非系統(tǒng)微電源設(shè)備功耗智能采集終端的分析與研究

楊葉奎

（貴州電網(wǎng)銅仁思南供電局，貴州 思南 565100）

供電企業(yè)對(duì)營(yíng)銷精益化管理的要求越來越高，電力銷售環(huán)節(jié)中最關(guān)鍵的、事關(guān)企業(yè)經(jīng)營(yíng)成果與線損管理的電能計(jì)量裝置，已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了計(jì)量自動(dòng)化和采集智能化；然而，各種交通信號(hào)燈、抓拍視頻、移動(dòng)、聯(lián)通、電信、網(wǎng)絡(luò)公司的光纖信號(hào)放大器及小水庫(kù)水位檢測(cè)儀等非系統(tǒng)分布式微小用電負(fù)載一直被忽略。隨著國(guó)家對(duì)安全管控的不斷加強(qiáng)和完善，不管城市還是鄉(xiāng)村，交通要道還是人流密集區(qū)，均大量密集安裝了這類設(shè)備。由于這類設(shè)備均是功率微?。?～50 W不等），安裝地點(diǎn)又分散，不論是其用電負(fù)荷功率還是安裝地點(diǎn)均不具備單獨(dú)安裝電能計(jì)量裝置的條件，這卻給供電企業(yè)趨于完善的計(jì)量自動(dòng)化管理和用電管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。研發(fā)非系統(tǒng)分布式微小負(fù)載耗電設(shè)備電量智能采集終端顯得尤為迫切。

本文將從以下4個(gè)方面對(duì)非系統(tǒng)微小耗電設(shè)備產(chǎn)生對(duì)供電企業(yè)計(jì)量管理及用電管理方面帶來的危害性進(jìn)行系統(tǒng)分析，并尋求一種科學(xué)有效的解決方案，以期填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域無有效計(jì)量器具的空白，實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)電力銷售領(lǐng)域的自動(dòng)化和智能化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同期線損的分析統(tǒng)計(jì)，突破該微小耗電計(jì)量領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白。

1 非系統(tǒng)微電源設(shè)備功耗智能采集終端的技術(shù)背景

隨著電力營(yíng)銷技術(shù)的飛速發(fā)展，在電力銷售過程越來越多地使用自動(dòng)化監(jiān)控和自動(dòng)化計(jì)量的管理方法。然而傳統(tǒng)的供電和用電流程中，供電企業(yè)是通過配置一個(gè)供電設(shè)備用于對(duì)當(dāng)前供電區(qū)域內(nèi)的用電設(shè)備進(jìn)行供電，用電設(shè)備的輸入端與供電設(shè)備的輸出端連接獲取電能，為了對(duì)每個(gè)用電設(shè)備的耗電量進(jìn)行計(jì)量、監(jiān)控和管理，供電企業(yè)往往以家庭或用電企業(yè)為單位，為每個(gè)用電單位均配置一個(gè)電能計(jì)量裝置用于對(duì)消耗電量的計(jì)量和統(tǒng)計(jì)。

然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各種功率非常低的非系統(tǒng)微小負(fù)載被普遍應(yīng)用于城市、農(nóng)村各種環(huán)境中，且存在分布分散和安裝位置偏遠(yuǎn)的問題，一方面若直接采用電能計(jì)量表對(duì)微小負(fù)載的耗電情況進(jìn)行計(jì)量，由于電量極小從而使計(jì)量精確性無法滿足需求，同時(shí)由于微小負(fù)載的分布分散且偏遠(yuǎn)、數(shù)量特別巨大的問題，需要配置大量電能計(jì)量表對(duì)微小負(fù)載進(jìn)行耗電監(jiān)控，導(dǎo)致供電企業(yè)成本大量增加，提高了供電企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成本；同時(shí)大量微小負(fù)載的安裝地點(diǎn)不具備安裝電能表的條件，也給管理工作帶來極大的壓力。另一方面，現(xiàn)有電力供電系統(tǒng)均已實(shí)現(xiàn)計(jì)量自動(dòng)化的管理方法，因此通過傳統(tǒng)的人工對(duì)每個(gè)微小負(fù)載的耗電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算再上傳系統(tǒng)也無法滿足實(shí)際管理需求，與現(xiàn)行的營(yíng)銷管理自動(dòng)化、無人化，計(jì)量自動(dòng)化實(shí)時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)、分析電量和同期線損管理要求格格不入。

