一、背景
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供熱管網(wǎng)的自動(dòng)化程度越來越高，供熱企業(yè)迫切需要對整個(gè)供熱管網(wǎng)的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)測。然而由于市政建設(shè)的前瞻性，許多需要監(jiān)測的管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)沒有就近的供電線路，長距離鋪設(shè)供電線纜對于市政建設(shè)尤其對供熱公司是一個(gè)巨大的難題，不僅工程復(fù)雜、費(fèi)用太高，而且維護(hù)十分困難，該問題一直困擾著許多供熱企業(yè)。
二、可行性分析
面對這個(gè)困擾供熱企業(yè)的難題，石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司積極探索新的技術(shù)方案，太陽能光伏系統(tǒng)隨著該問題的提出被擺上了日程。由于太陽光伏系統(tǒng)是最近幾年才發(fā)展的新生技術(shù)，雖然在路燈方面有許多應(yīng)用，可是路燈對電源供電質(zhì)量的要求并不高，電壓上下起伏波動(dòng)對于路燈照明的影響不大，然而管網(wǎng)監(jiān)測則不同。管網(wǎng)監(jiān)測中都是精密儀表，對電源的供電質(zhì)量有很高的要求。綜合考慮，主要面臨如下問題：
2.1 供電質(zhì)量能否滿足要求。管網(wǎng)監(jiān)測所有儀表總計(jì)需要多大負(fù)荷，電壓波動(dòng)多大，接入負(fù)載后，壓降多大，線路抗干擾能力如何。這些技術(shù)參數(shù)在市政供電情況下是可以不考慮的，用太陽能供電必須考慮，而且需要測試。
2.2 測量儀表的工作可靠性是否能滿足要求。管網(wǎng)監(jiān)測需要有流量表、壓力表、溫度表，同時(shí)還要有二次積算儀表（下稱二次表）。這些儀表的用光伏系統(tǒng)供電是否能正常工作，計(jì)量是否有偏差。這些也是需要在選型時(shí)重點(diǎn)考慮的問題。
2.3 現(xiàn)場環(huán)境是否能滿足光伏系統(tǒng)和儀表的要求。由于熱水管網(wǎng)一般都深埋在地下幾米的地方，這些地方一般都高溫、潮濕，這對于光伏系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表也提出了更高的要求。
2.4 無線通訊系統(tǒng)是否能適應(yīng)光伏系統(tǒng)供電的需求。由于我公司采用的無線通訊系統(tǒng)是中國移動(dòng)的GPRS，無線通訊對于電源的要求一般比較苛刻，需要大的壓降和大電流的變化。經(jīng)測試，無線modem在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)最高峰值電流能達(dá)到200mA左右，而一般待機(jī)狀態(tài)下只有17mA左右，同時(shí)電壓可能從4.6V下降到3.3V，這些苛刻的條件對電源供電都提出了很高的要求。
三、解決方案
3.1 選用低功耗高可靠性的儀表。通過以上分析，我們對儀表的選型做了認(rèn)真的分析。首先儀表要求低功耗，不能象普通交流供電那樣不考慮能源浪費(fèi)；其次要求穩(wěn)定，特別是在高溫，供電質(zhì)量不好的情況下，要能穩(wěn)定的工作。不要求該儀表的精度有多高，只要求該儀表能穩(wěn)定工作，特別是在現(xiàn)有光伏系統(tǒng)供電情況下穩(wěn)定工作。經(jīng)過近20個(gè)廠家的產(chǎn)品比較分析、測試，特別是高溫、電源供電質(zhì)量不穩(wěn)定情況下的測試，最終確定現(xiàn)有系統(tǒng)儀表。該溫度壓力表可以在高達(dá)70度溫度情況下穩(wěn)定工作（經(jīng)過實(shí)際測試），可以在5-24V的直流供電環(huán)境下穩(wěn)定工作，正常工作時(shí)只有7mW的功率，平時(shí)可以用一節(jié)鋰電池供電。
3.2 選用性能穩(wěn)定的光伏系統(tǒng)和充放電控制器。由于光伏系統(tǒng)在晝夜光照變化時(shí)，供電變化非常大，在日照強(qiáng)的中午左右，光電板可以達(dá)到20V以上的充電電壓；在深夜基本是放電，一般充電電壓只有0.2V。因此在這樣大電壓跨度的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，需要有性能穩(wěn)定的充放電控制器，同時(shí)需要能遠(yuǎn)程監(jiān)控電池和光電板的工作情況，以便及時(shí)處理異常情況。
