采集終端備電設備應用及探討

歐陽夢妮 李 浩 年俊華

（國網宜昌供電公司，湖北 宜昌443000）

目前隨著用電信息采集建設的愈發完善，國網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據的指標要求也日趨嚴格。用電信息數據采集作為智能電網的重要組成部分，采集成功率代表著用電信息采集系統的可靠性及供電公司的管理水平。

但現場部分季節性用電客戶、高壓雙電源切換用戶或者停電故障高發區的終端經常面臨用電信息采集終端停電問題，導致無法監測用戶用電情況，數據無法抄讀。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務的開展。同時，針對季節性用電客戶，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、操作復雜，傳統終端電源備電手段反復操作無法一次性解決，缺乏技術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據采集指標。能夠在現場無電情況下持續為終端供電或者定時為終端供電，要能夠兼容現場57.7V/100V/220V 不同電壓規格，并且能夠在電網側來電后快速的切換至電網供電。

1 國內外研究水平綜述

目前針對用電信息采集終端停電停電情況下的數據采集，部分地區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備，但是普遍存在供電時間短、無法智能投切、供電電壓規格單一、轉換效率低等問題，無法滿足現場的多樣化需求。

2 采集終端備電設備的工作原理及技術要求

2.1 采集終端備電設備工作原理

系統實時檢測電網狀態，當電網停電或電網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。當電網恢復正常，系統將終端供電電源自動切換至交流電源，整機進入待機狀態，降低電池消耗。系統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，以保證連續陰雨天的可靠供電（圖1）。

2.2 主要技術要求

考慮到現場無電情況，采集終端備電設備采用大功率高效率光伏板進行發電，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，能夠在完全無光照情況下持續為終端供電或者定時為終端供電。能夠兼容現場57.7V/100V/220V 不同電壓規格，且能夠在電網側來電后快速的切換至電網供電。

圖1 采集備電設備工作原理圖

同時，考慮到現場復雜的應用環境，采集終端備電設備應具備如下特性：

2.2.1 穩定性：采用專利技術防止勵磁涌流，保證設備穩定運行。采用MPPT 技術追蹤光伏發電最大功率點，最大限度利用太陽能；

2.2.2 智能化：智能投切技術，保證電源自動、快速投切；

2.2.3 適用性強： 采用 SPWM 調制技術輸出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，現場維護方便快捷。可根據現場實際使用需求，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，保障設備在各種惡劣環境下的長時間運行。

2.3 主要技術難點

2.3.1 高效逆變技術及多電壓兼容方案

電池組低壓直流轉換為57.7V100V220V 的高壓交流有多種技術方案，如直流升壓+逆變、逆變+交流升壓等，多種方案各有優缺點，需要根據情況考慮安全、便捷、可靠等方面選取最優方案，并通過優化測試，調整電路結構以提高效率。以較小的代價、簡單的結構實現逆變輸出及多電壓兼容的功能。

2.3.2 智能檢測、投切技術

備電系統必須穩定可靠的判斷電網狀態，無縫切換。實現該功能涉及到智能檢測的穩定、靈敏以及切換的可靠、迅速。提高采樣電路精度，設計智能檢測算法，通過電壓值、過零點等特點判斷電網狀態，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定實現。

3 采集終端備電設備應用場景及現場實施

3.1 采集終端備電設備應用場景

調研裝置的應用場景，應用場景多為季節性用電客戶、高壓雙電源切換用戶或者停電故障高發區的終端臺區，于是從安全、成本、技術等多角度出發，評估其的優勢及劣勢，考慮如何在最安全、最低成本的情況下以較為先進的技術去實現、去解決問題；梳理應用場景，考慮設備在多種場景下的兼容性，同時深層次調研多類型用戶的需求，統計分析調研結果，對于設備規格，提出優化，針對不同場景應用。

設計系統整體結構為可通過光伏板、風力發電機為設備供電、電池充電，通過逆變輸出為57.7V100V220V 的多電壓規格，為電表終端供電；可通過485 通訊串口修改并設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，設計一整套完整的整機結構，以滿足戶內與戶外兩種大應用場景需求。

3.2 采集終端備電設備現場安裝及調試

3.2.1 現場安裝必備工具

筆記本電腦（安裝采集終端備電系統調試軟件）、USB 轉232 轉485 模塊（紅色模塊+黑色模塊+轉接板）、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

采集終端備電設備按照主機、光伏板安裝——接線——調試、確認參數的順序進行安裝調試。

圖2 采集備電設備安裝示意圖

3.2.2.1 主機、光伏板安裝

箱變：若箱變內部有位置，主機可直接放置在箱變內，內部無位置主機可掛在箱變側壁，主機務必保證豎直方向安裝或放置，嚴禁平放。光伏板安裝掛在側壁或放置在箱變頂部，伏板務必朝南，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 采集備電設備箱變現場安裝圖

室內、地下室：主機放置于計量柜內或放置在地面，務必保證豎直放置，禁止平放。光伏板通過延長線引至室外，務必朝南，無遮擋。（禁止在室內朝向燈光）若室內有常用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 一種規格，若桿粗需要與施工隊或局方協調）光伏板重量較輕，可使用鐵絲綁住。光伏板務必朝南，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 采集備電設備臺架現場安裝圖

3.2.2.2 接線

電池組接入：取下機箱內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主機下側光伏端子。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，延長線務必確認正負關系，防止反接。光伏端子務必插緊，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接線，防止接錯電壓等級導致終端或設備損壞。切勿將備電系統輸出接入電網；輸入輸出線從防水接頭穿出，擰緊接頭，防止進水；務必通過主機下部的接地螺栓將設備可靠接地，防止觸電。

3.2.2.3 調試及采集供電策略

按照我們地區的采集要求和規定，進行備電設備相應的調試和設備。以湖北地區為例，采集策略為凌晨1：30 開始招測日凍結；曲線數據2、3 點左右集中招測；曲線數據正常招測周期為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 持續供電，確保日凍結可穩定招測；早上07：50-09：00 持續供電，利用補招，補招前幾天凍結的數據，同時可人工補招部分數據。

4 結論

我們選取不同條件的臺區進行現場試點，測試備電系統在不同應用環境下的兼容情況及運行可靠性。安裝于箱變外部、室內或地下室、電線桿上，只需設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。系統設備實時檢測電網狀態，當電網停電或電網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。當電網恢復正常，系統設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，降低電池消耗。系統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。