2 非系統(tǒng)微電源設(shè)備用電計(jì)量管理現(xiàn)狀

各種監(jiān)控視頻設(shè)備又稱天網(wǎng)工程，交通信號(hào)燈、抓拍視頻、農(nóng)村雪亮工程、移動(dòng)、聯(lián)通、電信、網(wǎng)絡(luò)公司的光纖信號(hào)放大器及小水庫(kù)水位檢測(cè)儀等分布式非系統(tǒng)微小用電負(fù)載，由于國(guó)內(nèi)在這一微小用電設(shè)備領(lǐng)域暫無有效的計(jì)量器具。一直以來各級(jí)供電企業(yè)均是與這一類用戶采取提供設(shè)備安裝數(shù)量，疊加不同設(shè)備功率，再按照不同負(fù)載的用電特性、用電時(shí)間（每天24或者12 h不等）每月在抄表規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算用電量，然后在每一個(gè)公共配變的抄表周期內(nèi)手工輸入電量進(jìn)行臺(tái)區(qū)電量及線損統(tǒng)計(jì)；這種方式雖然一時(shí)能夠解決這些設(shè)備供電結(jié)算問題，但是隨著供電企業(yè)各類計(jì)量裝置均實(shí)現(xiàn)了根據(jù)管理需求可以自行設(shè)置及調(diào)整時(shí)段實(shí)行電量自動(dòng)采集，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算同期線損的營(yíng)銷計(jì)量自動(dòng)化、智能化；由于還有這種電量計(jì)量方式的存在；導(dǎo)致了供電企業(yè)營(yíng)銷管理（計(jì)量自動(dòng)化）無法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和無人化，無法實(shí)現(xiàn)適時(shí)電量的抄錄及線損按天、按周及按月統(tǒng)計(jì)分析，同期線損無法滿足精益化管理的要求。

特別是南方電網(wǎng)公司全面推進(jìn)營(yíng)銷精益化管理過程中，將同期線損作為營(yíng)銷計(jì)量自動(dòng)化管理的最關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作，然而針對(duì)這一類分布式微小負(fù)載不論是國(guó)家電網(wǎng)有限公司還是南方電網(wǎng)公司均沒有科學(xué)有效的計(jì)量方式加以解決，從而在實(shí)現(xiàn)計(jì)量自動(dòng)化全覆蓋的過程中這一類微小用戶仍然需要通過人為計(jì)算再錄入系統(tǒng)（現(xiàn)在營(yíng)銷系統(tǒng)已經(jīng)不允許、也不能夠進(jìn)行電量手工錄入），在推進(jìn)同期線損計(jì)算中因?yàn)檫@一類用戶的影響從而事實(shí)上導(dǎo)致了所有配變的同期線損均無法實(shí)現(xiàn)真實(shí)性，無法真正實(shí)現(xiàn)無人化、自動(dòng)化、智能化，導(dǎo)致了電量銷售環(huán)節(jié)無法解決的一個(gè)共性問題。

3 非系統(tǒng)微電源設(shè)備功耗智能采集終端的研究?jī)?nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)微小負(fù)載的耗電進(jìn)行管理過程中存在的管理難度大、管理成本高的技術(shù)問題，通過發(fā)明一種分布式微負(fù)荷用電設(shè)備的智能耗電管理終端，自動(dòng)根據(jù)每個(gè)微小負(fù)載耗電情況進(jìn)行智能采集電量，從而降低了管理難度和管理成本，提高了管理效率和管理精確性。

分布式微負(fù)荷用電設(shè)備的耗電管理系統(tǒng)包括：供電設(shè)備，用于對(duì)當(dāng)前管理區(qū)域內(nèi)的用電設(shè)備提供電能；N個(gè)微小負(fù)載，配置于當(dāng)前某個(gè)配電臺(tái)區(qū)的管理區(qū)域，每個(gè)微負(fù)荷用電設(shè)備的輸入端與供電設(shè)備的輸出端連接以獲取供電電能；耗電管理終端的輸入端與供電設(shè)備的輸出端連接，用于獲取供電設(shè)備的電能輸出信息，并基于電能輸出信息生成每個(gè)微小負(fù)載的耗電信息；主控中心，與耗電管理終端連接，用于獲取由耗電管理終端上傳的耗電信息以對(duì)每個(gè)微負(fù)荷用電設(shè)備進(jìn)行耗電管理。

3.1 內(nèi)容

耗電管理系統(tǒng)包括集中數(shù)據(jù)采集裝置，配置于主控中心和耗電管理終端之間，集中數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與主控中心連接，集中數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端與至少一個(gè)耗電管理終端連接，用于獲取至少一個(gè)耗電管理終端上傳的耗電信息，并將耗電信息上傳至所述主控中心。

主控中心還包括無線接收模塊，無線接收模塊與耗電管理終端或集中數(shù)據(jù)采集裝置無線連接，用于以無線通信的方式獲取耗電管理終端或集中數(shù)據(jù)采集裝置上傳的耗電信息。耗電管理系統(tǒng)還包括運(yùn)行傳感組件，一一對(duì)應(yīng)地配置于每個(gè)微小負(fù)載的輸入端，用于獲取與運(yùn)行傳感組件對(duì)應(yīng)的微小負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)信息，并將運(yùn)行狀態(tài)信息以有線通信或無線通信的方式反饋至耗電管理終端。

