袁 静 ：无 线 传 感 网技 本在 智 能 电 两 罔 电信 息采 集 系统 中的 应 礴 无 线 传 感 网 技 术 在 智 能 电 网 用 电信 息 采 集 系统 中 的 应 用 The Application of Wireless Sensor in Electric——energy Information Collection of Smart Power 袁 静 (重庆市计量质量检测研究 院，重庆 400020) 摘 要：无 线传感网在智能电网电能信息采集系统中的应用是为了保证智 能电网建设规范 有序推进 ，实 现电力用户用 电信息采 集系统建 设“全 覆盖、 全采 集、全预付费”的总体 目标 ，规范统一用 电信息采集系统及主站、采集终端、通信单元 的功能配置 、型式结 构 、性能 指标 、通 信协议 、安 全认证 、检验 方 法 等 。 关键 词：智 能电网 ；用电信息采集 ；无线传感 ；uNrr 1 概 述 AMI是用 来采 集 、测 量 、储 存 、分析 、运用 (用 户 )用 电 信 息 的完整 网络 系统 ，它 由智 能 电表 、广 域 通 信 网 络 、测 量数据管理系统和用户户内网络 四部分组成。是传感与 检 测技 术 、通 信 技术 、输 配 电技术 、电力 电子技 术 、储 能 技 术 的合 成 。 AMI是建立在开放系统和共享 的信息模式基础上 ， 整 合 系统 中的用 电数 据 ，以优 化 电 网 的运 行 和管 理 。通 过智 能 电表将 用 户 之 间 、用户 与 电力 公 司之 间形 成 即 时 连接 的 网络互 动 ，从 而 实 现 数 据读 取 的实 时 、快 速 、双 向 的功效 ，整 体 性地 提 高 电 网的 综合 效 率 。而其 更 重 要 的 职 能是用 电管 理 、交 易 服 务 、通 信 和 数 据处 理 服 务 ，也 可 以连 接到用 户 家 中 的智 能 电器 ，让 用 户 更 轻松 而有 效 地 节 能 。AMI还可 以智 能 电表 为互联 网路 由器 ，进行 通 信 、 运 行宽 带业 务 或传 播 电视 信号 等增 值服 务 。图 1简 明地 表 述 了 AMI的 功能 。 2 电 力用户 用 电信 息 采集 系统 ／ I 采 集 占 控 设 备 数 据 主 站 I信 l 采 层 翻 1 第 2层数据采集层。负责对各采集点电能信息的采 集和监 控 ，包括各 种应 用 场 所 的 电能 信 息采 集终 端 。电 能信息 采集 终端 ，负责 电能 信 息 的 采集 、数 据 管 理 、数 据 传输以及执行或转发主站下发的控制命令 。按不同应用 场所 ，电能 信息采 集 终端 可分 为厂 站 电能采 集 终端 、专 变 电能采 集终 端 、公 变 电能采 集 终 端 和 低 压 集 中抄 表 终端 (包 括低 压 集 中器 和 低压 采集 器 )等几 种类 型 。 第 3层采 集点 监 控 设 备 ，是 电能 信 息 采 集 源 和监 控 对象 ，如 电能 表和 相关 测 量 设 备 、用 户 配 电开 关 、无 功 补 偿装 置 以及其 他 现场 智能设 备 等 。这些 设备 通 过各 种接 电力 用 户用 电信 息 采集 系统 是对 电力 用户 的用 电信 口与 电能信息 采集 终端 连 接 。 息进 行采 集 、处 理和 实 时监控 的系统 ，实 现用 电信息 的 自 动采集 、计 量 异 常和 电 能质 量监 测 、用 电 分析 和 管理 ，具 备相关 信 息发 布 、分 布式 能源 的监 控 、智 能 用 电设 备 的信 息交 互等 功 能 。系统 物理 结构 如 图 l所 示 。 系统 由 3层 物 理结 构组 成 。 第 1层主站 ，是整个系统的管理 中心 。负责整个 系 统 的电能 信息 采集 、用 电管 理 以及数 据 管理 和数 据应 用 ， 包 括 管理全 系 统 的数 据 传 输 、数 据 处 理 和数 据 应 用 以及 系统运行 和 系 统 安 全 ，并 管 理 与其 它 系 统 的 数 据 交 换 。 