WSN作為一種新的信息獲取方式，在環(huán)境監(jiān)控、智能家居、數(shù)據(jù)采集、自動報警等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，WSN通過分布在現(xiàn)場中的節(jié)點采集數(shù)據(jù)，然后根據(jù)事先規(guī)定的協(xié)議，將現(xiàn)場信息傳送至高一級的節(jié)點或者直接傳送至監(jiān)控中心。目前GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越來越廣，傳輸速度不斷提高，費用不斷下降，同時傳輸距離幾乎不受約束，授權(quán)用戶在任何有信號的地方均可隨時接收和發(fā)送信息。因此，利用GPRS/GSM技術(shù)結(jié)合典型WSN技術(shù)實現(xiàn)電能量采集技術(shù)是可行的，且具有一定成本優(yōu)勢。

　　本文介紹了德化供電公司基于WSN和GPRS技術(shù)在低壓配電臺區(qū)實現(xiàn)電能量采集和安全用電管理系統(tǒng)的建設(shè)管理經(jīng)驗。

　　一、系統(tǒng)分析

　　1、項目概況

　　項目I期需要完成4個臺區(qū),約75個表箱共計600戶戶表的電能量采集。臺區(qū)集中器(WSN基站)負責采集臺區(qū)配變運行數(shù)據(jù)及收集戶表電能量數(shù)據(jù)，并通過GPRS-VPN方式傳輸數(shù)據(jù)至德化供電公司后臺數(shù)據(jù)采集平臺系統(tǒng)。

　　2、項目技術(shù)內(nèi)容

　　(1)WSN模塊功能：WSN采集器采集戶表電能示值，臺區(qū)集中器整點定時(可設(shè))抄錄戶表數(shù)據(jù)，并實時上傳至德化供電公司后臺系統(tǒng)。

　　(2)集中器功能：

　　①臺區(qū)配變實時數(shù)據(jù)采集：間隔采集配變的A、B、C三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素、電能量等數(shù)據(jù)，并發(fā)送至后臺系統(tǒng)。

　　②日(月)臺區(qū)電壓合格率統(tǒng)計: 以每秒采集一次，1分鐘(60個點)計算的平均值作為電壓合格率的統(tǒng)計值，記錄并統(tǒng)計電壓合格率、超上限率、超下限率等。

　　③日(月)臺區(qū)過負荷的告警和統(tǒng)計：紀錄并統(tǒng)計臺區(qū)電流過負荷的時間、相別，并主動上送數(shù)據(jù)到后臺系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理告警。

　　④臺區(qū)整點電能量統(tǒng)計: 統(tǒng)計臺區(qū)戶表日整點所耗總電量及臺區(qū)配變整點總電能量。

　　(3)數(shù)據(jù)采集平臺：

　　①系統(tǒng)權(quán)限管理：按照系統(tǒng)管理員/應(yīng)用管理員/部門管理員/普通用戶等四級權(quán)限進行業(yè)務(wù)功能的管理。

　　②集中器及采集終端的管理：集中器及采集終端的新增、刪除、更換等過程管理。

　　③集中器及戶表電量數(shù)據(jù)采集、存儲和管理。

　　二、系統(tǒng)方案設(shè)計

　　1、依據(jù)標準及規(guī)范

　　(1)DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》

　　(2)Q/GDW130-2005《電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》

　　(3)DL/T721-2000《配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端》

　　(4)DL/T 698-1999《低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》

　　(5)DL/T 698《電能信息采集與管理系統(tǒng)》(征求意見稿)

　　2、設(shè)計原則

　　(1)標準化。遵循電力行業(yè)各類規(guī)范、規(guī)約、標準，數(shù)據(jù)格式及專業(yè)術(shù)語符合電力行業(yè)規(guī)范及特點。

　　(2)本地化。在系統(tǒng)總體方向不變的前提下，以德化當?shù)貙嶋H情況為出發(fā)點，因地制宜，設(shè)計完成滿足當?shù)厣a(chǎn)、營銷業(yè)務(wù)需求的系統(tǒng)。

　　(3)實用化。以數(shù)據(jù)采集為設(shè)計基礎(chǔ)，以生產(chǎn)、營銷業(yè)務(wù)需求為設(shè)計依據(jù)，從管理、業(yè)務(wù)、操作等三方面來實現(xiàn)系統(tǒng)實用化。

　　(4)先進性和擴展性。在滿足當前需要的前提下，本著高定位、高起點的指導思想，使系統(tǒng)具有一定的先進性和良好的擴展性。

　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　基于WSN和GPRS的無線集中抄表系統(tǒng)以配電臺區(qū)為單位構(gòu)成各個WSN子網(wǎng)，單個WSN子網(wǎng)由位于臺區(qū)配電室(柜)內(nèi)的集中采集器(WSN子網(wǎng)基站)和分布在臺區(qū)各計量箱內(nèi)的WSN無線節(jié)點組成。WSN集中器數(shù)據(jù)通過遠程網(wǎng)絡(luò)方式GPRS抄錄數(shù)據(jù)到后臺管理系統(tǒng)。總體方案如下圖1所示。

