安科瑞 李雨軒

【摘要】 針對目前市場上普遍以射頻卡作為售電介質(zhì)的預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)存在的問題，介紹 了一種新型的無線預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)及其構(gòu)成，并給出了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整方案。整個(gè)系統(tǒng)包括用戶終端和電力管理系統(tǒng)端，它之前間通過RS485、NB、2G、4G、lora等通信等方式可以將用戶用電信息和管理系統(tǒng)端相關(guān)的電價(jià)改革信息以及分時(shí)段計(jì)費(fèi)信息及時(shí)進(jìn)行相互通信。用戶可以通過用戶終端方便地進(jìn)行充值和查詢等。

關(guān)鍵詞 ：無線預(yù)付費(fèi)電表 ，預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)，IC卡電表，4G通信

0 引言

目前，民用照明用電和工業(yè)用電大多采用傳統(tǒng)的感應(yīng)式電度表計(jì)量，用電管理方法為人工抄表 ，記錄每月用電量 ，“先用電，后交費(fèi)”。隨著用電量的不斷增大 ，這種電能計(jì)量管理方法顯示出許多缺點(diǎn) ，集中表現(xiàn)在：人工抄表難 ，勞動強(qiáng)度大 ，浪費(fèi)人力 、物力 、財(cái)力 ；電費(fèi)收取難 ，用戶“先用電”意味著電業(yè)管理部門須預(yù)付巨額的電費(fèi)，已用電費(fèi)的按時(shí)收取受諸多因素的影響 ， 給管理部門帶來經(jīng)濟(jì)損失 ；防偷盜電難 ，傳統(tǒng)電表由于自身的原理和結(jié)構(gòu)，給盜電者以可乘之機(jī)。 隨著國家電力體制改革的進(jìn)行和公眾對電力消費(fèi)的需求越來越高 ，落后的售電管理方式亟待改變。隨著嵌入式系統(tǒng)和 VLSI的快速發(fā)展 ，人們提出了多種智能化用電管理系統(tǒng) ，以改變傳統(tǒng)售電方式存在的問題 。 本文首先介紹目前市場上的智能化用電管理系統(tǒng) 存在的問題提出一種新型4G無線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法 ，本系統(tǒng)利用無線通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)用電管理的自動化和信息化。

1 目前市場上智能化用電管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

智能化用電管理系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為控制核心 ，改變傳統(tǒng)“先用電 ，后付費(fèi)”的用電模式 ，實(shí)行“先購電 ，后用 電”的管理辦法 ，供電管理部門可以免除人工抄表 ， 提高勞動生產(chǎn)率 ，解決 收費(fèi)難的問題 ，節(jié)省大量的資金 ，并可有效防止反轉(zhuǎn) 、分流等盜電現(xiàn)象 ，從而具有一定的防偷盜電功能。通過電子鑰匙作為傳輸媒介 ，可以及時(shí)全面地掌握用電信息 ，實(shí)現(xiàn)控制 、統(tǒng)計(jì) 、報(bào)表的全面自動化管理。

目前 ，國內(nèi)采用最多的是 IC卡作為售電介質(zhì)的預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng) 。這種電表可 以避免因人工人戶抄表、 多戶共用一表帶來的各種問題。但 IC卡 電表存在 以下問題 ：抗干擾能力差 ，特別是開放的讀寫窗口，易受外界攻擊 ；IC卡 電表被攻擊造成控 制系統(tǒng)失效后 ，很 難取證認(rèn)定 ，極易發(fā)生用電糾紛 ；價(jià)格高 ，壽命短 ，綜合效益差 ，使用風(fēng)險(xiǎn)大；難 以適應(yīng)電價(jià)變動的要求。 由于 IC卡電表系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)采集終端容易遭受攻擊 ，使得數(shù)據(jù)終端器容易出現(xiàn)工作故障，如造成閥 門打開而不計(jì)費(fèi)給 電力公 司造成巨大損失等。因此 ， 原國家電力公司決定 ：在“一 戶 一 表 ”改造工程中不宜選用IC卡電能表 。 由于目前預(yù)付費(fèi)電表存在的問題 ，本文提出一款采用封閉的數(shù)據(jù)采集終端和4G方式的無線預(yù)付費(fèi)電表 ，以克服目前智能化預(yù)付費(fèi)電表的不足。

2 無線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

無線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)分為軟 、硬件兩個(gè)部分。它是以電能管理軟件和集中抄表軟件為主，包括計(jì)算機(jī)，通訊管理機(jī)，打印機(jī)等設(shè)置在內(nèi)的集成系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作。

本地預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)和預(yù)付費(fèi)云系統(tǒng)區(qū)別如下：

系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

• 快速配置，即裝即用：將電表和通訊管理機(jī)配置導(dǎo)入系統(tǒng)就可以使用；

• 遠(yuǎn)程集中抄表：免人工抄表，電表狀態(tài)實(shí)時(shí)性最高可精確到3分鐘以內(nèi)；

• 支持單獨(dú)計(jì)價(jià)、多費(fèi)率、階梯電價(jià)：可對每塊電表單獨(dú)設(shè)置電價(jià)、費(fèi)率和階梯電價(jià)；

• 遠(yuǎn)程售電：財(cái)務(wù)集中管理，電量實(shí)時(shí)下發(fā)，并比對充值次數(shù)防止作弊；

• 數(shù)據(jù)安全：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸采用金融級的3DES加密算法，防止數(shù)據(jù)作弊竊電；

