摘要：本文闡述了傳統(tǒng)IC卡式預(yù)付費(fèi)電能表的主要功能，分析了其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和存在的弊端；較為詳細(xì)地介紹了一種預(yù)付費(fèi)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(yù)付費(fèi)電能表可能的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

   關(guān)鍵詞：預(yù)付費(fèi);電能表;應(yīng)用;分析

   電費(fèi)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(duì)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(fèi)”的用電模式、“點(diǎn)多面廣”的電力客戶群和現(xiàn)場(chǎng)停限電的技術(shù)手段，以及配套法規(guī)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不適應(yīng)，直接導(dǎo)致供電企業(yè)在電費(fèi)回收上存在著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，歷年來(lái)也傾注了人力、財(cái)力，營(yíng)運(yùn)壓力。在這種背景下，為更好地適應(yīng)電力體制改革，預(yù)付費(fèi)電能表隨之得到了廣泛地應(yīng)用。

   由于早期核心關(guān)聯(lián)的通訊技術(shù)應(yīng)用不成熟，系統(tǒng)的兼容性成了影響電能計(jì)量管理遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)推廣應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的不一致。IC卡式預(yù)付費(fèi)電能表在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下，無(wú)奈地規(guī)避了通訊技術(shù)的應(yīng)用瓶頸。

一 IC卡式預(yù)付費(fèi)電能表

（一）主要功能實(shí)現(xiàn)

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

2、復(fù)費(fèi)率功能：可編程設(shè)置時(shí)段，多種費(fèi)率。計(jì)時(shí)時(shí)鐘具有溫度補(bǔ)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(nèi)部經(jīng)過(guò)電器 隔離并具有抗交流220V接入保護(hù)設(shè)計(jì)。

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(dāng)前電價(jià)等信息。

5、信息回抄購(gòu)電功能：一表一卡，即一只電表只能對(duì)應(yīng)一張購(gòu)電卡。插卡輸電時(shí)，表內(nèi)的用電信息自動(dòng)回抄到購(gòu)電卡；再次購(gòu)電時(shí),卡中信息自動(dòng)寫(xiě)入計(jì)算機(jī)存檔并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

6、電表充值提示功能：一般設(shè)有顯示報(bào)警和斷電報(bào)警，并增加了切斷負(fù)載功能。

7、過(guò)載控制功能：通過(guò)設(shè)定功率門(mén)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載過(guò)載斷電控制。斷電時(shí)間可以設(shè)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(fù)用電。

8、預(yù)付費(fèi)控制功能：電表實(shí)現(xiàn)先購(gòu)電后用電的管理方式，電表中沒(méi)有電費(fèi)時(shí)，電表內(nèi)的負(fù)載開(kāi)關(guān)將自動(dòng)切斷負(fù)載電源，當(dāng)向電表充值后，電表重新合閘恢復(fù)負(fù)載供電功能。隨著不斷完善，增設(shè)了透支功能，即可根據(jù)實(shí)際情況允許適度透支，透支的可以設(shè)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)政策的宏觀調(diào)控性，為了防止在電表中充入過(guò)多的電量（金額），通過(guò)設(shè)置電表中的囤積電量門(mén)限限制客戶 一次充入過(guò)多電量（金額）。

10、安全保護(hù)功能：一般采用CPU卡技術(shù)進(jìn) 行系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)。CPU卡電能表和CPU卡的安全認(rèn)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(rèn)證過(guò)程中只起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，不參與數(shù)據(jù)加密、解密工作。售電時(shí)，通過(guò)一系列密鑰認(rèn)證測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)購(gòu)電卡的確認(rèn)、購(gòu)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(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

1、提高抄表效率和準(zhǔn)確性?？梢酝ㄟ^(guò) RS485接口和紅外通訊接口，利用對(duì)應(yīng)的掌上抄表器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)批量抄錄。這點(diǎn)對(duì)于供電企業(yè)管理的電能表數(shù)急劇增加的現(xiàn)狀，有著十分重要的作用。

2、有效解決欠費(fèi)難題。大幅減少了電費(fèi)回收工作的運(yùn)營(yíng)成本，增強(qiáng)了電費(fèi)資金回收的安全性。

3、緩解了交費(fèi)難的矛盾。大幅增加的客戶數(shù)和相對(duì)集中的交費(fèi)時(shí)間段，傳統(tǒng)的收費(fèi)模式極易形成交費(fèi)擁堵。預(yù)付費(fèi)電能表的應(yīng)用很好地降低了柜臺(tái)收費(fèi)壓力和服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

