采集终端备电设备应用及探讨

欧阳梦妮 李 浩 年俊华

（国网宜昌供电公司，湖北 宜昌443000）

目前随着用电信息采集建设的愈发完善，国网公司对于用电信息采集终端的上线率、采集成功率及全量数据的指标要求也日趋严格。用电信息数据采集作为智能电网的重要组成部分，采集成功率代表着用电信息采集系统的可靠性及供电公司的管理水平。

但现场部分季节性用电客户、高压双电源切换用户或者停电故障高发区的终端经常面临用电信息采集终端停电问题，导致无法监测用户用电情况，数据无法抄读。严重影响了考核指标的同时也影响到线损核算及电费核算等核心业务的开展。同时，针对季节性用电客户，目前为了保证采集终端供电，变压器长期空载运行导致线损增加，且影响变压器的使用寿命。

目前终端电源备电手段有限、操作复杂，传统终端电源备电手段反复操作无法一次性解决，缺乏技术手段和工作繁重是一直摆在电力营销人员面前的工作难题。

因此需要一款设备能够在长期无市电情况下对用电信息采集终端及电表供电，以保证上线率及全量数据采集指标。能够在现场无电情况下持续为终端供电或者定时为终端供电，要能够兼容现场57.7V/100V/220V 不同电压规格，并且能够在电网侧来电后快速的切换至电网供电。

1 国内外研究水平综述

目前针对用电信息采集终端停电停电情况下的数据采集，部分地区使用双市电电源供电的方案，此方案耗时耗力，造成了极大地资源浪费。同时市面上也有部分采用电池储能进行供电的设备，但是普遍存在供电时间短、无法智能投切、供电电压规格单一、转换效率低等问题，无法满足现场的多样化需求。

2 采集终端备电设备的工作原理及技术要求

2.1 采集终端备电设备工作原理

系统实时检测电网状态，当电网停电或电网电压不在正常工作范围时，通过投切继电器将终端供电电源切换至备用电源，同时逆变输出向采集终端及电表供电。当电网恢复正常，系统将终端供电电源自动切换至交流电源，整机进入待机状态，降低电池消耗。系统的光伏最大功率追踪（MPPT）功能，可最大限度利用光伏板能量，在光照充足时及时为电池组件充电，以保证连续阴雨天的可靠供电（图1）。

2.2 主要技术要求

考虑到现场无电情况，采集终端备电设备采用大功率高效率光伏板进行发电，使用安全可靠的高性能铅酸电池进行储能，并且具备主控系统，能够在完全无光照情况下持续为终端供电或者定时为终端供电。能够兼容现场57.7V/100V/220V 不同电压规格，且能够在电网侧来电后快速的切换至电网供电。

图1 采集备电设备工作原理图

同时，考虑到现场复杂的应用环境，采集终端备电设备应具备如下特性：

2.2.1 稳定性：采用专利技术防止励磁涌流，保证设备稳定运行。采用MPPT 技术追踪光伏发电最大功率点，最大限度利用太阳能；

2.2.2 智能化：智能投切技术，保证电源自动、快速投切；

2.2.3 适用性强： 采用 SPWM 调制技术输出57.7V/100V/220V 三种电压等级交流电，满足不同场景需求要求；

2.2.4 可操作性：具备深度定制的485 通信接口，现场维护方便快捷。可根据现场实际使用需求，灵活配置供电时间及供电策略；

2.2.5 低功耗模式：具备手动/自动唤醒模式，保障设备在各种恶劣环境下的长时间运行。

2.3 主要技术难点

2.3.1 高效逆变技术及多电压兼容方案

电池组低压直流转换为57.7V100V220V 的高压交流有多种技术方案，如直流升压+逆变、逆变+交流升压等，多种方案各有优缺点，需要根据情况考虑安全、便捷、可靠等方面选取最优方案，并通过优化测试，调整电路结构以提高效率。以较小的代价、简单的结构实现逆变输出及多电压兼容的功能。

2.3.2 智能检测、投切技术

备电系统必须稳定可靠的判断电网状态，无缝切换。实现该功能涉及到智能检测的稳定、灵敏以及切换的可靠、迅速。提高采样电路精度，设计智能检测算法，通过电压值、过零点等特点判断电网状态，选取可靠、迅速切换装置等才能保证智能检测投切功能的稳定实现。

3 采集终端备电设备应用场景及现场实施

3.1 采集终端备电设备应用场景

调研装置的应用场景，应用场景多为季节性用电客户、高压双电源切换用户或者停电故障高发区的终端台区，于是从安全、成本、技术等多角度出发，评估其的优势及劣势，考虑如何在最安全、最低成本的情况下以较为先进的技术去实现、去解决问题；梳理应用场景，考虑设备在多种场景下的兼容性，同时深层次调研多类型用户的需求，统计分析调研结果，对于设备规格，提出优化，针对不同场景应用。

