采集終端備電設(shè)備應(yīng)用及探討

歐陽夢妮 李 浩 年俊華

（國網(wǎng)宜昌供電公司，湖北 宜昌443000）

目前隨著用電信息采集建設(shè)的愈發(fā)完善，國網(wǎng)公司對于用電信息采集終端的上線率、采集成功率及全量數(shù)據(jù)的指標要求也日趨嚴格。用電信息數(shù)據(jù)采集作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，采集成功率代表著用電信息采集系統(tǒng)的可靠性及供電公司的管理水平。

但現(xiàn)場部分季節(jié)性用電客戶、高壓雙電源切換用戶或者停電故障高發(fā)區(qū)的終端經(jīng)常面臨用電信息采集終端停電問題，導(dǎo)致無法監(jiān)測用戶用電情況，數(shù)據(jù)無法抄讀。嚴重影響了考核指標的同時也影響到線損核算及電費核算等核心業(yè)務(wù)的開展。同時，針對季節(jié)性用電客戶，目前為了保證采集終端供電，變壓器長期空載運行導(dǎo)致線損增加，且影響變壓器的使用壽命。

目前終端電源備電手段有限、操作復(fù)雜，傳統(tǒng)終端電源備電手段反復(fù)操作無法一次性解決，缺乏技術(shù)手段和工作繁重是一直擺在電力營銷人員面前的工作難題。

因此需要一款設(shè)備能夠在長期無市電情況下對用電信息采集終端及電表供電，以保證上線率及全量數(shù)據(jù)采集指標。能夠在現(xiàn)場無電情況下持續(xù)為終端供電或者定時為終端供電，要能夠兼容現(xiàn)場57.7V/100V/220V 不同電壓規(guī)格，并且能夠在電網(wǎng)側(cè)來電后快速的切換至電網(wǎng)供電。

1 國內(nèi)外研究水平綜述

目前針對用電信息采集終端停電停電情況下的數(shù)據(jù)采集，部分地區(qū)使用雙市電電源供電的方案，此方案耗時耗力，造成了極大地資源浪費。同時市面上也有部分采用電池儲能進行供電的設(shè)備，但是普遍存在供電時間短、無法智能投切、供電電壓規(guī)格單一、轉(zhuǎn)換效率低等問題，無法滿足現(xiàn)場的多樣化需求。

2 采集終端備電設(shè)備的工作原理及技術(shù)要求

2.1 采集終端備電設(shè)備工作原理

系統(tǒng)實時檢測電網(wǎng)狀態(tài)，當電網(wǎng)停電或電網(wǎng)電壓不在正常工作范圍時，通過投切繼電器將終端供電電源切換至備用電源，同時逆變輸出向采集終端及電表供電。當電網(wǎng)恢復(fù)正常，系統(tǒng)將終端供電電源自動切換至交流電源，整機進入待機狀態(tài)，降低電池消耗。系統(tǒng)的光伏最大功率追蹤（MPPT）功能，可最大限度利用光伏板能量，在光照充足時及時為電池組件充電，以保證連續(xù)陰雨天的可靠供電（圖1）。

2.2 主要技術(shù)要求

考慮到現(xiàn)場無電情況，采集終端備電設(shè)備采用大功率高效率光伏板進行發(fā)電，使用安全可靠的高性能鉛酸電池進行儲能，并且具備主控系統(tǒng)，能夠在完全無光照情況下持續(xù)為終端供電或者定時為終端供電。能夠兼容現(xiàn)場57.7V/100V/220V 不同電壓規(guī)格，且能夠在電網(wǎng)側(cè)來電后快速的切換至電網(wǎng)供電。

圖1 采集備電設(shè)備工作原理圖

同時，考慮到現(xiàn)場復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，采集終端備電設(shè)備應(yīng)具備如下特性：

2.2.1 穩(wěn)定性：采用專利技術(shù)防止勵磁涌流，保證設(shè)備穩(wěn)定運行。采用MPPT 技術(shù)追蹤光伏發(fā)電最大功率點，最大限度利用太陽能；

