預付費電能表與遠程抄表系統的融合應用分析

摘要：本文闡述了傳統IC卡式預付費電能表的主要功能，分析了其應用優(yōu)勢和存在的弊端；較為詳細地介紹了一種預付費電能表，在融入了通訊技術(shù)和智能控制技術(shù)后的功能拓展及推廣實(shí)用價(jià)值，從而描述出預付費電能表可能的技術(shù)發(fā)展趨勢。

   關(guān)鍵詞：預付費;電能表;應用;分析

   電費是供電企業(yè)維持生產(chǎn)和發(fā)展的主要資金來(lái)源，是否能夠及時(shí)回收對供電企業(yè)資金循環(huán)具有重要的作用。由于多年來(lái)“先用電、后付費”的用電模式、“點(diǎn)多面廣”的電力客戶(hù)群和現場(chǎng)停限電的技術(shù)手段，以及配套法規與市場(chǎng)經(jīng)濟的不適應，直接導致供電企業(yè)在電費回收上存在著(zhù)巨大的風(fēng)險，歷年來(lái)也傾注了人力、財力，營(yíng)運壓力。在這種背景下，為更好地適應電力體制改革，預付費電能表隨之得到了廣泛地應用。

   由于早期核心關(guān)聯(lián)的通訊技術(shù)應用不成熟，系統的兼容性成了影響電能計量管理遠程自動(dòng)抄表系統推廣應用的一個(gè)重要障礙，特別是通信協(xié)議的兼容性和制造標準的不一致。IC卡式預付費電能表在當時(shí)的環(huán)境下，無(wú)奈地規避了通訊技術(shù)的應用瓶頸。

一 IC卡式預付費電能表

（一）主要功能實(shí)現

1、計量功能：?jiǎn)蜗喾謺r(shí)計量有功電能；保存歷史電量，并具有電量?jì)鼋Y功能。

2、復費率功能：可編程設置時(shí)段，多種費率。計時(shí)時(shí)鐘具有溫度補償功能。

3 、通訊功能：具有RS485接口和一個(gè)紅外通訊接口。RS485接口一般與電表內部經(jīng)過(guò)電器 隔離并具有抗交流220V接入保護設計。

4、顯示功能：液晶顯示，按鍵可自動(dòng)循環(huán) 顯示剩余金額、總電量、當前電價(jià)等信息。

5、信息回抄購電功能：一表一卡，即一只電表只能對應一張購電卡。插卡輸電時(shí)，表內的用電信息自動(dòng)回抄到購電卡；再次購電時(shí),卡中信息自動(dòng)寫(xiě)入計算機存檔并進(jìn)行數據校驗。

6、電表充值提示功能：一般設有顯示報警和斷電報警，并增加了切斷負載功能。

7、過(guò)載控制功能：通過(guò)設定功率門(mén)限，實(shí)現對負載過(guò)載斷電控制。斷電時(shí)間可以設置為立即斷電和延時(shí)斷電兩種方式。按鍵或者插卡可以恢復用電。

8、預付費控制功能：電表實(shí)現先購電后用電的管理方式，電表中沒(méi)有電費時(shí)，電表內的負載開(kāi)關(guān)將自動(dòng)切斷負載電源，當向電表充值后，電表重新合閘恢復負載供電功能。隨著(zhù)不斷完善，增設了透支功能，即可根據實(shí)際情況允許適度透支，透支的可以設置，透支完后，電表進(jìn)行斷電，下次電表充值時(shí)透支部分將自動(dòng)進(jìn)行充減。

9、防囤積電量功能：由于電價(jià)政策的宏觀(guān)調控性，為了防止在電表中充入過(guò)多的電量（金額），通過(guò)設置電表中的囤積電量門(mén)限限制客戶(hù) 一次充入過(guò)多電量（金額）。

10、安全保護功能：一般采用CPU卡技術(shù)進(jìn) 行系統安全設計。CPU卡電能表和CPU卡的安全認證是通過(guò)電能表中的ESAM模塊完成的，CPU卡電能表的MCU在認證過(guò)程中只起到數據傳輸的作用，不參與數據加密、解密工作。售電時(shí)，通過(guò)一系列密鑰認證測試，可實(shí)現購電卡的確認、購電卡允許寫(xiě)信息、允許返寫(xiě)二進(jìn)制文件擦除等操作。

（二）其主要應用優(yōu)點(diǎn)

1、提高抄表效率和準確性?？梢酝ㄟ^(guò) RS485接口和紅外通訊接口，利用對應的掌上抄表器進(jìn)行現場(chǎng)批量抄錄。這點(diǎn)對于供電企業(yè)管理的電能表數急劇增加的現狀，有著(zhù)十分重要的作用。

