非系統微電源設備功耗智能采集終端的分析與研究

楊葉奎

（貴州電網銅仁思南供電局，貴州 思南 565100）

供電企業對營銷精益化管理的要求越來越高，電力銷售環節中最關鍵的、事關企業經營成果與線損管理的電能計量裝置，已經完全實現了計量自動化和采集智能化；然而，各種交通信號燈、抓拍視頻、移動、聯通、電信、網絡公司的光纖信號放大器及小水庫水位檢測儀等非系統分布式微小用電負載一直被忽略。隨著國家對安全管控的不斷加強和完善，不管城市還是鄉村，交通要道還是人流密集區，均大量密集安裝了這類設備。由于這類設備均是功率微小（5～50 W不等），安裝地點又分散，不論是其用電負荷功率還是安裝地點均不具備單獨安裝電能計量裝置的條件，這卻給供電企業趨于完善的計量自動化管理和用電管理帶來了極大的挑戰。研發非系統分布式微小負載耗電設備電量智能采集終端顯得尤為迫切。

本文將從以下4個方面對非系統微小耗電設備產生對供電企業計量管理及用電管理方面帶來的危害性進行系統分析，并尋求一種科學有效的解決方案，以期填補國內在這一領域無有效計量器具的空白，實現供電企業電力銷售領域的自動化和智能化，實現實時同期線損的分析統計，突破該微小耗電計量領域的國內空白。

1 非系統微電源設備功耗智能采集終端的技術背景

隨著電力營銷技術的飛速發展，在電力銷售過程越來越多地使用自動化監控和自動化計量的管理方法。然而傳統的供電和用電流程中，供電企業是通過配置一個供電設備用于對當前供電區域內的用電設備進行供電，用電設備的輸入端與供電設備的輸出端連接獲取電能，為了對每個用電設備的耗電量進行計量、監控和管理，供電企業往往以家庭或用電企業為單位，為每個用電單位均配置一個電能計量裝置用于對消耗電量的計量和統計。

然而在實際應用過程中，隨著社會的不斷發展，各種功率非常低的非系統微小負載被普遍應用于城市、農村各種環境中，且存在分布分散和安裝位置偏遠的問題，一方面若直接采用電能計量表對微小負載的耗電情況進行計量，由于電量極小從而使計量精確性無法滿足需求，同時由于微小負載的分布分散且偏遠、數量特別巨大的問題，需要配置大量電能計量表對微小負載進行耗電監控，導致供電企業成本大量增加，提高了供電企業的經營成本；同時大量微小負載的安裝地點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，現有電力供電系統均已實現計量自動化的管理方法，因此通過傳統的人工對每個微小負載的耗電情況進行統計計算再上傳系統也無法滿足實際管理需求，與現行的營銷管理自動化、無人化，計量自動化實時采集、統計、分析電量和同期線損管理要求格格不入。

2 非系統微電源設備用電計量管理現狀

各種監控視頻設備又稱天網工程，交通信號燈、抓拍視頻、農村雪亮工程、移動、聯通、電信、網絡公司的光纖信號放大器及小水庫水位檢測儀等分布式非系統微小用電負載，由于國內在這一微小用電設備領域暫無有效的計量器具。一直以來各級供電企業均是與這一類用戶采取提供設備安裝數量，疊加不同設備功率，再按照不同負載的用電特性、用電時間（每天24或者12 h不等）每月在抄表規定時間內進行計算用電量，然后在每一個公共配變的抄表周期內手工輸入電量進行臺區電量及線損統計；這種方式雖然一時能夠解決這些設備供電結算問題，但是隨著供電企業各類計量裝置均實現了根據管理需求可以自行設置及調整時段實行電量自動采集，系統自動計算同期線損的營銷計量自動化、智能化；由于還有這種電量計量方式的存在；導致了供電企業營銷管理（計量自動化）無法真正實現自動化、智能化和無人化，無法實現適時電量的抄錄及線損按天、按周及按月統計分析，同期線損無法滿足精益化管理的要求。