2.2.2 智能化：智能投切技術(shù)，保證電源自動、快速投切；

2.2.3 適用性強： 采用 SPWM 調(diào)制技術(shù)輸出57.7V/100V/220V 三種電壓等級交流電，滿足不同場景需求要求；

2.2.4 可操作性：具備深度定制的485 通信接口，現(xiàn)場維護方便快捷。可根據(jù)現(xiàn)場實際使用需求，靈活配置供電時間及供電策略；

2.2.5 低功耗模式：具備手動/自動喚醒模式，保障設(shè)備在各種惡劣環(huán)境下的長時間運行。

2.3 主要技術(shù)難點

2.3.1 高效逆變技術(shù)及多電壓兼容方案

電池組低壓直流轉(zhuǎn)換為57.7V100V220V 的高壓交流有多種技術(shù)方案，如直流升壓+逆變、逆變+交流升壓等，多種方案各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)情況考慮安全、便捷、可靠等方面選取最優(yōu)方案，并通過優(yōu)化測試，調(diào)整電路結(jié)構(gòu)以提高效率。以較小的代價、簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)逆變輸出及多電壓兼容的功能。

2.3.2 智能檢測、投切技術(shù)

備電系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠的判斷電網(wǎng)狀態(tài)，無縫切換。實現(xiàn)該功能涉及到智能檢測的穩(wěn)定、靈敏以及切換的可靠、迅速。提高采樣電路精度，設(shè)計智能檢測算法，通過電壓值、過零點等特點判斷電網(wǎng)狀態(tài)，選取可靠、迅速切換裝置等才能保證智能檢測投切功能的穩(wěn)定實現(xiàn)。

3 采集終端備電設(shè)備應(yīng)用場景及現(xiàn)場實施

3.1 采集終端備電設(shè)備應(yīng)用場景

調(diào)研裝置的應(yīng)用場景，應(yīng)用場景多為季節(jié)性用電客戶、高壓雙電源切換用戶或者停電故障高發(fā)區(qū)的終端臺區(qū)，于是從安全、成本、技術(shù)等多角度出發(fā)，評估其的優(yōu)勢及劣勢，考慮如何在最安全、最低成本的情況下以較為先進的技術(shù)去實現(xiàn)、去解決問題；梳理應(yīng)用場景，考慮設(shè)備在多種場景下的兼容性，同時深層次調(diào)研多類型用戶的需求，統(tǒng)計分析調(diào)研結(jié)果，對于設(shè)備規(guī)格，提出優(yōu)化，針對不同場景應(yīng)用。

設(shè)計系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)為可通過光伏板、風(fēng)力發(fā)電機為設(shè)備供電、電池充電，通過逆變輸出為57.7V100V220V 的多電壓規(guī)格，為電表終端供電；可通過485 通訊串口修改并設(shè)置供電時間段及供電方式，提高供電的智能化；在滿足上述功能的同時，設(shè)計一整套完整的整機結(jié)構(gòu)，以滿足戶內(nèi)與戶外兩種大應(yīng)用場景需求。

3.2 采集終端備電設(shè)備現(xiàn)場安裝及調(diào)試

3.2.1 現(xiàn)場安裝必備工具

筆記本電腦（安裝采集終端備電系統(tǒng)調(diào)試軟件）、USB 轉(zhuǎn)232 轉(zhuǎn)485 模塊（紅色模塊+黑色模塊+轉(zhuǎn)接板）、寬度小于4MM 的一字螺絲刀、萬用表大螺絲刀、扳手、鉗子等常用工具、梯子、腳扣等。

3.2.2 安裝步驟及注意事項

采集終端備電設(shè)備按照主機、光伏板安裝——接線——調(diào)試、確認參數(shù)的順序進行安裝調(diào)試。

圖2 采集備電設(shè)備安裝示意圖

3.2.2.1 主機、光伏板安裝

箱變：若箱變內(nèi)部有位置，主機可直接放置在箱變內(nèi)，內(nèi)部無位置主機可掛在箱變側(cè)壁，主機務(wù)必保證豎直方向安裝或放置，嚴禁平放。光伏板安裝掛在側(cè)壁或放置在箱變頂部，伏板務(wù)必朝南，若低處有遮擋則盡量抬高，若安裝位置長時間有遮擋則不建議安裝。

