一、背景
随着科学技术的发展，供热管网的自动化程度越来越高，供热企业迫切需要对整个供热管网的各个关键节点进行有效的远程监测。然而由于市政建设的前瞻性，许多需要监测的管网关键节点没有就近的供电线路，长距离铺设供电线缆对于市政建设尤其对供热公司是一个巨大的难题，不仅工程复杂、费用太高，而且维护十分困难，该问题一直困扰着许多供热企业。
二、可行性分析
面对这个困扰供热企业的难题，石家庄华电供热集团有限公司积极探索新的技术方案，太阳能光伏系统随着该问题的提出被摆上了日程。由于太阳光伏系统是最近几年才发展的新生技术，虽然在路灯方面有许多应用，可是路灯对电源供电质量的要求并不高，电压上下起伏波动对于路灯照明的影响不大，然而管网监测则不同。管网监测中都是精密仪表，对电源的供电质量有很高的要求。综合考虑，主要面临如下问题：
2.1 供电质量能否满足要求。管网监测所有仪表总计需要多大负荷，电压波动多大，接入负载后，压降多大，线路抗干扰能力如何。这些技术参数在市政供电情况下是可以不考虑的，用太阳能供电必须考虑，而且需要测试。
2.2 测量仪表的工作可靠性是否能满足要求。管网监测需要有流量表、压力表、温度表，同时还要有二次积算仪表（下称二次表）。这些仪表的用光伏系统供电是否能正常工作，计量是否有偏差。这些也是需要在选型时重点考虑的问题。
2.3 现场环境是否能满足光伏系统和仪表的要求。由于热水管网一般都深埋在地下几米的地方，这些地方一般都高温、潮湿，这对于光伏系统和现场仪表也提出了更高的要求。
2.4 无线通讯系统是否能适应光伏系统供电的需求。由于我公司采用的无线通讯系统是中国移动的GPRS，无线通讯对于电源的要求一般比较苛刻，需要大的压降和大电流的变化。经测试，无线modem在收发数据时最高峰值电流能达到200mA左右，而一般待机状态下只有17mA左右，同时电压可能从4.6V下降到3.3V，这些苛刻的条件对电源供电都提出了很高的要求。
三、解决方案
3.1 选用低功耗高可靠性的仪表。通过以上分析，我们对仪表的选型做了认真的分析。首先仪表要求低功耗，不能象普通交流供电那样不考虑能源浪费；其次要求稳定，特别是在高温，供电质量不好的情况下，要能稳定的工作。不要求该仪表的精度有多高，只要求该仪表能稳定工作，特别是在现有光伏系统供电情况下稳定工作。经过近20个厂家的产品比较分析、测试，特别是高温、电源供电质量不稳定情况下的测试，最终确定现有系统仪表。该温度压力表可以在高达70度温度情况下稳定工作（经过实际测试），可以在5-24V的直流供电环境下稳定工作，正常工作时只有7mW的功率，平时可以用一节锂电池供电。
3.2 选用性能稳定的光伏系统和充放电控制器。由于光伏系统在昼夜光照变化时，供电变化非常大，在日照强的中午左右，光电板可以达到20V以上的充电电压；在深夜基本是放电，一般充电电压只有0.2V。因此在这样大电压跨度的情况下，保证系统稳定可靠工作，需要有性能稳定的充放电控制器，同时需要能远程监控电池和光电板的工作情况，以便及时处理异常情况。
3.3 现场仪表需要有高的防护等级，至少在IP65以上的防护等级，以便应对管网高温潮湿的环境。蓄电池也要求全密封、免维护，防止进水等情况造成短路。
四、方案详述
4.1 方案叙述