3.3 現(xiàn)場儀表需要有高的防護(hù)等級，至少在IP65以上的防護(hù)等級，以便應(yīng)對管網(wǎng)高溫潮濕的環(huán)境。蓄電池也要求全密封、免維護(hù)，防止進(jìn)水等情況造成短路。
四、方案詳述
4.1 方案敘述
太陽能光伏系統(tǒng)畢竟供電能力有限，不能象市電那樣無所顧忌。經(jīng)過認(rèn)真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)如果大于200W時(shí)，電池板的面積已經(jīng)比較大了，單獨(dú)用一個(gè)獨(dú)立的燈桿，支撐就有了很大困難，因此必須保證太陽能光伏系統(tǒng)電池板的充電不能大于200W，才能適應(yīng)這一要求。光電板200W時(shí)，負(fù)載的功耗不能超過18W，才能保證負(fù)載連續(xù)穩(wěn)定工作，這樣，原來在市電情況下采用的二次表采集溫度、壓力、流量等信號(hào)的方式，就不宜采用。傳統(tǒng)采集方式單獨(dú)一個(gè)二次表的耗電就高達(dá)30W左右，同時(shí)接入二次表的溫度表，壓力表由于是電流信號(hào)，耗電也比較大，在4W左右，這還沒有算流量表的功耗。這樣看來，傳統(tǒng)市電方式的系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有系統(tǒng)需求，必須重新對儀表進(jìn)行選型，同時(shí)放棄原來采用二次表的方式，尋找新的方式。
485總線是在工業(yè)上普遍采用的可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊方式，該方式功耗低，穩(wěn)定性強(qiáng)，接線方式簡單，傳輸距離遠(yuǎn)，支持設(shè)備的范圍廣，任何節(jié)點(diǎn)的事故不會(huì)影響到整個(gè)總線上其它節(jié)點(diǎn)的通訊，因此該方式一個(gè)比較理想選擇。另外，如果總線上所有設(shè)備都支持485通訊，可以完全放棄用二次表，這對于采用太陽能光伏系統(tǒng)有限供電能力的情況下，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖---略
4.3 各個(gè)部分?jǐn)⑹?BR> ◇ 一次表我們都采用低功耗，支持485通訊的儀表。這樣，降低功耗的同時(shí)也免去了用二次表的工作。由于在地下工作，一次表必須穩(wěn)定可靠，不需要人工維護(hù)，否則維護(hù)量也是一個(gè)很大的開支。
◇ 太陽能光伏系統(tǒng)控制器也要求穩(wěn)定可靠，功耗低，同時(shí)也要求支持485通訊，這樣，遠(yuǎn)程可以隨時(shí)查看太陽能光伏系統(tǒng)的耗電情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池饋電、過充，控制器故障等問題的發(fā)生。滿足上述要求就不能選用普通的路燈用太陽能控制器，必須選用高穩(wěn)定，支持485通訊的控制器。
◇ 蓄電池選用大容量、免維護(hù)蓄電池，這樣就省去了日常維護(hù)的麻煩，穩(wěn)定可靠的工作。
◇ 無線通訊終端也要求日常待機(jī)模式，這樣在完成通訊任務(wù)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，以有效減少功耗。由于免去用二次表，數(shù)據(jù)采集工作改為由通訊終端完成，因此Modem就必須修改程序，適應(yīng)采集數(shù)據(jù)和485總線的通訊需求。
五、實(shí)際效果及優(yōu)勢
通過該系統(tǒng)近三個(gè)月的應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。與傳統(tǒng)方式相比，有無可比擬的優(yōu)勢，對于華電管網(wǎng)監(jiān)測起到了重要的作用：