圖3 采集備電設(shè)備箱變現(xiàn)場安裝圖

室內(nèi)、地下室：主機放置于計量柜內(nèi)或放置在地面，務(wù)必保證豎直放置，禁止平放。光伏板通過延長線引至室外，務(wù)必朝南，無遮擋。（禁止在室內(nèi)朝向燈光）若室內(nèi)有常用220V 電源接口，可將市電通過220VAC-24VDC 直流電源模塊接入光伏端口，為電池充電。

柱上：主機及光伏板均通過抱箍固定至柱上（出廠配置的抱箍目前只有220mm 一種規(guī)格，若桿粗需要與施工隊或局方協(xié)調(diào)）光伏板重量較輕，可使用鐵絲綁住。光伏板務(wù)必朝南，盡量安裝至無遮擋的高處，若安裝位置長時間有遮擋則不建議安裝。

圖4 采集備電設(shè)備臺架現(xiàn)場安裝圖

3.2.2.2 接線

電池組接入：取下機箱內(nèi)固定電池組的螺絲后，將電池組推入，用螺絲固定。將接頭插入電池組，接頭上部有鎖扣，取下時需捏住上部。光伏接線：將光伏組件接入備電系統(tǒng)主機下側(cè)光伏端子。若距離較遠可使用附帶的5m 延長線連接。若5m 不夠可以延長一段，延長線長度盡可能短，延長線線徑要求在1.5 平方以上，若長度較長可適當增加平數(shù)，延長線務(wù)必確認正負關(guān)系，防止反接。光伏端子務(wù)必插緊，卡扣卡到位；輸入、輸出接線：從接線盒引電壓線至備電系統(tǒng)輸入端,將1-2 端子通過2 芯線接至電表輔助電源端子，無正負極性。將終端原有電壓線拆除，將備電系統(tǒng)輸出端接至終端電壓端子。接線安裝需要注意的是安裝前切斷回路電源，確保安全。嚴格按照終端電壓等級對應(yīng)接線，防止接錯電壓等級導(dǎo)致終端或設(shè)備損壞。切勿將備電系統(tǒng)輸出接入電網(wǎng)；輸入輸出線從防水接頭穿出，擰緊接頭，防止進水；務(wù)必通過主機下部的接地螺栓將設(shè)備可靠接地，防止觸電。

3.2.2.3 調(diào)試及采集供電策略

按照我們地區(qū)的采集要求和規(guī)定，進行備電設(shè)備相應(yīng)的調(diào)試和設(shè)備。以湖北地區(qū)為例，采集策略為凌晨1：30 開始招測日凍結(jié)；曲線數(shù)據(jù)2、3 點左右集中招測；曲線數(shù)據(jù)正常招測周期為2 小時左右；供電策略為：采用96 點供電模式，每個點前2 分鐘后2 分鐘，每15 分鐘供電4 分鐘（或可以縮短至3 分鐘）；晚上01：20-03：00 持續(xù)供電，確保日凍結(jié)可穩(wěn)定招測；早上07：50-09：00 持續(xù)供電，利用補招，補招前幾天凍結(jié)的數(shù)據(jù)，同時可人工補招部分數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

我們選取不同條件的臺區(qū)進行現(xiàn)場試點，測試備電系統(tǒng)在不同應(yīng)用環(huán)境下的兼容情況及運行可靠性。安裝于箱變外部、室內(nèi)或地下室、電線桿上，只需設(shè)置好所需要的供電時間模式后即可安裝開始正常運行，后期幾乎可做到無人維護。系統(tǒng)設(shè)備實時檢測電網(wǎng)狀態(tài)，當電網(wǎng)停電或電網(wǎng)電壓不在正常工作范圍時，通過投切繼電器將終端供電電源切換至備用電源，同時逆變輸出向采集終端及電表供電。當電網(wǎng)恢復(fù)正常，系統(tǒng)設(shè)備將終端供電電源自動切換至交流電源，整機進入待機狀態(tài)，降低電池消耗。系統(tǒng)的光伏最大功率追蹤（MPPT）功能，可最大限度利用光伏板能量，在光照充足時及時為電池組件充電，保證了任何天氣情況下的的可靠供電。