電管理系統(tǒng)包括供電設(shè)備、主控中心和至少一個(gè)微小負(fù)載，其特征在于，耗電管理終端包括：輸入端，與供電設(shè)備的輸出端連接，用于獲取供電設(shè)備的電能輸出信息；通信端口，用于獲取由第一外部設(shè)備輸入的通信信息或向第一外部設(shè)備輸出通信信息；用戶輸入單元，用于獲取用戶的輸入信息和/或?qū)ξ⑿∝?fù)載的耗電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；運(yùn)算單元，與輸入端、通信端口以及用戶輸入單元電連接，用于基于電能輸出信息、通信信息和/或輸入信息生成微小負(fù)載的耗電信息。輸入端還用于通過供電設(shè)備的輸出端獲取供電電能，并為耗電管理終端提供正常運(yùn)行所需的電能消耗；耗電管理終端還包括儲(chǔ)能裝置，儲(chǔ)能裝置中存儲(chǔ)有供電電能，用于為耗電管理終端提供正常運(yùn)行所需的電能消耗。

用戶輸入單元為觸摸屏顯示裝置，用于獲取用戶的輸入信息以及對(duì)耗電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；用戶輸入單元包括輸入按鍵和顯示裝置，輸入按鍵用于獲取用戶的操作信息，并基于操作信息生成對(duì)應(yīng)的輸入信息，顯示裝置用于對(duì)耗電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

耗電管理終端還包括緩存單元，緩存單元與運(yùn)算單元電連接，用于獲取耗電信息，并按預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)耗電信息進(jìn)行存儲(chǔ)。耗電管理終端還包括無線通信裝置，無線通信裝置與緩存單元電連接，用于將耗電信息通過無線通信方式發(fā)送出去或獲取由第二外部設(shè)備上傳的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

3.2 功能

規(guī)格：三相四線380 V模擬計(jì)量裝置。接入工作電流電壓（不考慮負(fù)荷輸出接線端）

輸入功能：具有手動(dòng)（自動(dòng)：插上接口可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)導(dǎo)入）輸入各種微小負(fù)載設(shè)備的功率（運(yùn)行以后可以根據(jù)用戶需求隨時(shí)添加或者刪除）。

計(jì)算功能：可以根據(jù)用戶安裝的每一個(gè)公共配變臺(tái)區(qū)內(nèi)A、B、C、三相上的不同數(shù)量、不同功率的微小用電設(shè)備以及不斷變化的數(shù)量和功率進(jìn)行計(jì)算功率并實(shí)時(shí)累計(jì)用電量（實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)疊加電量，與真實(shí)的電能計(jì)量裝置計(jì)量設(shè)備用電一樣實(shí)時(shí)反映不同的電量值）并轉(zhuǎn)換為數(shù)字通過顯示屏實(shí)時(shí)計(jì)量。

顯示功能：與真實(shí)電能表一樣，自動(dòng)累計(jì)電量并實(shí)時(shí)顯示不同的累加電量數(shù)字。

凍結(jié)功能：具備其他多功能電能表的日、月（可以自行設(shè)置抄表時(shí)段進(jìn)行自動(dòng)凍結(jié)）數(shù)據(jù)凍結(jié)功能。

自動(dòng)采集功能：這個(gè)可以有兩個(gè)方面，一是通過載波（或者其他傳輸方式）采集器的方式傳輸?shù)脚渥兣_(tái)區(qū)低壓集中器進(jìn)行采集，使其能夠?qū)崿F(xiàn)臺(tái)區(qū)同期線損的真實(shí)統(tǒng)計(jì)。二是按照負(fù)荷管理終端或者配變監(jiān)測(cè)終端的采集方式接入計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)采集。不論哪種采集方案，均能夠?qū)崿F(xiàn)A、B、C三相上的不同負(fù)載及用電量分別采集歸結(jié)于該臺(tái)變不同的相別上。

失壓累計(jì)功能：也就是如果三相或者某一相電壓失壓，停電的那一相或者三相同時(shí)就停止累計(jì)電量，來電后又開始累計(jì)電量。其系統(tǒng)功能及原理流程圖，如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖

