安科瑞预付费电能表及电能管理系统的应用分析

周博龙

安科瑞电气股份有限公司   上海嘉定201801

   摘要：本文阐述了传统IC卡式预付费电能表的主要功能，分析了其应用优势和存在的弊端；较为详细地介绍了一种预付费电能表，在融入了通讯技术和智能控制技术后的功能拓展及推广实用价值，从而描述出预付费电能表可能的技术发展趋势。

   关键词：预付费;电能表;应用;分析

   电费是供电企业维持生产和发展的主要资金来源，是否能够及时回收对供电企业资金循环具有重要的作用。由于多年来“先用电、后付费”的用电模式、“点多面广”的电力客户群和现场停限电的技术手段，以及配套法规与市场经济的不适应，直接导致供电企业在电费回收上存在着巨大的风险，历年来也倾注了人力、财力，营运压力。在这种背景下，为更好地适应电力体制改革，预付费电能表随之得到了广泛地应用。

   由于早期核心关联的通讯技术应用不成熟，系统的兼容性成了影响电能计量管理远程自动抄表系统推广应用的一个重要障碍，特别是通信协议的兼容性和制造标准的不一致。IC卡式预付费电能表在当时的环境下，无奈地规避了通讯技术的应用瓶颈。

一 IC卡式预付费电能表

（一）主要功能实现

1、计量功能：单相分时计量有功电能；保存历史电量，并具有电量冻结功能。

2、复费率功能：可编程设置时段，多种费率。计时时钟具有温度补偿功能。

3 、通讯功能：具有RS485接口和一个红外通讯接口。RS485接口一般与电表内部经过电器 隔离并具有抗交流220V接入保护设计。

4、显示功能：液晶显示，按键可自动循环 显示剩余金额、总电量、当前电价等信息。

5、信息回抄购电功能：一表一卡，即一只电表只能对应一张购电卡。插卡输电时，表内的用电信息自动回抄到购电卡；再次购电时,卡中信息自动写入计算机存档并进行数据校验。

6、电表充值提示功能：一般设有显示报警和断电报警，并增加了切断负载功能。

7、过载控制功能：通过设定功率门限，实现对负载过载断电控制。断电时间可以设置为立即断电和延时断电两种方式。按键或者插卡可以恢复用电。

8、预付费控制功能：电表实现先购电后用电的管理方式，电表中没有电费时，电表内的负载开关将自动切断负载电源，当向电表充值后，电表重新合闸恢复负载供电功能。随着不断完善，增设了透支功能，即可根据实际情况允许适度透支，透支的可以设置，透支完后，电表进行断电，下次电表充值时透支部分将自动进行充减。

9、防囤积电量功能：由于电价政策的宏观调控性，为了防止在电表中充入过多的电量（金额），通过设置电表中的囤积电量门限限制客户 一次充入过多电量（金额）。

10、安全保护功能：一般采用CPU卡技术进 行系统安全设计。CPU卡电能表和CPU卡的安全认证是通过电能表中的ESAM模块完成的，CPU卡电能表的MCU在认证过程中只起到数据传输的作用，不参与数据加密、解密工作。售电时，通过一系列密钥认证测试，可实现购电卡的确认、购电卡允许写信息、允许返写二进制文件擦除等操作。

（二）其主要应用优点

1、提高抄表效率和准确性。可以通过 RS485接口和红外通讯接口，利用对应的掌上抄表器进行现场批量抄录。这点对于供电企业管理的电能表数急剧增加的现状，有着十分重要的作用。

2、有效解决欠费难题。大幅减少了电费回收工作的运营成本，增强了电费资金回收的安全性。

3、缓解了交费难的矛盾。大幅增加的客户数和相对集中的交费时间段，传统的收费模式极易形成交费拥堵。预付费电能表的应用很好地降低了柜台收费压力和服务风险。

（三）应用中存在的问题

1、抗攻击能力差。IC卡的丢失、损坏，特别是其开放的IC卡读写端口易受外界攻击。被攻击造成表内控制系统失效后难以取证认定，极易发生用电纠纷。

2 、管理困难。由于IC卡购电的突发性和随机性，增加了供电部门的售电压力。同时为了保证数据的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系统和动态密钥认证保证了数据安全性 的同时，也增加了用电管理部门的管理工作量。 而且多环节论证增加非预期故障的发生。

3、电价政策性调整的适应性不强。电价在 购电时就已确定并且写入预付费电能表内，由于IC卡预付费电能表存贮的电价不能做到实时调整，每次调价都给供电企业增加了很多工作量，客户也易提出异议。

4、数据采集不及时。无法实时反映客户用电状况，不能对窃电行为进行有效监控，不能满足用电管理自动化的实时管理需求。

5 、购电方式的功能扩展性不高。以IC卡为数据传递媒介的预付费系统，不太容易与电话银行、网上银行等购电方式形成有效联动。往往是客户持卡到售电营业点购电，降低电力营销的服务质量，增加了供电企业的工作量。 因此，为解决IC卡预付费电能表在实际应用中存在的问题和弊端，加之随着采用开放式通信协议，等效采用IEC62056的GB/T19882、GB/ T19897“自动抄表系统”系列国家标准；通讯系统的兼容性问题得以解决。 核心关联技术瓶颈的打破，为预付费电能表的远程应用提供了广阔到可能难以想象的空间。