特別是南方電網公司全面推進營銷精益化管理過程中，將同期線損作為營銷計量自動化管理的最關鍵的基礎工作，然而針對這一類分布式微小負載不論是國家電網有限公司還是南方電網公司均沒有科學有效的計量方式加以解決，從而在實現計量自動化全覆蓋的過程中這一類微小用戶仍然需要通過人為計算再錄入系統（現在營銷系統已經不允許、也不能夠進行電量手工錄入），在推進同期線損計算中因為這一類用戶的影響從而事實上導致了所有配變的同期線損均無法實現真實性，無法真正實現無人化、自動化、智能化，導致了電量銷售環節無法解決的一個共性問題。

3 非系統微電源設備功耗智能采集終端的研究內容

為了克服現有技術中對微小負載的耗電進行管理過程中存在的管理難度大、管理成本高的技術問題，通過發明一種分布式微負荷用電設備的智能耗電管理終端，自動根據每個微小負載耗電情況進行智能采集電量，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。

分布式微負荷用電設備的耗電管理系統包括：供電設備，用于對當前管理區域內的用電設備提供電能；N個微小負載，配置于當前某個配電臺區的管理區域，每個微負荷用電設備的輸入端與供電設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備的輸出端連接，用于獲取供電設備的電能輸出信息，并基于電能輸出信息生成每個微小負載的耗電信息；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每個微負荷用電設備進行耗電管理。

3.1 內容

耗電管理系統包括集中數據采集裝置，配置于主控中心和耗電管理終端之間，集中數據采集裝置的輸出端與主控中心連接，集中數據采集裝置的輸入端與至少一個耗電管理終端連接，用于獲取至少一個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據采集裝置無線連接，用于以無線通信的方式獲取耗電管理終端或集中數據采集裝置上傳的耗電信息。耗電管理系統還包括運行傳感組件，一一對應地配置于每個微小負載的輸入端，用于獲取與運行傳感組件對應的微小負載的運行狀態信息，并將運行狀態信息以有線通信或無線通信的方式反饋至耗電管理終端。

電管理系統包括供電設備、主控中心和至少一個微小負載，其特征在于，耗電管理終端包括：輸入端，與供電設備的輸出端連接，用于獲取供電設備的電能輸出信息；通信端口，用于獲取由第一外部設備輸入的通信信息或向第一外部設備輸出通信信息；用戶輸入單元，用于獲取用戶的輸入信息和/或對微小負載的耗電信息進行實時顯示；運算單元，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載的耗電信息。輸入端還用于通過供電設備的輸出端獲取供電電能，并為耗電管理終端提供正常運行所需的電能消耗；耗電管理終端還包括儲能裝置，儲能裝置中存儲有供電電能，用于為耗電管理終端提供正常運行所需的電能消耗。

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耗電信息進行實時顯示；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應的輸入信息，顯示裝置用于對耗電信息進行實時顯示。

耗電管理終端還包括緩存單元，緩存單元與運算單元電連接，用于獲取耗電信息，并按預設規則對耗電信息進行存儲。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送出去或獲取由第二外部設備上傳的監控數據。

3.2 功能

規格：三相四線380 V模擬計量裝置。接入工作電流電壓（不考慮負荷輸出接線端）

輸入功能：具有手動（自動：插上接口可以實現系統導入）輸入各種微小負載設備的功率（運行以后可以根據用戶需求隨時添加或者刪除）。

計算功能：可以根據用戶安裝的每一個公共配變臺區內A、B、C、三相上的不同數量、不同功率的微小用電設備以及不斷變化的數量和功率進行計算功率并實時累計用電量（實現實時疊加電量，與真實的電能計量裝置計量設備用電一樣實時反映不同的電量值）并轉換為數字通過顯示屏實時計量。