它 是一 个包 括 软件 和硬 件 的计算 机 网络 系统 。 系统 各层 之 间的数 据传 输通 过 通信 网络 完成 。系统 主站 和数 据采 集层 设 备 间 的数 据 传 输 为 远 程 通 信 网络 ， 可采用 多种 无线 、有 线数 据传 输 网络 ，可 以是 专用 或公 共 无线 、有线 通信 网 络 以及 电力 线 载 波 通 信 网 络 。系 统 的 数 据采 集层 的采 集终 端之 间以及采 集 终端 与 电能 表之 间 的通信为本 地通 信网络 ，可采用 电力线 载波、微功 率无 线 、RS485总线 以及 其 它有线 网络 。 为保 证 系统 网络 安 全 ，系统 的局 域 网与 其 它 信 息 系 统互 联 时 ，必 须采 用 横 向安 全 隔 离措 施 。主 站 与 电能 信 息采 集终 端 以及直 接通 信 的 电能表 通 信单元 间重要 信 息 (重 要参 数设 置 、重 要 客户 电能 量 、控制 等 )的传输 应 有 纵 

《计量与卿试技 表》∞ ’o年 第37卷 第8期 向认证 和加 密措施 ，防护重要 信息 的安 全 。 如将 电能表视 为 电能 传感 器 ，在嵌 入 无 线 通 信模 块 数 据传 输 的另 一重 要 内容是必 需在 系统 内统一传 输 后则无线 传 感 网就 成 为 用 电信 息 采 集 系 统 的本 地 通 信 协 议 。国际 和 国内的相 关标 准化组 织都 在努力 进行通 信 网 。与其它本 地通 信 网络 相 比 ，它具有 以下技术 优势 ： 协 议 的标 准 化工作 。常用 的有 IEC62056系 列标 准 (我 国 (1)它 是一个 自组 织的 网状 网络 ，具 有 自动路 由的功 国家 标准 已等 同采 用 )、我 国 电力 行业 制定 的 DL／T645、 能 。因此可实 现点对 点 无线 通 信 不 能 实现 的低 功 耗 、跨 DIMT698．41等 。 障碍 的数 据传输 。在 一定 条 件 下 ，节 点 越 多 可选 择 的路 综上所 述 ，数 据 的 获 取 、保 护 和利 用 都需 要 一 个 实 由路径也就 越多 ，网络 的可 靠 性 也 就越 高 。 还 能 自动 修 时 、高速 、双 向的通 信 系统 来 支持 ，可 以说 没 有这 样 的 系 复处于 突发 环境 干扰 中受 的 网络 路 径 ，即具 有 网络 自愈 统 智能 电网 的任何 功能都 无法 实现 。 功 能 。 3 无 线传 感 网在 用 电信 息采 集 系统 (以下 简称 AMR)中 (2)信道 质量 不 会 受 电 网质 量 的影 响 。 同时 由于 能 的 应 用 3．1 无线 传感 网技 术简介 自动组 网 ，它可 以寻 找在 一定 射 频 信 号 强度 范 围 内的所 有无 线 电节 点 ，不 会受 电力线 拓扑 结构 的限制 ，实现 跨 台 无线传 感 网是集 计算 机 、通 信 、网络 、智 能计算 、传感 变 组 网。 器 、嵌入 式 系 统 、微 电 子 等 多 个 领 域 交 叉 综 合 的新 兴 学 科 ，它将大量多种类传感器 节点 (传感 、采集 、处理 、收发 、网 (3)良好 的实 时性和 双 向通 信 ，能 将计 量节 点 突发状 态 数据 主动实 时上报 ，实 现 重点 监 控 、防窃 电 、故 障报 警 络于一体 )组成 自治的无线 网络 ，实现对物理世界 的动态协 等 式功 能。 同感知。它能实时、动态获得物理世界的传感信息，并且将 (4)具有广泛的环境适应性 ，能普遍用于各种分散或 相关信 息与通讯主干网融合 ，实现了现有 的计算机网络虚 集 中安装 电表 的城 镇 、乡村 电力用户 。且 安装 方便 ，无需 拟世界 向真实 物理世 界 的延 伸 ，改变 了人 类和 自然界交 互 布 线 。 的方式 ，构建 了真正意 义上 的完整的信息化系统 。 无线传 感 网通信 结构 的一般 形式 如 图 2所 示 。