2、有效解決欠費難題。大幅減少了電費回收工作的運營(yíng)成本，增強了電費資金回收的安全性。

3、緩解了交費難的矛盾。大幅增加的客戶(hù)數和相對集中的交費時(shí)間段，傳統的收費模式極易形成交費擁堵。預付費電能表的應用很好地降低了柜臺收費壓力和服務(wù)風(fēng)險。

（三）應用中存在的問(wèn)題

1、抗攻擊能力差。IC卡的丟失、損壞，特別是其開(kāi)放的IC卡讀寫(xiě)端口易受外界攻擊。被攻擊造成表內控制系統失效后難以取證認定，極易發(fā)生用電糾紛。

2 、管理困難。由于IC卡購電的突發(fā)性和隨機性，增加了供電部門(mén)的售電壓力。同時(shí)為了保證數據的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統和動(dòng)態(tài)密鑰認證保證了數據安全性 的同時(shí)，也增加了用電管理部門(mén)的管理工作量。 而且多環(huán)節論證增加非預期故障的發(fā)生。

3、電價(jià)政策性調整的適應性不強。電價(jià)在 購電時(shí)就已確定并且寫(xiě)入預付費電能表內，由于IC卡預付費電能表存貯的電價(jià)不能做到實(shí)時(shí)調整，每次調價(jià)都給供電企業(yè)增加了很多工作量，客戶(hù)也易提出異議。

4、數據采集不及時(shí)。無(wú)法實(shí)時(shí)反映客戶(hù)用電狀況，不能對竊電行為進(jìn)行有效監控，不能滿(mǎn)足用電管理自動(dòng)化的實(shí)時(shí)管理需求。

5 、購電方式的功能擴展性不高。以IC卡為數據傳遞媒介的預付費系統，不太容易與電話(huà)銀行、網(wǎng)上銀行等購電方式形成有效聯(lián)動(dòng)。往往是客戶(hù)持卡到售電營(yíng)業(yè)點(diǎn)購電，降低電力營(yíng)銷(xiāo)的服務(wù)質(zhì)量，增加了供電企業(yè)的工作量。 因此，為解決IC卡預付費電能表在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題和弊端，加之隨著(zhù)采用開(kāi)放式通信協(xié)議，等效采用IEC62056的GB/T19882、GB/ T19897“自動(dòng)抄表系統”系列國家標準；通訊系統的兼容性問(wèn)題得以解決。 核心關(guān)聯(lián)技術(shù)瓶頸的打破，為預付費電能表的遠程應用提供了廣闊到可能難以想象的空間。

二 預付費電能表與遠程抄表系統的融合

（一）遠程抄表系統中基本的通信方式主要有光纖通信、電話(huà)線(xiàn)通信、RS485總線(xiàn)、有線(xiàn)電視電纜、互聯(lián)網(wǎng)、電力線(xiàn)載波通信、儀表總線(xiàn)、衛星通信、GPRS和CDMA等。 各類(lèi)通信方式均有優(yōu)劣勢和側重的適用 面。結合供電企業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)和低壓電力線(xiàn)載波擴頻、跳頻、轉發(fā)中繼（載波表可以動(dòng)態(tài)地被本 地集中器通過(guò)電力線(xiàn)設置為路由器或轉發(fā)器）等 技術(shù)及專(zhuān)用芯片的實(shí)用化運用，目前低壓臺區遠 程自動(dòng)抄表系統多采用電力線(xiàn)載波集中抄表方式 +GPRS遠傳+預付費電能表的一攬子技術(shù)解決方案。

(二)系統結構電力線(xiàn)載波集中抄表系統由集抄主站、采集器、集中器、電表等設備組成，根據現場(chǎng)情況組建專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)軟件進(jìn)行抄表、控制、管理 用電情況。系統由三個(gè)物理層，兩級鏈路層構成。主站數據采集采用星型結構，即一個(gè)用電管理中心對多個(gè)集中器，為管理層；主站至數據集中器通 過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )連通；臺區安裝集中器，為控制層；集中器至每個(gè)采集器通過(guò)低壓電力線(xiàn)相連，電表箱內安裝采集器，采集器與客戶(hù)電能表通過(guò) RS485接口方式并聯(lián)，構成客戶(hù)層。

（三）系統特點(diǎn)

1、采用PLC（電力線(xiàn)載波）通訊方式：有效利用電網(wǎng)拓樸結構，易施工。

2、基礎數據群：可對所有納入集抄系統的客戶(hù)進(jìn)行選擇抄收（點(diǎn)抄、全抄）、多點(diǎn)抄構成 基礎數據群，進(jìn)行各種分析（線(xiàn)損、復費率、負 荷等），滿(mǎn)足客戶(hù)各種智能管理的需求。

