WSN技術(shù)在電力系統(tǒng)自動抄表中的應用

一、 當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(shù)據(jù)及時有效而且準確無誤地收集、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，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、負載多變，尤其是變頻電器和中小功率電機，對電網(wǎng)負荷的影響，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)技術(shù)通過在北京順義區(qū)（三萬戶）的應用很好解決上述困難。

三、WSN(無線傳感器網(wǎng)絡)技術(shù)簡介

1、基本概念

無線傳感器網(wǎng)絡(WSN，wireless sensor networks)是當前在國際上備受關(guān)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(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術(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(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)絡多冗余高可靠性。

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

2.3、自組織。

網(wǎng)絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施，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。

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)絡節(jié)點完成的。

2.5、動態(tài)拓撲。

WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，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)絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。這些都會使網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡應該具有動態(tài)拓撲組織功能。

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：