在传 感 网中 ，节 点任 意散 落在被 监测 区域 内 ，除 了感 测特 定 的 对 象 ，还 进 行 简 单 的计 算 并 维 持 互 相 之 间 的 网络 连 接 。 传 感器 网络 具有 自组 织 的功 能 ，单 个 节 点经 过 初 始 的通 信和协商 ，形成一个传输信息 的多跳网络。每个传感 网 络装备 有一 个连 接到 传 输 网络 的 网关 ，传 输 网络 是 由一 个 单跳 链接 或一 系列 的无线 网络 节点 组成 的。 网关通 过 这 个传 输 网络把 感测 数据从 传感 区域 发送到提 供远 程连 接 和 数据 处 理 的基 站 ，基 站再 通 过 INTERNET联 系到 远 程数据库。最后采集到的数据经过分析 、挖掘后通过一 个 界 面提供 给终 端用 户 。 (5)较高 的通 信速 率 (一 般 在 9600bps及 以上 )，较 大 的单帧数据 承载 量 (单个 数据 包可 承 载 1600bit以上 有效 数据 )。这 既是满 足 系统 通信 实 时 性 又 是实 现 系 统 增 值 服 务 ，如远 程控制 、实 时用 电稽 查 的技术 基础 。 无线传感网构建的本地通信网络根据应用模式的不 同 ，可 以有 以下几 种方案 ： 方案一 ：集 中器 +带无 线 通 信 模块 电能 表 (单 相 表 ／ 三 相表 ) 方案二 ：集 中器 +带 无 线 通 信 模 块 采 集 器 +RS485 电能表 (单 相表／三相表 ) 方案三 ：集 中器 +[带无线通信模块采集器 +RS485 电能表 (单 相表／三相表 )]+ 带无 线通 信模 块 电能表 (单 相表 ／三相 表 ) 系统 网络拓扑 图如 图 3所 示 。 3．3 基 于 UNIT技术 平 台的 AMR (1)UNIT技 术平 台 UNIT(Ubiquitous Network Information Technology)是 杭 州家和智能控制有限公司在无线传感 网基础上开发出一 个面 向产业化 运用 的技术研 究 平 台。这个 技术 平 台包 含 图 2 无线 传 感器 网络 的 通 信 结构 无线 传感 器 网络 在 可靠 性 、数 据 安全 性 、实 时 性 、抗 的具体 内容有 ： 干扰 能力 及对周 围环 境影 响等 方 面都 具 有 良好 的特性 。 ① 针对无 线传感 网特 点 的微 小 的 、硬 件 资 源 和功 耗 因此可实现高速、非视矩的数据传输 ，提高信道利用率。 受 限的 、分布式 协 同 、实时 、低速 多样 无线 网络 的 、不平 衡 3．2 无线传感网在用电信息采集系统中的应用 的 C／S结构等 特点制 定标 准化 规范 ； 

袁静 ：无线传感 两技 术在 智能电 网璜 电信 息采集 系统 中的应用。 数 鞘 备 、 ， 手 无线集中器 无线集中器苜 爹切目E表 线集 鍪…表 ■ RS…485一 _二 兰 上： ： 一 、末些些 、】 、 末垂 露 同 一 臣 F] 线 采篁 单费率无线 总线盏 鐾至 电能表 ：■] … … 单 多费率无 1 J' 三线无线 凌 ／HS485 线电能表 雠赢 一 485电 能 表 ：、r j j}电量 i ：。 计量仪表； 图 3 无 线 通 信 用 电 采 集 系 统 网 络 拓 扑 图 ②统 一 的硬件 抽 象层 ； ③统 一 的适合 无 线传 感 网的操 作 系统 ； ④统 一 的低速 无 线 通 信协 议 栈 簇 ，多样 的协 议 栈 集 合 ； ⑤统 一 的方 便 移 植 的各 种 中 间件 ，比如 轻 量 虚 拟机 等 。中 间件 的重 复利 用 能 够极 大方 便 开 发 的 进行 ，大 大 提高开发的效率和降低开发成本 ； ⑥统 一 的标 识 ； ⑦统 一 的编程 用 语 ，统 一 编 程 用 于并 不 是 统 一 编 程 语 言 ； ③统 一 的关键 数 据 ； ⑨统 一 的开发 工 具环 境 ； ⑩统一的行业应用解决方案。 ④ 轻量计 算 的高 可靠性 纠错 算法 无线 传感 网节 点 的 嵌 入式 硬 件 适 合 轻 量计 算 ，这对 复杂 的纠错算 法 提 出新 的要 求 。轻 量计算 的高可靠 性 纠 错 算法 的实 现解决 了无 线传 感 网数据 纠错 的问题 。 ⑤ 网 由(Netway)的使 用 网由是根 据无 线传 感 网 的 特 点 而 提 出 的一 个 uNIrI’ 平 台特有 的新 概念 ，它 不 同于 网关 和路 由 ，是 在 uNr]r技 术体 系 中解决 无线 传 感 网 和通 信 主 干 网融合 ，以及 多个 异 构传感 网络 融合 的重 要设 备 (包括 软件 和硬 件 )。 (3)uNI，r无线传感网的主要技术参数(见表 1) 表 1 UNIT无 线传 感 网 的 主 要技 术 参数 序 1 1．1 1．2 1．3 1．4 1．5 1．7 2 2．1 2．1 2．2 2．4 2．5 2．6 3 3．1 项 目名称 无线 电通 信 工作频段 频率误差 输 出功率 带宽 接 收 灵 敏 度 杂 散 发 射 限 网络 调 制 方 式 通 信 速 率 参数值 备 注 (470～510)MHz lOOpp 符合 《微 功率 (短 50row 距离)无线 电设备 200kHz 管理暂行规定》 一120dBm 一36 dBm GSFK 19．2kbps 数 据 承 载 量 单 帧 1600bit 网络容量 最大节点数无明确限制 弹性容量 误 码 率 响应 时间 设备 1O ≤6os 工作 电压 12V／5v／3．3V 视 不同需 要而 定 3．2 非发射状态工作 电流 4 环境条件 20mA 4．1 4 环 境 温 度 相对湿度 一4o～ +85℃ ≤95％ 参 考 文 献 [1]栾文鹏 ．<高级量测系统>．2009南方电网技术第 3卷第二期 ． [2]关文举 ．<从智能电网看 AMI系统》．2009TC104年会讲 ． (2)基 于 UNIT技 术平 台的网络 产 品的关键 技术 特性 [3]王雪 ．<智能电网与 高级计 量体系 a~)2oo9．全 国电工 仪表行业 智 在 突 破 了一 系列关 键 技术 后 ，基 于 UNIT平 台开发 出 能 电 网论 坛 讲 稿 ． 无 线传 感 网产 品具 有 以下几 个 优于其 它微 功率 无线 网络 的特性 ： ① 自主知 识产 权 的通 信协议 栈 [4]任殿 义 ．《国 内外 智能 电网走 向与差别 对行 业和 产 品的影 响与 机 遇 》论 坛 讲 稿 ． [5]赵丙镇 ．《智 能电网用户服务试点情况汇报》20o9会 议资料 ． [6]中国仪器仪表行业协会 电工仪器仪表分会 ．《中国电工仪器仪表 行 具 有组 网速 度 快 ，网络 规模 大 ，网络拓 扑可 以 自动改 业发展报告 (2008—2009))． 变 ，支持多跳网络 ，网络传输稳定等特点。 [7]DL／T 698．1～2009．电能信息采集与管理系统第 1部分 总则 ． [8]Q／GDW 374．3—2009．电力用户 用电信息 采集 系统技术规 范 ．通信 ② 大规 模并 行 自动路 由 单元技术规范 ． 自动并行路 由的通信技术为无线传感网的大规模组 [9]Q／GDW 375．2—2009．电力用 户用 电信 息采集 系统型式 规范 ．集 中 网奠定 了基 础 ，大大 提高 了大规模 组 网 的速度 ，降低 了无 器 型 式 规 范 ． [1O]Q／GDW 375．3—2009．电力用户用电信息采集系统型式规范 ．采 集 线传感网络每个节点 的工作功耗。 ③三维防通信碰撞 器 型 式 规 范 ． 通 过变 时 间 、功 率 和 信道 的 三维 参 数 建 立 防碰 撞 数 作者简介 ：袁静 ，男 ，高级工程师。工作单 位 ：重庆市计 量质 量检测研 究院。 学模 型 ，其算 法 大大 提 高 了通 信 可靠 性 和 提 高 了空 中无 通 讯 地 址 ：400020重 庆 市 江 北 区建 北 三 村 17号 。 收 稿 时 间 ：2010—07～21 线通 信 速度 。