（三）應(yīng)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(nèi)控制系統(tǒng)失效后難以取證認(rèn)定，極易發(fā)生用電糾紛。

2 、管理困難。由于IC卡購(gòu)電的突發(fā)性和隨機(jī)性，增加了供電部門(mén)的售電壓力。同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)密鑰認(rèn)證保證了數(shù)據(jù)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(jié)論證增加非預(yù)期故障的發(fā)生。

3、電價(jià)政策性調(diào)整的適應(yīng)性不強(qiáng)。電價(jià)在 購(gòu)電時(shí)就已確定并且寫(xiě)入預(yù)付費(fèi)電能表內(nèi)，由于IC卡預(yù)付費(fèi)電能表存貯的電價(jià)不能做到實(shí)時(shí)調(diào)整，每次調(diào)價(jià)都給供電企業(yè)增加了很多工作量，客戶也易提出異議。

4、數(shù)據(jù)采集不及時(shí)。無(wú)法實(shí)時(shí)反映客戶用電狀況，不能對(duì)竊電行為進(jìn)行有效監(jiān)控，不能滿足用電管理自動(dòng)化的實(shí)時(shí)管理需求。

5 、購(gòu)電方式的功能擴(kuò)展性不高。以IC卡為數(shù)據(jù)傳遞媒介的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，不太容易與電話銀行、網(wǎng)上銀行等購(gòu)電方式形成有效聯(lián)動(dòng)。往往是客戶持卡到售電營(yíng)業(yè)點(diǎn)購(gòu)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(yù)付費(fèi)電能表在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題和弊端，加之隨著采用開(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(tǒng)”系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；通訊系統(tǒng)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(yù)付費(fèi)電能表的遠(yuǎn)程應(yīng)用提供了廣闊到可能難以想象的空間。

二 預(yù)付費(fèi)電能表與遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的融合

（一）遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中基本的通信方式主要有光纖通信、電話線通信、RS485總線、有線電視電纜、互聯(lián)網(wǎng)、電力線載波通信、儀表總線、衛(wèi)星通信、GPRS和CDMA等。 各類通信方式均有優(yōu)劣勢(shì)和側(cè)重的適用 面。結(jié)合供電企業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)和低壓電力線載波擴(kuò)頻、跳頻、轉(zhuǎn)發(fā)中繼（載波表可以動(dòng)態(tài)地被本 地集中器通過(guò)電力線設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器）等 技術(shù)及專用芯片的實(shí)用化運(yùn)用，目前低壓臺(tái)區(qū)遠(yuǎn) 程自動(dòng)抄表系統(tǒng)多采用電力線載波集中抄表方式 +GPRS遠(yuǎn)傳+預(yù)付費(fèi)電能表的一攬子技術(shù)解決方案。

(二)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電力線載波集中抄表系統(tǒng)由集抄主站、采集器、集中器、電表等設(shè)備組成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況組建專用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)軟件進(jìn)行抄表、控制、管理 用電情況。系統(tǒng)由三個(gè)物理層，兩級(jí)鏈路層構(gòu)成。主站數(shù)據(jù)采集采用星型結(jié)構(gòu)，即一個(gè)用電管理中心對(duì)多個(gè)集中器，為管理層；主站至數(shù)據(jù)集中器通 過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連通；臺(tái)區(qū)安裝集中器，為控制層；集中器至每個(gè)采集器通過(guò)低壓電力線相連，電表箱內(nèi)安裝采集器，采集器與客戶電能表通過(guò) RS485接口方式并聯(lián)，構(gòu)成客戶層。

（三）系統(tǒng)特點(diǎn)

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

2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)群：可對(duì)所有納入集抄系統(tǒng)的客戶進(jìn)行選擇抄收（點(diǎn)抄、全抄）、多點(diǎn)抄構(gòu)成 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)群，進(jìn)行各種分析（線損、復(fù)費(fèi)率、負(fù) 荷等），滿足客戶各種智能管理的需求。

3、軟硬件結(jié)合：系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮使用者的需求和方便，在硬件固定的基礎(chǔ)上，所有系統(tǒng)功能的彌補(bǔ)、管理的修改、操作的添加（遠(yuǎn)程控電），都由后臺(tái)軟件完成。

4、具有安裝便利、可靠性高、安全性好、可維護(hù)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)工程造價(jià)低，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，營(yíng)運(yùn)成本低。

（四）主要功能應(yīng)用

遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)電能表與用電管理系統(tǒng)配合可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)、防竊電、負(fù)荷管理等功能。

