WSN作為一種新的信息獲取方式，在環境監控、智能家居、數據采集、自動報警等領域發揮著越來越重要的作用，WSN通過分布在現場中的節點采集數據，然后根據事先規定的協議，將現場信息傳送至高一級的節點或者直接傳送至監控中心。目前GPRS/GSM網絡覆蓋范圍越來越廣，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，授權用戶在任何有信號的地方均可隨時接收和發送信息。因此，利用GPRS/GSM技術結合典型WSN技術實現電能量采集技術是可行的，且具有一定成本優勢。
本文介紹了德化供電公司基于WSN和GPRS技術在低壓配電臺區實現電能量采集和安全用電管理系統的建設管理經驗。
一、系統分析
1、項目概況
項目I期需要完成4個臺區,約75個表箱共計600戶戶表的電能量采集。臺區集中器(WSN基站)負責采集臺區配變運行數據及收集戶表電能量數據，并通過GPRS-VPN方式傳輸數據至德化供電公司后臺數據采集平臺系統。
2、項目技術內容
(1)WSN模塊功能：WSN采集器采集戶表電能示值，臺區集中器整點定時(可設)抄錄戶表數據，并實時上傳至德化供電公司后臺系統。
(2)集中器功能：
①臺區配變實時數據采集：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、電能量等數據，并發送至后臺系統。
②日(月)臺區電壓合格率統計: 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計值，記錄并統計電壓合格率、超上限率、超下限率等。
③日(月)臺區過負荷的告警和統計：紀錄并統計臺區電流過負荷的時間、相別，并主動上送數據到后臺系統，經系統處理告警。
④臺區整點電能量統計: 統計臺區戶表日整點所耗總電量及臺區配變整點總電能量。
(3)數據采集平臺：
①系統權限管理：按照系統管理員/應用管理員/部門管理員/普通用戶等四級權限進行業務功能的管理。
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據采集、存儲和管理。
二、系統方案設計
1、依據標準及規范
(1)DL/T645-1997《多功能電能表通信規約》
(2)Q/GDW130-2005《電力負荷管理系統數據傳輸規約》
(3)DL/T721-2000《配電網自動化系統遠方終端》
(4)DL/T 698-1999《低壓電力用戶集中抄表系統技術條件》
(5)DL/T 698《電能信息采集與管理系統》(征求意見稿)
2、設計原則
(1)標準化。遵循電力行業各類規范、規約、標準，數據格式及專業術語符合電力行業規范及特點。
(2)本地化。在系統總體方向不變的前提下，以德化當地實際情況為出發點，因地制宜，設計完成滿足當地生產、營銷業務需求的系統。
(3)實用化。以數據采集為設計基礎，以生產、營銷業務需求為設計依據，從管理、業務、操作等三方面來實現系統實用化。
(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，使系統具有一定的先進性和良好的擴展性。
3、系統結構
基于WSN和GPRS的無線集中抄表系統以配電臺區為單位構成各個WSN子網，單個WSN子網由位于臺區配電室(柜)內的集中采集器(WSN子網基站)和分布在臺區各計量箱內的WSN無線節點組成。WSN集中器數據通過遠程網絡方式GPRS抄錄數據到后臺管理系統。總體方案如下圖1所示。
上圖1系統的結構上可分為3個層次:數據采集層、主站層、業務應用層，見下圖2。數據采集層的主體是電能信息采集終端，負責電能信息的采集、數據管理、數據傳輸以及執行或轉發主站下發的控制命令。主站是整個系統的管理中心，管理全系統的數據傳輸、數據處理和數據應用以及系統運行和系統安全，并管理與其它系統的數據交換。它由軟件、計算機相關設備、網絡設備、通信設備、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，采用單相220V供電，可通過RS485總線采集用戶電表電量數據，并通過WSN網絡發送數據到臺區集中器，同時可接收臺區集中器發來的下行命令。
終端可通過PDA或者主站配置以下參數：
①戶表表具地址。按照DL/T645-1997《多功能電能表通信規約》，為6字節長度。如000000234505
②抄表間隔。單位秒，即多長時間抄收一次戶表電量數據。
(2)臺區集中器
臺區集中器位于低壓配電臺區，主要采集配變數據(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據，并通過GPRS網絡傳輸數據到德化供電公司電能量采集主站系統。
基本參數：
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據的RS485接口
④具備USB接口，方便數據的導入和導出
⑤具備GPRS和以太網接口
臺區集中器具有以下功能：
①戶表數據收集和存儲。整點自動或實時召測臺區戶表WSN采集終端采集到的電量數據。
②控制命令下發。負責接收后臺管理系統發送的相關控制命令(時鐘同步等)，并轉發到對應的WSN采集終端。
③配變數據監測與統計。可采集臺區三相智能總表的數據(電壓、電流、功率、功率因數、電能量等)。
④漏電總保數據監測。監測總保漏電電流大小及開關狀態。
(3)主站數據采集平臺
電能量采集及管理系統主站通信前置機及數據庫安裝在德化供電公司，主要實現全系統設備管理、數據傳輸管理、數據處理和數據應用以及系統運行和系統安全，并完成與其它系統的數據交換。
主站系統主要功能：
①系統管理功能：系統管理是對整個系統的用戶登記及權限、基礎參數及字典設定的管理。
②臺區設備管理：電表數據管理、變壓器數據管理等。
③電量抄收功能：存儲并管理戶表電量數據。
④配變監測功能：存儲臺區電壓、電流、功率等的統計分析數據。
⑤WSN網絡監控功能：對WSN網絡及其終端設備進行監控和管理。
括實時數據、歷史數據、統計數據、報表曲線等。
三、建設管理經驗
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,且表箱內部已經沒有安裝位置,因此在表箱旁安裝單戶表箱(盡量采用玻璃鋼塑料材質)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：在臺區配電箱內預留集中器的安裝位置以及連接線即可。
四、結束語
WSN技術具有拓撲結構動態性強、自組織性以及網絡分布式特性、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點，而目前GPRS/GSM網絡覆蓋范圍越來越廣，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，授權用戶在任何有信號的地方均可隨時接收和發送信息。因此，利用WSN技術結合GPRS/GSM技術在低壓配電臺區實現電能量采集安全用電管理技術是可行的，且具有一定成本優勢。