二 预付费电能表与远程抄表系统的融合

（一）远程抄表系统中基本的通信方式主要有光纤通信、电话线通信、RS485总线、有线电视电缆、互联网、电力线载波通信、仪表总线、卫星通信、GPRS和CDMA等。 各类通信方式均有优劣势和侧重的适用 面。结合供电企业的行业特点和低压电力线载波扩频、跳频、转发中继（载波表可以动态地被本 地集中器通过电力线设置为路由器或转发器）等 技术及专用芯片的实用化运用，目前低压台区远 程自动抄表系统多采用电力线载波集中抄表方式 +GPRS远传+预付费电能表的一揽子技术解决方案。

(二)系统结构电力线载波集中抄表系统由集抄主站、采集器、集中器、电表等设备组成，根据现场情况组建专用网络，通过软件进行抄表、控制、管理 用电情况。系统由三个物理层，两级链路层构成。主站数据采集采用星型结构，即一个用电管理中心对多个集中器，为管理层；主站至数据集中器通 过GPRS网络连通；台区安装集中器，为控制层；集中器至每个采集器通过低压电力线相连，电表箱内安装采集器，采集器与客户电能表通过 RS485接口方式并联，构成客户层。

（三）系统特点

1、采用PLC（电力线载波）通讯方式：有效利用电网拓朴结构，易施工。

2、基础数据群：可对所有纳入集抄系统的客户进行选择抄收（点抄、全抄）、多点抄构成 基础数据群，进行各种分析（线损、复费率、负 荷等），满足客户各种智能管理的需求。

3、软硬件结合：系统设计充分考虑使用者的需求和方便，在硬件固定的基础上，所有系统功能的弥补、管理的修改、操作的添加（远程控电），都由后台软件完成。

4、具有安装便利、可靠性高、安全性好、可维护性强的优点。同时工程造价低，系统维护简单，营运成本低。

（四）主要功能应用

远程预付费电能表与用电管理系统配合可实现远程抄表、远程预付费、防窃电、负荷管理等功能。

1 、远程抄表

主站可以进行随机抄表，根据抄回的数据判断现场电能表是否出现故障、客户用电是否有异常。主站也可以按抄表例日抄表，并将抄回的数据传到电力营销管理信息系统进行电费计算。同时，主站也可以通过远程设置使电能表定时上报现场数据信息。

2 、远程预付费

客户可以采取多种形式购电，有效避免交费高峰。当客户表内剩余金额为0时，表通过输出跳闸信号使内部继电器或外部负荷控制开关动作断电，避免了欠费行为。远程预付费方式安全可靠，避免了由于通过IC卡传递信息出现的不读卡、信息出错等故障。同时，当电价调整时，可通过主站及时远程批量修改现场电能表内电价参数，从而保证现场电能表内电价参数与调价同步。

3 、防窃电

当现场电能表参数发生变化或出现失压、失流、错误接线等故障时电能表可自动上报到主站，用电检查人员可以根据电能表上传的信息判断客户是否有窃电嫌疑，并及时到现场进行检查。这种功能可以有效地窃电行为，做到防患于未然。

4、负荷管理

主站可以采集现场电能表的电压、电流、 功率、电量等数据，进行负荷分析管理。可根据电流数据，绘制负荷曲线，监测用电负荷变化情况。可根据电压数据，计算电压合格率。通过在表内设定有功功率限值，控制客户超负荷用电。

（五）增益分析

1、由于采用远程抄表，可以节省大量抄表员的人力费用。同时，可以避免人工抄表差错、及时发现电表故障，从而提高服务水平。

2、由于实行预付费，大大减少了欠费行 为，提高了电费回收率，降低了电费回收管理中可能到现场复电的运营成本支出。

3、由于可对现场电能表运行状况进行在线监测，可以有效防止窃电行为，减少电量的不明损失。

4、由于自动进行负荷控制，杜绝了过负荷烧表的发生，同时避免了客户因少报用电容量而未执行分时电价和力率考核等现象。

三 安科瑞预付费产品应用场景

功能

预付费电表电费收取，管控，欠费跳闸；提供后付费管理模块；能耗分析模块；

水表预付水费收取，管控，欠费关阀；

房租物业费收取，欠费拉闸；

公共区域电费分摊收取；

公共区域、变电所电表接入抄表、计量；

预付费+建筑能耗、分类分项能源计量一体化系统；

物业/地产集团集中财务管控，子物业单独权限；

无线方案改造方便，调试简单

四 产品选型

五 结束语

   尽管传统预付费电能表的诸多弊端越来越凸现出不能满足现代用电管理的需要，但短期之内，特别是在客户群体相对分散的地域，仍然有着一定的适用面。另一方面随着社会的不断发展，预付费电能表与通讯技术和智能控制技术必将结合得更为紧密（如基于移动通讯技术的远程预付费电能表就可能完全替代传统IC卡式预付费电能表的适用范围）。对于预付费电能表而言，要拓展出更大的天地，具备“远程实时智能控制”功能是必然的技术发展趋势。对于供电企业而言，“远程实时智能控制”功能的推广应用，也一定能够不断提升日常用电管理水平和服务质量。