5.1 解決供熱公司管線監(jiān)測沿程供電問題。供熱管網(wǎng)管線長，覆蓋范圍大，沿線供電問題一直是困擾供熱企業(yè)多年的難點(diǎn)。該方案的探索及實(shí)施，有效解決了供熱企業(yè)管線沿線的供電問題，為供熱企業(yè)對于供熱管網(wǎng)沿程監(jiān)測提供了可靠有力的保證。
5.2 太陽能供電節(jié)能、環(huán)保、安全。在國家能源日益緊張的大背景下，從日常生產(chǎn)中節(jié)約每一份能源，都是對國家可持續(xù)發(fā)展的有力支持。太陽能系統(tǒng)在供熱企業(yè)的成功利用，有力的支持了國家的節(jié)能建設(shè)。同時(shí)，太陽能系統(tǒng)環(huán)保，不造成任何污染，沒有交流電漏電、接地等安全問題，是行之有效的能源利用方式。
5.3 低功耗，高可靠性儀表的成功運(yùn)用。傳統(tǒng)測量儀表耗電量都比較高，低功耗產(chǎn)品一直有精度不夠，不能穩(wěn)定工作的疑慮。該系統(tǒng)的實(shí)施，再一次有力證明在技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，只有敢于接收新技術(shù)，面對新技術(shù)才能享受新技術(shù)帶給日常生產(chǎn)管理的豐碩成果。
5.4 數(shù)字通訊方式的成功運(yùn)用。原有傳統(tǒng)一次表和二次表之間信號(hào)采集，一般采用電流或電壓信號(hào)，該信號(hào)由于是模擬信號(hào)，傳輸距離都線路和環(huán)境的影響比較大。本系統(tǒng)由于在一次表和通訊終端之間完全采用485通訊總線方式，一定程度上解決了一次表和二次表之間信號(hào)采集的線損問題，對于一次表信號(hào)的采集方式是一種有力的探索。
六、結(jié)束語
太陽能光伏系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)監(jiān)測中的成功運(yùn)用，是石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司對于新技術(shù)的有力嘗試，是對國家節(jié)能環(huán)保建設(shè)的有力支持。面對日益緊張的能源危機(jī)，該系統(tǒng)必將得到廣泛的推廣，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供熱管網(wǎng)的自動(dòng)化程度越來越高，供熱企業(yè)迫切需要對整個(gè)供熱管網(wǎng)的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)測。然而由于市政建設(shè)的前瞻性，許多需要監(jiān)測的管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)沒有就近的供電線路，長距離鋪設(shè)供電線纜對于市政建設(shè)尤其對供熱公司是一個(gè)巨大的難題，不僅工程復(fù)雜、費(fèi)用太高，而且維護(hù)十分困難，該問題一直困擾著許多供熱企業(yè)。
二、可行性分析
面對這個(gè)困擾供熱企業(yè)的難題，石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司積極探索新的技術(shù)方案，太陽能光伏系統(tǒng)隨著該問題的提出被擺上了日程。由于太陽光伏系統(tǒng)是最近幾年才發(fā)展的新生技術(shù)，雖然在路燈方面有許多應(yīng)用，可是路燈對電源供電質(zhì)量的要求并不高，電壓上下起伏波動(dòng)對于路燈照明的影響不大，然而管網(wǎng)監(jiān)測則不同。管網(wǎng)監(jiān)測中都是精密儀表，對電源的供電質(zhì)量有很高的要求。綜合考慮，主要面臨如下問題：
2.1 供電質(zhì)量能否滿足要求。管網(wǎng)監(jiān)測所有儀表總計(jì)需要多大負(fù)荷，電壓波動(dòng)多大，接入負(fù)載后，壓降多大，線路抗干擾能力如何。這些技術(shù)參數(shù)在市政供電情況下是可以不考慮的，用太陽能供電必須考慮，而且需要測試。
2.2 測量儀表的工作可靠性是否能滿足要求。管網(wǎng)監(jiān)測需要有流量表、壓力表、溫度表，同時(shí)還要有二次積算儀表（下稱二次表）。這些儀表的用光伏系統(tǒng)供電是否能正常工作，計(jì)量是否有偏差。這些也是需要在選型時(shí)重點(diǎn)考慮的問題。
