非系统微电源设备功耗智能采集终端的分析与研究

杨叶奎

（贵州电网铜仁思南供电局，贵州 思南 565100）

供电企业对营销精益化管理的要求越来越高，电力销售环节中最关键的、事关企业经营成果与线损管理的电能计量装置，已经完全实现了计量自动化和采集智能化；然而，各种交通信号灯、抓拍视频、移动、联通、电信、网络公司的光纤信号放大器及小水库水位检测仪等非系统分布式微小用电负载一直被忽略。随着国家对安全管控的不断加强和完善，不管城市还是乡村，交通要道还是人流密集区，均大量密集安装了这类设备。由于这类设备均是功率微小（5～50 W不等），安装地点又分散，不论是其用电负荷功率还是安装地点均不具备单独安装电能计量装置的条件，这却给供电企业趋于完善的计量自动化管理和用电管理带来了极大的挑战。研发非系统分布式微小负载耗电设备电量智能采集终端显得尤为迫切。

本文将从以下4个方面对非系统微小耗电设备产生对供电企业计量管理及用电管理方面带来的危害性进行系统分析，并寻求一种科学有效的解决方案，以期填补国内在这一领域无有效计量器具的空白，实现供电企业电力销售领域的自动化和智能化，实现实时同期线损的分析统计，突破该微小耗电计量领域的国内空白。

1 非系统微电源设备功耗智能采集终端的技术背景

随着电力营销技术的飞速发展，在电力销售过程越来越多地使用自动化监控和自动化计量的管理方法。然而传统的供电和用电流程中，供电企业是通过配置一个供电设备用于对当前供电区域内的用电设备进行供电，用电设备的输入端与供电设备的输出端连接获取电能，为了对每个用电设备的耗电量进行计量、监控和管理，供电企业往往以家庭或用电企业为单位，为每个用电单位均配置一个电能计量装置用于对消耗电量的计量和统计。

然而在实际应用过程中，随着社会的不断发展，各种功率非常低的非系统微小负载被普遍应用于城市、农村各种环境中，且存在分布分散和安装位置偏远的问题，一方面若直接采用电能计量表对微小负载的耗电情况进行计量，由于电量极小从而使计量精确性无法满足需求，同时由于微小负载的分布分散且偏远、数量特别巨大的问题，需要配置大量电能计量表对微小负载进行耗电监控，导致供电企业成本大量增加，提高了供电企业的经营成本；同时大量微小负载的安装地点不具备安装电能表的条件，也给管理工作带来极大的压力。另一方面，现有电力供电系统均已实现计量自动化的管理方法，因此通过传统的人工对每个微小负载的耗电情况进行统计计算再上传系统也无法满足实际管理需求，与现行的营销管理自动化、无人化，计量自动化实时采集、统计、分析电量和同期线损管理要求格格不入。

2 非系统微电源设备用电计量管理现状

各种监控视频设备又称天网工程，交通信号灯、抓拍视频、农村雪亮工程、移动、联通、电信、网络公司的光纤信号放大器及小水库水位检测仪等分布式非系统微小用电负载，由于国内在这一微小用电设备领域暂无有效的计量器具。一直以来各级供电企业均是与这一类用户采取提供设备安装数量，叠加不同设备功率，再按照不同负载的用电特性、用电时间（每天24或者12 h不等）每月在抄表规定时间内进行计算用电量，然后在每一个公共配变的抄表周期内手工输入电量进行台区电量及线损统计；这种方式虽然一时能够解决这些设备供电结算问题，但是随着供电企业各类计量装置均实现了根据管理需求可以自行设置及调整时段实行电量自动采集，系统自动计算同期线损的营销计量自动化、智能化；由于还有这种电量计量方式的存在；导致了供电企业营销管理（计量自动化）无法真正实现自动化、智能化和无人化，无法实现适时电量的抄录及线损按天、按周及按月统计分析，同期线损无法满足精益化管理的要求。