圖3 工作流程圖

4 非系統(tǒng)微電源設(shè)備功耗智能采集終端的發(fā)展

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于分布式微負(fù)荷用電設(shè)備電量采集還處于空白，仍然采用傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)算法，這最后方法一是不具有科學(xué)性和可持續(xù)性，無法維護(hù)公平合理的電力交易，特別是對(duì)電力用戶極度不公平，同時(shí)存在是否合法合規(guī)的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)；通過推進(jìn)該項(xiàng)目的研制與應(yīng)用，可以化解這一用電管理瓶頸問題，徹底解決供電系統(tǒng)當(dāng)前無法對(duì)分布式微負(fù)荷功耗進(jìn)行有效計(jì)量和無法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)真實(shí)同期線損的實(shí)際情況。同時(shí)該項(xiàng)新技術(shù)新方法具有非常廣泛的應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景。

4.1 優(yōu)勢(shì)

各類非系統(tǒng)分布式微負(fù)荷功耗計(jì)量問題（天網(wǎng)工程、交通信號(hào)、視頻監(jiān)控設(shè)備、農(nóng)村雪亮工程、移動(dòng)、聯(lián)通、電信、網(wǎng)絡(luò)公司光纖放大器以及其他分布式微小負(fù)載設(shè)備），解決當(dāng)前同期線損異常問題（由于每一個(gè)配變臺(tái)區(qū)均或多或少安裝有天網(wǎng)工程的視頻監(jiān)控設(shè)備，各類光纖放大器等微小負(fù)載，導(dǎo)致事實(shí)上所有的臺(tái)區(qū)同期線損都是不真實(shí)的）；補(bǔ)足電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)電量銷售環(huán)節(jié)的最后一塊短板，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)對(duì)分布式微小負(fù)荷用電設(shè)備無有效計(jì)量器具的空白，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)量管理自動(dòng)化、智能化，同期線損實(shí)時(shí)監(jiān)控、計(jì)算，做到精準(zhǔn)、真實(shí)，全面提升營(yíng)銷計(jì)量管理水平。

4.2 應(yīng)用前景

由于供電企業(yè)的每個(gè)配變區(qū)域均按照有不同數(shù)量的（公安系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、移動(dòng)、聯(lián)通、電信等均存在分布式微小負(fù)載的用戶）這類用戶，按照不同用戶分類，每個(gè)配變臺(tái)區(qū)需求至少安裝3—4只耗電采集終端，那么貴州電網(wǎng)公司公共配變約為20多萬臺(tái)，至少需要配置60多萬只、南方電網(wǎng)公司至少需要300多萬只，全國(guó)至少需要2000萬只。該項(xiàng)目?jī)H產(chǎn)品銷售經(jīng)濟(jì)規(guī)模就會(huì)超過百億。

該設(shè)備成本低，實(shí)用性強(qiáng)、效果明顯，一次性投入，終身免維護(hù)，最關(guān)鍵地是全面解決了分布式微小負(fù)載電量銷售環(huán)節(jié)計(jì)量自動(dòng)采集問題，真正實(shí)現(xiàn)了營(yíng)銷計(jì)量管理自動(dòng)化、智能化；同時(shí)安裝簡(jiǎn)單、方便、快捷，安全可靠，對(duì)安裝人員的技術(shù)技能要求不高。

通過該設(shè)備的推廣應(yīng)用，可以節(jié)約企業(yè)的管理成本和人力資源成本，消除經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，營(yíng)造公平的電力交易市場(chǎng)。

該發(fā)明技術(shù)與方法應(yīng)用前景及應(yīng)用范圍十分廣泛，可以應(yīng)用在不同的無法用實(shí)際量化的其他行業(yè)領(lǐng)域。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)非系統(tǒng)分布式微負(fù)荷用電設(shè)備無有效計(jì)量器具的現(xiàn)實(shí)情況，提出了研發(fā)非系統(tǒng)分布式微負(fù)荷用電設(shè)備耗電智能采集管理終端，并推進(jìn)該項(xiàng)新技術(shù)及其系統(tǒng)的研究，該智能采集終端能夠自動(dòng)根據(jù)每個(gè)微負(fù)荷用電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行耗電采集管理，從而降低了管理難度和管理成本，提高了管理效率和管理精準(zhǔn)性，同時(shí)隨著該智能終端的全面推廣應(yīng)用，將顛覆傳統(tǒng)的計(jì)量方式，開辟一個(gè)全新的計(jì)量領(lǐng)域。通過對(duì)該項(xiàng)目的技術(shù)方案研究，取得了突破性的進(jìn)展，申請(qǐng)了兩項(xiàng)發(fā)明專利并通過了實(shí)質(zhì)審查（一種分布式微小負(fù)載的耗電管理方法：專利號(hào)：ZL 2019 1 0609928.2；一種分布式微小負(fù)載耗電管理系統(tǒng)及耗電管理終端：專利號(hào)：ZL 2019 1 0609940.3），獲得了貴州省電力工會(huì)優(yōu)秀合理化建議一等獎(jiǎng)，為該項(xiàng)目的技術(shù)路線和技術(shù)方案奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。