• 遠(yuǎn)程控制：可對任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理；

• 能耗分析及查詢：用戶和管理員可查詢預(yù)付費(fèi)表或各類接入的計(jì)量儀表每天的用能狀況；

• 無人值守售電和查詢：需提供微信和支付寶無人值守，自助支付售電，用戶能查詢自己的充值記錄和用電記錄，預(yù)留用戶對自己的租戶遠(yuǎn)程分合閘的功能。

• 電站電能管理：提供變電所或樓層、大樓總表的遠(yuǎn)程自動抄表，以及相關(guān)能耗報(bào)表的功能；

• 水電一體：提供與預(yù)付費(fèi)電表相類似的所有售水相關(guān)功能，預(yù)付水量用完自動關(guān)閥，如遠(yuǎn)程售水、水耗報(bào)表、遠(yuǎn)程開關(guān)閥等，并與電表集成一體化系統(tǒng)；

• 系統(tǒng)開放水電表的數(shù)據(jù)接口：第三方集成大平臺可通過數(shù)據(jù)接口對系統(tǒng)中接入的水電表完成任何操作，如：開戶、售電售水、遠(yuǎn)程開關(guān)閥/分合閘、抄表數(shù)據(jù)查詢、基礎(chǔ)資料導(dǎo)入等。

4G無線預(yù)付費(fèi)電表規(guī)格

DDSY1352-4G（NB、2G、4G、lora）：

1. 有功精度：1級，無功精度：2級（目前標(biāo)準(zhǔn)最高），電壓、電流精度：0.2級；

2. 電壓規(guī)格：220V；

3. 電流規(guī)格：10（60）A；

4. 工作溫度：-25℃~+55℃

5. 相對濕度：≤95℅（無凝露）

6. 支持2G或NB數(shù)據(jù)上傳，可對接預(yù)付費(fèi)云平臺及其他云平臺

7. Modbus RTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約可自適應(yīng)，兩路485可獨(dú)立設(shè)置，亦可使用不同協(xié)議；波特率1200bps-19200bps可設(shè)，奇偶校驗(yàn)位可設(shè)；

8. 支持背光、紅外；

9. 支持有功脈沖輸出；

10. 可選配支持1路DO輸出；

11. 內(nèi)置大容量磁保持繼電器（100A），支持內(nèi)部通斷；

12. 支持高精度始終芯片始終誤差小于0.5S/d;

13. 外形尺寸：72*88*70，標(biāo)準(zhǔn)DIN35導(dǎo)軌安裝；

DTSY1352-4G（NB、2G、4G、lora）：

1. 有功精度：0.5S級，無功精度：2級（目前標(biāo)準(zhǔn)最高），電壓、電流精度：0.2級；

2. 電壓規(guī)格：3×100V、 3×380V、3×57.7/100V、 3×220/380V；

3. 電流規(guī)格：3×1(6)A（經(jīng)互感器接入），3×10(80)A（直接接入）；

4. 工作溫度：-25℃~+55℃

5. 相對濕度：≤95℅（無凝露）

6. 支持2G或NB數(shù)據(jù)上傳，可對接預(yù)付費(fèi)云平臺及其他云平臺

7. Modbus RTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約可自適應(yīng)，兩路485可獨(dú)立設(shè)置，亦可使用不同協(xié)議；波特率1200bps-19200bps可設(shè)，奇偶校驗(yàn)位可設(shè)；

8. 支持背光、紅外；

9. 支持有功脈沖輸出；

10. 可選配兩路DO輸出；

11. 內(nèi)置大容量磁保持繼電器（100A），支持內(nèi)部通斷；

12. 支持高精度始終芯片始終誤差小于0.5S/d;

13. 外形尺寸：144*88*70，標(biāo)準(zhǔn)DIN35導(dǎo)軌安裝；

3 系統(tǒng)特色和節(jié)能增效

1. )實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動抄表 、收費(fèi) ，不僅節(jié)省 了大量人力物力 ，而且抄錄的數(shù)據(jù)更多 、更準(zhǔn)確 、更便于利用。例如根據(jù)無線預(yù)付費(fèi)電表反饋的數(shù)據(jù)信息 ，管理部門可以及時(shí)了解用戶的用電和購電情況 。

2. )在我國，電能向來都是先用電后付費(fèi)，容易造成拖欠電費(fèi) 、抗交電費(fèi)等弊端 ，嚴(yán)重制約了電力工業(yè) 的發(fā)展。要根本解決上面問題 ，必須改用先交費(fèi)后用電原則 ，使電能成為真正的商 品，為電力工業(yè)的發(fā)展提供可靠的資金保障。

3. )分時(shí)計(jì)費(fèi)制度的推廣是用經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)節(jié)負(fù)荷 ，從而有效提高電力設(shè)備的利用率 ，無線預(yù)付費(fèi)電表能有效實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì) 電。

4. )可 以減少竊電引起的損失。由于無線 預(yù)付費(fèi)電表采用整體化設(shè)計(jì) ，沒有外部 IC卡接口，同時(shí) ，無線收發(fā)模塊采用加密設(shè)置，安全性能可靠 ，能有效防止通過解密技術(shù)手段進(jìn)行的竊電行為。

4 結(jié)束語

無線預(yù)付費(fèi)電表的推廣使用 ，符合飛速發(fā)展的電力工業(yè)對電能的計(jì)量 、控制與管理的新要求 ，對于電力系統(tǒng)的節(jié)能增效 、拉動國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起積極作用 。