特别是南方电网公司全面推进营销精益化管理过程中，将同期线损作为营销计量自动化管理的最关键的基础工作，然而针对这一类分布式微小负载不论是国家电网有限公司还是南方电网公司均没有科学有效的计量方式加以解决，从而在实现计量自动化全覆盖的过程中这一类微小用户仍然需要通过人为计算再录入系统（现在营销系统已经不允许、也不能够进行电量手工录入），在推进同期线损计算中因为这一类用户的影响从而事实上导致了所有配变的同期线损均无法实现真实性，无法真正实现无人化、自动化、智能化，导致了电量销售环节无法解决的一个共性问题。

3 非系统微电源设备功耗智能采集终端的研究内容

为了克服现有技术中对微小负载的耗电进行管理过程中存在的管理难度大、管理成本高的技术问题，通过发明一种分布式微负荷用电设备的智能耗电管理终端，自动根据每个微小负载耗电情况进行智能采集电量，从而降低了管理难度和管理成本，提高了管理效率和管理精确性。

分布式微负荷用电设备的耗电管理系统包括：供电设备，用于对当前管理区域内的用电设备提供电能；N个微小负载，配置于当前某个配电台区的管理区域，每个微负荷用电设备的输入端与供电设备的输出端连接以获取供电电能；耗电管理终端的输入端与供电设备的输出端连接，用于获取供电设备的电能输出信息，并基于电能输出信息生成每个微小负载的耗电信息；主控中心，与耗电管理终端连接，用于获取由耗电管理终端上传的耗电信息以对每个微负荷用电设备进行耗电管理。

3.1 内容

耗电管理系统包括集中数据采集装置，配置于主控中心和耗电管理终端之间，集中数据采集装置的输出端与主控中心连接，集中数据采集装置的输入端与至少一个耗电管理终端连接，用于获取至少一个耗电管理终端上传的耗电信息，并将耗电信息上传至所述主控中心。

主控中心还包括无线接收模块，无线接收模块与耗电管理终端或集中数据采集装置无线连接，用于以无线通信的方式获取耗电管理终端或集中数据采集装置上传的耗电信息。耗电管理系统还包括运行传感组件，一一对应地配置于每个微小负载的输入端，用于获取与运行传感组件对应的微小负载的运行状态信息，并将运行状态信息以有线通信或无线通信的方式反馈至耗电管理终端。

电管理系统包括供电设备、主控中心和至少一个微小负载，其特征在于，耗电管理终端包括：输入端，与供电设备的输出端连接，用于获取供电设备的电能输出信息；通信端口，用于获取由第一外部设备输入的通信信息或向第一外部设备输出通信信息；用户输入单元，用于获取用户的输入信息和/或对微小负载的耗电信息进行实时显示；运算单元，与输入端、通信端口以及用户输入单元电连接，用于基于电能输出信息、通信信息和/或输入信息生成微小负载的耗电信息。输入端还用于通过供电设备的输出端获取供电电能，并为耗电管理终端提供正常运行所需的电能消耗；耗电管理终端还包括储能装置，储能装置中存储有供电电能，用于为耗电管理终端提供正常运行所需的电能消耗。

用户输入单元为触摸屏显示装置，用于获取用户的输入信息以及对耗电信息进行实时显示；用户输入单元包括输入按键和显示装置，输入按键用于获取用户的操作信息，并基于操作信息生成对应的输入信息，显示装置用于对耗电信息进行实时显示。

耗电管理终端还包括缓存单元，缓存单元与运算单元电连接，用于获取耗电信息，并按预设规则对耗电信息进行存储。耗电管理终端还包括无线通信装置，无线通信装置与缓存单元电连接，用于将耗电信息通过无线通信方式发送出去或获取由第二外部设备上传的监控数据。

3.2 功能

规格：三相四线380 V模拟计量装置。接入工作电流电压（不考虑负荷输出接线端）

输入功能：具有手动（自动：插上接口可以实现系统导入）输入各种微小负载设备的功率（运行以后可以根据用户需求随时添加或者删除）。

计算功能：可以根据用户安装的每一个公共配变台区内A、B、C、三相上的不同数量、不同功率的微小用电设备以及不断变化的数量和功率进行计算功率并实时累计用电量（实现实时叠加电量，与真实的电能计量装置计量设备用电一样实时反映不同的电量值）并转换为数字通过显示屏实时计量。