1 、遠(yuǎn)程抄表

主站可以進(jìn)行隨機(jī)抄表，根據(jù)抄回的數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)場(chǎng)電能表是否出現(xiàn)故障、客戶用電是否有異常。主站也可以按抄表例日抄表，并將抄回的數(shù)據(jù)傳到電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行電費(fèi)計(jì)算。同時(shí)，主站也可以通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)置使電能表定時(shí)上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息。

2 、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)

客戶可以采取多種形式購(gòu)電，有效避免交費(fèi)高峰。當(dāng)客戶表內(nèi)剩余金額為0時(shí)，表通過(guò)輸出跳閘信號(hào)使內(nèi)部繼電器或外部負(fù)荷控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作斷電，避免了欠費(fèi)行為。遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)方式安全可靠，避免了由于通過(guò)IC卡傳遞信息出現(xiàn)的不讀卡、信息出錯(cuò)等故障。同時(shí)，當(dāng)電價(jià)調(diào)整時(shí)，可通過(guò)主站及時(shí)遠(yuǎn)程批量修改現(xiàn)場(chǎng)電能表內(nèi)電價(jià)參數(shù)，從而保證現(xiàn)場(chǎng)電能表內(nèi)電價(jià)參數(shù)與調(diào)價(jià)同步。

3 、防竊電

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電能表參數(shù)發(fā)生變化或出現(xiàn)失壓、失流、錯(cuò)誤接線等故障時(shí)電能表可自動(dòng)上報(bào)到主站，用電檢查人員可以根據(jù)電能表上傳的信息判斷客戶是否有竊電嫌疑，并及時(shí)到現(xiàn)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(fù)荷管理

主站可以采集現(xiàn)場(chǎng)電能表的電壓、電流、 功率、電量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行負(fù)荷分析管理?？筛鶕?jù)電流數(shù)據(jù)，繪制負(fù)荷曲線，監(jiān)測(cè)用電負(fù)荷變化情況?？筛鶕?jù)電壓數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓合格率。通過(guò)在表內(nèi)設(shè)定有功功率限值，控制客戶超負(fù)荷用電。

（五）增益分析

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

2、由于實(shí)行預(yù)付費(fèi)，大大減少了欠費(fèi)行 為，提高了電費(fèi)回收率，降低了電費(fèi)回收管理中可能到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)電的運(yùn)營(yíng)成本支出。

3、由于可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電能表運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，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(fù)荷控制，杜絕了過(guò)負(fù)荷燒表的發(fā)生，同時(shí)避免了客戶因少報(bào)用電容量而未執(zhí)行分時(shí)電價(jià)和力率考核等現(xiàn)象。

三 安科瑞預(yù)付費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景

功能

預(yù)付費(fèi)電表電費(fèi)收取，管控，欠費(fèi)跳閘；提供后付費(fèi)管理模塊；能耗分析模塊；

水表預(yù)付水費(fèi)收取，管控，欠費(fèi)關(guān)閥；

房租物業(yè)費(fèi)收取，欠費(fèi)拉閘；

公共區(qū)域電費(fèi)分?jǐn)偸杖。?/span>

公共區(qū)域、變電所電表接入抄表、計(jì)量；

預(yù)付費(fèi)+建筑能耗、分類分項(xiàng)能源計(jì)量一體化系統(tǒng)；

物業(yè)/地產(chǎn)集團(tuán)集中財(cái)務(wù)管控，子物業(yè)單獨(dú)權(quán)限；

無(wú)線方案改造方便，調(diào)試簡(jiǎn)單

四 產(chǎn)品選型

五 結(jié)束語(yǔ)

   盡管傳統(tǒng)預(yù)付費(fèi)電能表的諸多弊端越來(lái)越凸現(xiàn)出不能滿足現(xiàn)代用電管理的需要，但短期之內(nèi)，特別是在客戶群體相對(duì)分散的地域，仍然有著一定的適用面。另一方面隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，預(yù)付費(fèi)電能表與通訊技術(shù)和智能控制技術(shù)必將結(jié)合得更為緊密（如基于移動(dòng)通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)電能表就可能完全替代傳統(tǒng)IC卡式預(yù)付費(fèi)電能表的適用范圍）。對(duì)于預(yù)付費(fèi)電能表而言，要拓展出更大的天地，具備“遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能控制”功能是必然的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于供電企業(yè)而言，“遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能控制”功能的推廣應(yīng)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。

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[3]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版

作者簡(jiǎn)介：

王長(zhǎng)幸，女，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向?yàn)轭A(yù)付費(fèi)電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。