3、軟硬件結合：系統設計充分考慮使用者的需求和方便，在硬件固定的基礎上，所有系統功能的彌補、管理的修改、操作的添加（遠程控電），都由后臺軟件完成。

4、具有安裝便利、可靠性高、安全性好、可維護性強的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)工程造價(jià)低，系統維護簡(jiǎn)單，營(yíng)運成本低。

（四）主要功能應用

遠程預付費電能表與用電管理系統配合可實(shí)現遠程抄表、遠程預付費、防竊電、負荷管理等功能。

1 、遠程抄表

主站可以進(jìn)行隨機抄表，根據抄回的數據判斷現場(chǎng)電能表是否出現故障、客戶(hù)用電是否有異常。主站也可以按抄表例日抄表，并將抄回的數據傳到電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統進(jìn)行電費計算。同時(shí)，主站也可以通過(guò)遠程設置使電能表定時(shí)上報現場(chǎng)數據信息。

2 、遠程預付費

客戶(hù)可以采取多種形式購電，有效避免交費高峰。當客戶(hù)表內剩余金額為0時(shí)，表通過(guò)輸出跳閘信號使內部繼電器或外部負荷控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作斷電，避免了欠費行為。遠程預付費方式安全可靠，避免了由于通過(guò)IC卡傳遞信息出現的不讀卡、信息出錯等故障。同時(shí)，當電價(jià)調整時(shí)，可通過(guò)主站及時(shí)遠程批量修改現場(chǎng)電能表內電價(jià)參數，從而保證現場(chǎng)電能表內電價(jià)參數與調價(jià)同步。

3 、防竊電

當現場(chǎng)電能表參數發(fā)生變化或出現失壓、失流、錯誤接線(xiàn)等故障時(shí)電能表可自動(dòng)上報到主站，用電檢查人員可以根據電能表上傳的信息判斷客戶(hù)是否有竊電嫌疑，并及時(shí)到現場(chǎng)進(jìn)行檢查。這種功能可以有效地竊電行為，做到防患于未然。

4、負荷管理

主站可以采集現場(chǎng)電能表的電壓、電流、 功率、電量等數據，進(jìn)行負荷分析管理?？筛鶕娏鲾祿?，繪制負荷曲線(xiàn)，監測用電負荷變化情況?？筛鶕妷簲祿?，計算電壓合格率。通過(guò)在表內設定有功功率限值，控制客戶(hù)超負荷用電。

（五）增益分析

1、由于采用遠程抄表，可以節省大量抄表員的人力費用。同時(shí)，可以避免人工抄表差錯、及時(shí)發(fā)現電表故障，從而提高服務(wù)水平。

2、由于實(shí)行預付費，大大減少了欠費行 為，提高了電費回收率，降低了電費回收管理中可能到現場(chǎng)復電的運營(yíng)成本支出。

3、由于可對現場(chǎng)電能表運行狀況進(jìn)行在線(xiàn)監測，可以有效防止竊電行為，減少電量的不明損失。

4、由于自動(dòng)進(jìn)行負荷控制，杜絕了過(guò)負荷燒表的發(fā)生，同時(shí)避免了客戶(hù)因少報用電容量而未執行分時(shí)電價(jià)和力率考核等現象。

三 安科瑞預付費產(chǎn)品應用場(chǎng)景

功能

預付費電表電費收取，管控，欠費跳閘；提供后付費管理模塊；能耗分析模塊；

水表預付水費收取，管控，欠費關(guān)閥；

房租物業(yè)費收取，欠費拉閘；

公共區域電費分攤收??；

公共區域、變電所電表接入抄表、計量；

預付費+建筑能耗、分類(lèi)分項能源計量一體化系統；

物業(yè)/地產(chǎn)集團集中財務(wù)管控，子物業(yè)單獨權限；

無(wú)線(xiàn)方案改造方便，調試簡(jiǎn)單

四 產(chǎn)品選型

五 結束語(yǔ)

   盡管傳統預付費電能表的諸多弊端越來(lái)越凸現出不能滿(mǎn)足現代用電管理的需要，但短期之內，特別是在客戶(hù)群體相對分散的地域，仍然有著(zhù)一定的適用面。另一方面隨著(zhù)社會(huì )的不斷發(fā)展，預付費電能表與通訊技術(shù)和智能控制技術(shù)必將結合得更為緊密（如基于移動(dòng)通訊技術(shù)的遠程預付費電能表就可能完全替代傳統IC卡式預付費電能表的適用范圍）。對于預付費電能表而言，要拓展出更大的天地，具備“遠程實(shí)時(shí)智能控制”功能是必然的技術(shù)發(fā)展趨勢。對于供電企業(yè)而言，“遠程實(shí)時(shí)智能控制”功能的推廣應用，也一定能夠不斷提升日常用電管理水平和服務(wù)質(zhì)量。