设计系统整体结构为可通过光伏板、风力发电机为设备供电、电池充电，通过逆变输出为57.7V100V220V 的多电压规格，为电表终端供电；可通过485 通讯串口修改并设置供电时间段及供电方式，提高供电的智能化；在满足上述功能的同时，设计一整套完整的整机结构，以满足户内与户外两种大应用场景需求。

3.2 采集终端备电设备现场安装及调试

3.2.1 现场安装必备工具

笔记本电脑（安装采集终端备电系统调试软件）、USB 转232 转485 模块（红色模块+黑色模块+转接板）、宽度小于4MM 的一字螺丝刀、万用表大螺丝刀、扳手、钳子等常用工具、梯子、脚扣等。

3.2.2 安装步骤及注意事项

采集终端备电设备按照主机、光伏板安装——接线——调试、确认参数的顺序进行安装调试。

图2 采集备电设备安装示意图

3.2.2.1 主机、光伏板安装

箱变：若箱变内部有位置，主机可直接放置在箱变内，内部无位置主机可挂在箱变侧壁，主机务必保证竖直方向安装或放置，严禁平放。光伏板安装挂在侧壁或放置在箱变顶部，伏板务必朝南，若低处有遮挡则尽量抬高，若安装位置长时间有遮挡则不建议安装。

图3 采集备电设备箱变现场安装图

室内、地下室：主机放置于计量柜内或放置在地面，务必保证竖直放置，禁止平放。光伏板通过延长线引至室外，务必朝南，无遮挡。（禁止在室内朝向灯光）若室内有常用220V 电源接口，可将市电通过220VAC-24VDC 直流电源模块接入光伏端口，为电池充电。

柱上：主机及光伏板均通过抱箍固定至柱上（出厂配置的抱箍目前只有220mm 一种规格，若杆粗需要与施工队或局方协调）光伏板重量较轻，可使用铁丝绑住。光伏板务必朝南，尽量安装至无遮挡的高处，若安装位置长时间有遮挡则不建议安装。

图4 采集备电设备台架现场安装图

3.2.2.2 接线

电池组接入：取下机箱内固定电池组的螺丝后，将电池组推入，用螺丝固定。将接头插入电池组，接头上部有锁扣，取下时需捏住上部。光伏接线：将光伏组件接入备电系统主机下侧光伏端子。若距离较远可使用附带的5m 延长线连接。若5m 不够可以延长一段，延长线长度尽可能短，延长线线径要求在1.5 平方以上，若长度较长可适当增加平数，延长线务必确认正负关系，防止反接。光伏端子务必插紧，卡扣卡到位；输入、输出接线：从接线盒引电压线至备电系统输入端,将1-2 端子通过2 芯线接至电表辅助电源端子，无正负极性。将终端原有电压线拆除，将备电系统输出端接至终端电压端子。接线安装需要注意的是安装前切断回路电源，确保安全。严格按照终端电压等级对应接线，防止接错电压等级导致终端或设备损坏。切勿将备电系统输出接入电网；输入输出线从防水接头穿出，拧紧接头，防止进水；务必通过主机下部的接地螺栓将设备可靠接地，防止触电。

3.2.2.3 调试及采集供电策略

按照我们地区的采集要求和规定，进行备电设备相应的调试和设备。以湖北地区为例，采集策略为凌晨1：30 开始招测日冻结；曲线数据2、3 点左右集中招测；曲线数据正常招测周期为2 小时左右；供电策略为：采用96 点供电模式，每个点前2 分钟后2 分钟，每15 分钟供电4 分钟（或可以缩短至3 分钟）；晚上01：20-03：00 持续供电，确保日冻结可稳定招测；早上07：50-09：00 持续供电，利用补招，补招前几天冻结的数据，同时可人工补招部分数据。

4 结论

我们选取不同条件的台区进行现场试点，测试备电系统在不同应用环境下的兼容情况及运行可靠性。安装于箱变外部、室内或地下室、电线杆上，只需设置好所需要的供电时间模式后即可安装开始正常运行，后期几乎可做到无人维护。系统设备实时检测电网状态，当电网停电或电网电压不在正常工作范围时，通过投切继电器将终端供电电源切换至备用电源，同时逆变输出向采集终端及电表供电。当电网恢复正常，系统设备将终端供电电源自动切换至交流电源，整机进入待机状态，降低电池消耗。系统的光伏最大功率追踪（MPPT）功能，可最大限度利用光伏板能量，在光照充足时及时为电池组件充电，保证了任何天气情况下的的可靠供电。