2.3 現(xiàn)場環(huán)境是否能滿足光伏系統(tǒng)和儀表的要求。由于熱水管網(wǎng)一般都深埋在地下幾米的地方，這些地方一般都高溫、潮濕，這對于光伏系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表也提出了更高的要求。
2.4 無線通訊系統(tǒng)是否能適應(yīng)光伏系統(tǒng)供電的需求。由于我公司采用的無線通訊系統(tǒng)是中國移動(dòng)的GPRS，無線通訊對于電源的要求一般比較苛刻，需要大的壓降和大電流的變化。經(jīng)測試，無線modem在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)最高峰值電流能達(dá)到200mA左右，而一般待機(jī)狀態(tài)下只有17mA左右，同時(shí)電壓可能從4.6V下降到3.3V，這些苛刻的條件對電源供電都提出了很高的要求。
三、解決方案
3.1 選用低功耗高可靠性的儀表。通過以上分析，我們對儀表的選型做了認(rèn)真的分析。首先儀表要求低功耗，不能象普通交流供電那樣不考慮能源浪費(fèi)；其次要求穩(wěn)定，特別是在高溫，供電質(zhì)量不好的情況下，要能穩(wěn)定的工作。不要求該儀表的精度有多高，只要求該儀表能穩(wěn)定工作，特別是在現(xiàn)有光伏系統(tǒng)供電情況下穩(wěn)定工作。經(jīng)過近20個(gè)廠家的產(chǎn)品比較分析、測試，特別是高溫、電源供電質(zhì)量不穩(wěn)定情況下的測試，最終確定現(xiàn)有系統(tǒng)儀表。該溫度壓力表可以在高達(dá)70度溫度情況下穩(wěn)定工作（經(jīng)過實(shí)際測試），可以在5-24V的直流供電環(huán)境下穩(wěn)定工作，正常工作時(shí)只有7mW的功率，平時(shí)可以用一節(jié)鋰電池供電。
3.2 選用性能穩(wěn)定的光伏系統(tǒng)和充放電控制器。由于光伏系統(tǒng)在晝夜光照變化時(shí)，供電變化非常大，在日照強(qiáng)的中午左右，光電板可以達(dá)到20V以上的充電電壓；在深夜基本是放電，一般充電電壓只有0.2V。因此在這樣大電壓跨度的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，需要有性能穩(wěn)定的充放電控制器，同時(shí)需要能遠(yuǎn)程監(jiān)控電池和光電板的工作情況，以便及時(shí)處理異常情況。
3.3 現(xiàn)場儀表需要有高的防護(hù)等級，至少在IP65以上的防護(hù)等級，以便應(yīng)對管網(wǎng)高溫潮濕的環(huán)境。蓄電池也要求全密封、免維護(hù)，防止進(jìn)水等情況造成短路。
四、方案詳述
4.1 方案敘述
太陽能光伏系統(tǒng)畢竟供電能力有限，不能象市電那樣無所顧忌。經(jīng)過認(rèn)真計(jì)算，發(fā)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)如果大于200W時(shí)，電池板的面積已經(jīng)比較大了，單獨(dú)用一個(gè)獨(dú)立的燈桿，支撐就有了很大困難，因此必須保證太陽能光伏系統(tǒng)電池板的充電不能大于200W，才能適應(yīng)這一要求。光電板200W時(shí)，負(fù)載的功耗不能超過18W，才能保證負(fù)載連續(xù)穩(wěn)定工作，這樣，原來在市電情況下采用的二次表采集溫度、壓力、流量等信號(hào)的方式，就不宜采用。傳統(tǒng)采集方式單獨(dú)一個(gè)二次表的耗電就高達(dá)30W左右，同時(shí)接入二次表的溫度表，壓力表由于是電流信號(hào)，耗電也比較大，在4W左右，這還沒有算流量表的功耗。這樣看來，傳統(tǒng)市電方式的系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有系統(tǒng)需求，必須重新對儀表進(jìn)行選型，同時(shí)放棄原來采用二次表的方式，尋找新的方式。
485總線是在工業(yè)上普遍采用的可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊方式，該方式功耗低，穩(wěn)定性強(qiáng)，接線方式簡單，傳輸距離遠(yuǎn)，支持設(shè)備的范圍廣，任何節(jié)點(diǎn)的事故不會(huì)影響到整個(gè)總線上其它節(jié)點(diǎn)的通訊，因此該方式一個(gè)比較理想選擇。另外，如果總線上所有設(shè)備都支持485通訊，可以完全放棄用二次表，這對于采用太陽能光伏系統(tǒng)有限供電能力的情況下，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖---略