太阳能光伏系统毕竟供电能力有限，不能象市电那样无所顾忌。经过认真计算，发现太阳能光伏系统如果大于200W时，电池板的面积已经比较大了，单独用一个独立的灯杆，支撑就有了很大困难，因此必须保证太阳能光伏系统电池板的充电不能大于200W，才能适应这一要求。光电板200W时，负载的功耗不能超过18W，才能保证负载连续稳定工作，这样，原来在市电情况下采用的二次表采集温度、压力、流量等信号的方式，就不宜采用。传统采集方式单独一个二次表的耗电就高达30W左右，同时接入二次表的温度表，压力表由于是电流信号，耗电也比较大，在4W左右，这还没有算流量表的功耗。这样看来，传统市电方式的系统远远不能满足现有系统需求，必须重新对仪表进行选型，同时放弃原来采用二次表的方式，寻找新的方式。
485总线是在工业上普遍采用的可靠稳定的数据通讯方式，该方式功耗低，稳定性强，接线方式简单，传输距离远，支持设备的范围广，任何节点的事故不会影响到整个总线上其它节点的通讯，因此该方式一个比较理想选择。另外，如果总线上所有设备都支持485通讯，可以完全放弃用二次表，这对于采用太阳能光伏系统有限供电能力的情况下，是一个不错的选择。
4.2 网络结构图---略
4.3 各个部分叙述
◇ 一次表我们都采用低功耗，支持485通讯的仪表。这样，降低功耗的同时也免去了用二次表的工作。由于在地下工作，一次表必须稳定可靠，不需要人工维护，否则维护量也是一个很大的开支。
◇ 太阳能光伏系统控制器也要求稳定可靠，功耗低，同时也要求支持485通讯，这样，远程可以随时查看太阳能光伏系统的耗电情况，及时发现电池馈电、过充，控制器故障等问题的发生。满足上述要求就不能选用普通的路灯用太阳能控制器，必须选用高稳定，支持485通讯的控制器。
◇ 蓄电池选用大容量、免维护蓄电池，这样就省去了日常维护的麻烦，稳定可靠的工作。
◇ 无线通讯终端也要求日常待机模式，这样在完成通讯任务后进入待机状态，以有效减少功耗。由于免去用二次表，数据采集工作改为由通讯终端完成，因此Modem就必须修改程序，适应采集数据和485总线的通讯需求。
五、实际效果及优势
通过该系统近三个月的应用，达到了预期的效果。与传统方式相比，有无可比拟的优势，对于华电管网监测起到了重要的作用：
5.1 解决供热公司管线监测沿程供电问题。供热管网管线长，覆盖范围大，沿线供电问题一直是困扰供热企业多年的难点。该方案的探索及实施，有效解决了供热企业管线沿线的供电问题，为供热企业对于供热管网沿程监测提供了可靠有力的保证。
5.2 太阳能供电节能、环保、安全。在国家能源日益紧张的大背景下，从日常生产中节约每一份能源，都是对国家可持续发展的有力支持。太阳能系统在供热企业的成功利用，有力的支持了国家的节能建设。同时，太阳能系统环保，不造成任何污染，没有交流电漏电、接地等安全问题，是行之有效的能源利用方式。
5.3 低功耗，高可靠性仪表的成功运用。传统测量仪表耗电量都比较高，低功耗产品一直有精度不够，不能稳定工作的疑虑。该系统的实施，再一次有力证明在技术发展日新月异的今天，只有敢于接收新技术，面对新技术才能享受新技术带给日常生产管理的丰硕成果。
5.4 数字通讯方式的成功运用。原有传统一次表和二次表之间信号采集，一般采用电流或电压信号，该信号由于是模拟信号，传输距离都线路和环境的影响比较大。本系统由于在一次表和通讯终端之间完全采用485通讯总线方式，一定程度上解决了一次表和二次表之间信号采集的线损问题，对于一次表信号的采集方式是一种有力的探索。
六、结束语
太阳能光伏系统在供热管网监测中的成功运用，是石家庄华电供热集团有限公司对于新技术的有力尝试，是对国家节能环保建设的有力支持。面对日益紧张的能源危机，该系统必将得到广泛的推广，从而带来可观的经济效益和社会效益。