显示功能：与真实电能表一样，自动累计电量并实时显示不同的累加电量数字。

冻结功能：具备其他多功能电能表的日、月（可以自行设置抄表时段进行自动冻结）数据冻结功能。

自动采集功能：这个可以有两个方面，一是通过载波（或者其他传输方式）采集器的方式传输到配变台区低压集中器进行采集，使其能够实现台区同期线损的真实统计。二是按照负荷管理终端或者配变监测终端的采集方式接入计量自动化系统自动采集。不论哪种采集方案，均能够实现A、B、C三相上的不同负载及用电量分别采集归结于该台变不同的相别上。

失压累计功能：也就是如果三相或者某一相电压失压，停电的那一相或者三相同时就停止累计电量，来电后又开始累计电量。其系统功能及原理流程图，如图1、图2、图3所示。

图1 系统功能图

图3 工作流程图

4 非系统微电源设备功耗智能采集终端的发展

目前国内对于分布式微负荷用电设备电量采集还处于空白，仍然采用传统的人工统计算法，这最后方法一是不具有科学性和可持续性，无法维护公平合理的电力交易，特别是对电力用户极度不公平，同时存在是否合法合规的经营风险；通过推进该项目的研制与应用，可以化解这一用电管理瓶颈问题，彻底解决供电系统当前无法对分布式微负荷功耗进行有效计量和无法实时统计真实同期线损的实际情况。同时该项新技术新方法具有非常广泛的应用范围和应用前景。

4.1 优势

各类非系统分布式微负荷功耗计量问题（天网工程、交通信号、视频监控设备、农村雪亮工程、移动、联通、电信、网络公司光纤放大器以及其他分布式微小负载设备），解决当前同期线损异常问题（由于每一个配变台区均或多或少安装有天网工程的视频监控设备，各类光纤放大器等微小负载，导致事实上所有的台区同期线损都是不真实的）；补足电网经营企业电量销售环节的最后一块短板，填补国内对分布式微小负荷用电设备无有效计量器具的空白，真正实现计量管理自动化、智能化，同期线损实时监控、计算，做到精准、真实，全面提升营销计量管理水平。

4.2 应用前景

由于供电企业的每个配变区域均按照有不同数量的（公安系统、交通系统、移动、联通、电信等均存在分布式微小负载的用户）这类用户，按照不同用户分类，每个配变台区需求至少安装3—4只耗电采集终端，那么贵州电网公司公共配变约为20多万台，至少需要配置60多万只、南方电网公司至少需要300多万只，全国至少需要2000万只。该项目仅产品销售经济规模就会超过百亿。

该设备成本低，实用性强、效果明显，一次性投入，终身免维护，最关键地是全面解决了分布式微小负载电量销售环节计量自动采集问题，真正实现了营销计量管理自动化、智能化；同时安装简单、方便、快捷，安全可靠，对安装人员的技术技能要求不高。

通过该设备的推广应用，可以节约企业的管理成本和人力资源成本，消除经营风险，营造公平的电力交易市场。

该发明技术与方法应用前景及应用范围十分广泛，可以应用在不同的无法用实际量化的其他行业领域。

5 结束语

本文针对非系统分布式微负荷用电设备无有效计量器具的现实情况，提出了研发非系统分布式微负荷用电设备耗电智能采集管理终端，并推进该项新技术及其系统的研究，该智能采集终端能够自动根据每个微负荷用电设备的运行情况进行耗电采集管理，从而降低了管理难度和管理成本，提高了管理效率和管理精准性，同时随着该智能终端的全面推广应用，将颠覆传统的计量方式，开辟一个全新的计量领域。通过对该项目的技术方案研究，取得了突破性的进展，申请了两项发明专利并通过了实质审查（一种分布式微小负载的耗电管理方法：专利号：ZL 2019 1 0609928.2；一种分布式微小负载耗电管理系统及耗电管理终端：专利号：ZL 2019 1 0609940.3），获得了贵州省电力工会优秀合理化建议一等奖，为该项目的技术路线和技术方案奠定了坚实的基础。