工干預，網絡仍可正常運行。

2.3、安全性。

從WSN無線網絡、電能量采集器、到GPRS等公網，提供了從電表到計費工作站的一個透明通道，電量數據及電費信息，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據的安全性。

2.4、先進性。

WSN技術被譽為新世紀的四大高新技術之一，而在居民自動抄表系統中，多跳自動路由技術的采用已經成為發展趨勢和行業共識。

2.5、實用性

WSN無線網絡自動抄表方案，既實現了用電預付費，又使供電企業能夠獲得電能量使用的實時數據，為實施峰谷計價做好技術準備，并為供電企業完善需求側管理系統打下堅實基礎。

五、基于WSN的無線抄表方案的實用案例

在北京市順義區，上述方案從2006年開始實施，至今已達到十多萬戶的應用規模，并且仍在快速增加。在經過換表改造的村鎮，居民可以在銀行、供電所及村里的臨時售電點購電，而購電數據并不是寫入IC卡，需要插入電表才能讀出，而是經過通訊網絡實時寫入用戶電表，既實現預付費，又方便了居民使用。而局里可以及時準確的獲得電能表數據，便于線損統計分析，完善了需求側管理系統。
發布者：呂勇