4.3 各個(gè)部分?jǐn)⑹?BR> ◇ 一次表我們都采用低功耗，支持485通訊的儀表。這樣，降低功耗的同時(shí)也免去了用二次表的工作。由于在地下工作，一次表必須穩(wěn)定可靠，不需要人工維護(hù)，否則維護(hù)量也是一個(gè)很大的開支。
◇ 太陽能光伏系統(tǒng)控制器也要求穩(wěn)定可靠，功耗低，同時(shí)也要求支持485通訊，這樣，遠(yuǎn)程可以隨時(shí)查看太陽能光伏系統(tǒng)的耗電情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池饋電、過充，控制器故障等問題的發(fā)生。滿足上述要求就不能選用普通的路燈用太陽能控制器，必須選用高穩(wěn)定，支持485通訊的控制器。
◇ 蓄電池選用大容量、免維護(hù)蓄電池，這樣就省去了日常維護(hù)的麻煩，穩(wěn)定可靠的工作。
◇ 無線通訊終端也要求日常待機(jī)模式，這樣在完成通訊任務(wù)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，以有效減少功耗。由于免去用二次表，數(shù)據(jù)采集工作改為由通訊終端完成，因此Modem就必須修改程序，適應(yīng)采集數(shù)據(jù)和485總線的通訊需求。
五、實(shí)際效果及優(yōu)勢
通過該系統(tǒng)近三個(gè)月的應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。與傳統(tǒng)方式相比，有無可比擬的優(yōu)勢，對于華電管網(wǎng)監(jiān)測起到了重要的作用：
5.1 解決供熱公司管線監(jiān)測沿程供電問題。供熱管網(wǎng)管線長，覆蓋范圍大，沿線供電問題一直是困擾供熱企業(yè)多年的難點(diǎn)。該方案的探索及實(shí)施，有效解決了供熱企業(yè)管線沿線的供電問題，為供熱企業(yè)對于供熱管網(wǎng)沿程監(jiān)測提供了可靠有力的保證。
5.2 太陽能供電節(jié)能、環(huán)保、安全。在國家能源日益緊張的大背景下，從日常生產(chǎn)中節(jié)約每一份能源，都是對國家可持續(xù)發(fā)展的有力支持。太陽能系統(tǒng)在供熱企業(yè)的成功利用，有力的支持了國家的節(jié)能建設(shè)。同時(shí)，太陽能系統(tǒng)環(huán)保，不造成任何污染，沒有交流電漏電、接地等安全問題，是行之有效的能源利用方式。
5.3 低功耗，高可靠性儀表的成功運(yùn)用。傳統(tǒng)測量儀表耗電量都比較高，低功耗產(chǎn)品一直有精度不夠，不能穩(wěn)定工作的疑慮。該系統(tǒng)的實(shí)施，再一次有力證明在技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，只有敢于接收新技術(shù)，面對新技術(shù)才能享受新技術(shù)帶給日常生產(chǎn)管理的豐碩成果。
5.4 數(shù)字通訊方式的成功運(yùn)用。原有傳統(tǒng)一次表和二次表之間信號(hào)采集，一般采用電流或電壓信號(hào)，該信號(hào)由于是模擬信號(hào)，傳輸距離都線路和環(huán)境的影響比較大。本系統(tǒng)由于在一次表和通訊終端之間完全采用485通訊總線方式，一定程度上解決了一次表和二次表之間信號(hào)采集的線損問題，對于一次表信號(hào)的采集方式是一種有力的探索。
六、結(jié)束語
太陽能光伏系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)監(jiān)測中的成功運(yùn)用，是石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司對于新技術(shù)的有力嘗試，是對國家節(jié)能環(huán)保建設(shè)的有力支持。面對日益緊張的能源危機(jī)，該系統(tǒng)必將得到廣泛的推廣，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