　　上圖1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上可分為3個層次:數(shù)據(jù)采集層、主站層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，見下圖2。數(shù)據(jù)采集層的主體是電能信息采集終端，負責電能信息的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的控制命令。主站是整個系統(tǒng)的管理中心，管理全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應(yīng)用以及系統(tǒng)運行和系統(tǒng)安全，并管理與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。它由軟件、計算機相關(guān)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、電源等組成。

　　(1) 電量采集終端

　　電量采集終端分布于各計量箱內(nèi)，采用單相220V供電，可通過RS485總線采集用戶電表電量數(shù)據(jù)，并通過WSN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到臺區(qū)集中器，同時可接收臺區(qū)集中器發(fā)來的下行命令。

　　終端可通過PDA或者主站配置以下參數(shù)：

　　①戶表表具地址。按照DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》，為6字節(jié)長度。如000000234505

　　②抄表間隔。單位秒，即多長時間抄收一次戶表電量數(shù)據(jù)。

　　(2)臺區(qū)集中器

　　臺區(qū)集中器位于低壓配電臺區(qū)，主要采集配變數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率等)，同時收集戶表采集終端的采集到的電量數(shù)據(jù)，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到德化供電公司電能量采集主站系統(tǒng)。

　　基本參數(shù)：

　　①采用三相電壓中任一項供電

　　②具備WSN無線通信基站

　　③采集配變總表和總保數(shù)據(jù)的RS485接口

　　④具備USB接口，方便數(shù)據(jù)的導入和導出

　　⑤具備GPRS和以太網(wǎng)接口

　　臺區(qū)集中器具有以下功能：

　　①戶表數(shù)據(jù)收集和存儲。整點自動或?qū)崟r召測臺區(qū)戶表WSN采集終端采集到的電量數(shù)據(jù)。

　　②控制命令下發(fā)。負責接收后臺管理系統(tǒng)發(fā)送的相關(guān)控制命令(時鐘同步等)，并轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的WSN采集終端。

　　③配變數(shù)據(jù)監(jiān)測與統(tǒng)計。可采集臺區(qū)三相智能總表的數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能量等)。

　　④漏電總保數(shù)據(jù)監(jiān)測。監(jiān)測總保漏電電流大小及開關(guān)狀態(tài)。

　　(3)主站數(shù)據(jù)采集平臺

　　電能量采集及管理系統(tǒng)主站通信前置機及數(shù)據(jù)庫安裝在德化供電公司，主要實現(xiàn)全系統(tǒng)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)傳輸管理、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應(yīng)用以及系統(tǒng)運行和系統(tǒng)安全，并完成與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

　　主站系統(tǒng)主要功能：

　　①系統(tǒng)管理功能：系統(tǒng)管理是對整個系統(tǒng)的用戶登記及權(quán)限、基礎(chǔ)參數(shù)及字典設(shè)定的管理。

　　②臺區(qū)設(shè)備管理：電表數(shù)據(jù)管理、變壓器數(shù)據(jù)管理等。

　　③電量抄收功能：存儲并管理戶表電量數(shù)據(jù)。

　　④配變監(jiān)測功能：存儲臺區(qū)電壓、電流、功率等的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

　　⑤WSN網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能：對WSN網(wǎng)絡(luò)及其終端設(shè)備進行監(jiān)控和管理。

　　括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、報表曲線等。

　　三、建設(shè)管理經(jīng)驗

　　①WSN采集器安裝：針對德化目前每個表箱8戶戶表、2個表箱緊鄰,且表箱內(nèi)部已經(jīng)沒有安裝位置,因此在表箱旁安裝單戶表箱(盡量采用玻璃鋼塑料材質(zhì))安裝WSN采集器,單個采集器采集16戶電表(電表要求具備RS485接口的電子表)。

　　②WSN集中器安裝：在臺區(qū)配電箱內(nèi)預(yù)留集中器的安裝位置以及連接線即可。

　　四、結(jié)束語

　　WSN技術(shù)具有拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)性強、自組織性以及網(wǎng)絡(luò)分布式特性、低成本、低功耗、超強通訊能力、通訊距離遠和抗干擾能力強、竊電自動報警等諸多優(yōu)點，而目前GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越來越廣，傳輸速度不斷提高，費用不斷下降，同時傳輸距離幾乎不受約束，授權(quán)用戶在任何有信號的地方均可隨時接收和發(fā)送信息。因此，利用WSN技術(shù)結(jié)合GPRS/GSM技術(shù)在低壓配電臺區(qū)實現(xiàn)電能量采集安全用電管理技術(shù)是可行的，且具有一定成本優(yōu)勢。