顯示功能：與真實電能表一樣，自動累計電量并實時顯示不同的累加電量數字。

凍結功能：具備其他多功能電能表的日、月（可以自行設置抄表時段進行自動凍結）數據凍結功能。

自動采集功能：這個可以有兩個方面，一是通過載波（或者其他傳輸方式）采集器的方式傳輸到配變臺區低壓集中器進行采集，使其能夠實現臺區同期線損的真實統計。二是按照負荷管理終端或者配變監測終端的采集方式接入計量自動化系統自動采集。不論哪種采集方案，均能夠實現A、B、C三相上的不同負載及用電量分別采集歸結于該臺變不同的相別上。

失壓累計功能：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就停止累計電量，來電后又開始累計電量。其系統功能及原理流程圖，如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 系統功能圖

圖3 工作流程圖

4 非系統微電源設備功耗智能采集終端的發展

目前國內對于分布式微負荷用電設備電量采集還處于空白，仍然采用傳統的人工統計算法，這最后方法一是不具有科學性和可持續性，無法維護公平合理的電力交易，特別是對電力用戶極度不公平，同時存在是否合法合規的經營風險；通過推進該項目的研制與應用，可以化解這一用電管理瓶頸問題，徹底解決供電系統當前無法對分布式微負荷功耗進行有效計量和無法實時統計真實同期線損的實際情況。同時該項新技術新方法具有非常廣泛的應用范圍和應用前景。

4.1 優勢

各類非系統分布式微負荷功耗計量問題（天網工程、交通信號、視頻監控設備、農村雪亮工程、移動、聯通、電信、網絡公司光纖放大器以及其他分布式微小負載設備），解決當前同期線損異常問題（由于每一個配變臺區均或多或少安裝有天網工程的視頻監控設備，各類光纖放大器等微小負載，導致事實上所有的臺區同期線損都是不真實的）；補足電網經營企業電量銷售環節的最后一塊短板，填補國內對分布式微小負荷用電設備無有效計量器具的空白，真正實現計量管理自動化、智能化，同期線損實時監控、計算，做到精準、真實，全面提升營銷計量管理水平。

4.2 應用前景

由于供電企業的每個配變區域均按照有不同數量的（公安系統、交通系統、移動、聯通、電信等均存在分布式微小負載的用戶）這類用戶，按照不同用戶分類，每個配變臺區需求至少安裝3—4只耗電采集終端，那么貴州電網公司公共配變約為20多萬臺，至少需要配置60多萬只、南方電網公司至少需要300多萬只，全國至少需要2000萬只。該項目僅產品銷售經濟規模就會超過百億。

該設備成本低，實用性強、效果明顯，一次性投入，終身免維護，最關鍵地是全面解決了分布式微小負載電量銷售環節計量自動采集問題，真正實現了營銷計量管理自動化、智能化；同時安裝簡單、方便、快捷，安全可靠，對安裝人員的技術技能要求不高。

通過該設備的推廣應用，可以節約企業的管理成本和人力資源成本，消除經營風險，營造公平的電力交易市場。

該發明技術與方法應用前景及應用范圍十分廣泛，可以應用在不同的無法用實際量化的其他行業領域。

5 結束語

本文針對非系統分布式微負荷用電設備無有效計量器具的現實情況，提出了研發非系統分布式微負荷用電設備耗電智能采集管理終端，并推進該項新技術及其系統的研究，該智能采集終端能夠自動根據每個微負荷用電設備的運行情況進行耗電采集管理，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性，同時隨著該智能終端的全面推廣應用，將顛覆傳統的計量方式，開辟一個全新的計量領域。通過對該項目的技術方案研究，取得了突破性的進展，申請了兩項發明專利并通過了實質審查（一種分布式微小負載的耗電管理方法：專利號：ZL 2019 1 0609928.2；一種分布式微小負載耗電管理系統及耗電管理終端：專利號：ZL 2019 1 0609940.3），獲得了貴州省電力工會優秀合理化建議一等獎，為該項目的技術路線和技術方案奠定了堅實的基礎。