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)"。隨著用電量的不斷變大，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(dòng)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(lái)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)。

【摘要】針對(duì)目前市場(chǎng)上普遍以Ic卡作為售電介質(zhì)的預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，介紹了一種新型的無(wú)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，它們之間通過(guò)雙工通信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(guò)用戶終端方便地進(jìn)行充值和查詢等。

關(guān)鍵詞：無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表，預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)，Ic卡電表，雙工通信

隨著國(guó)家電力體制改革的進(jìn)行和公眾對(duì)電力消費(fèi)的需求越來(lái)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電管理系統(tǒng)，以改變傳統(tǒng)售電方式存在的問(wèn)題。

本文首先介紹目前市場(chǎng)上的智能化用電管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出一種新型無(wú)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(wú)線藍(lán)牙技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)用電管理的自動(dòng)化和信息化。

1. 目前市場(chǎng)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(gòu)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(dòng)生產(chǎn)率，解決收費(fèi)難的問(wèn)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(guò)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(dòng)化管理。

目前，國(guó)內(nèi)采用*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(lái)的各種問(wèn)題。但I(xiàn)C卡電表存在以下問(wèn)題：抗干擾能力差，特別是開(kāi)放的讀寫(xiě)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)大；難以適應(yīng)電價(jià)變動(dòng)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(kāi)而不計(jì)費(fèi)給電力公司造成巨大損失等。因此，原國(guó)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(wèn)題，本文提出一款采用封閉的數(shù)據(jù)采集終端和全雙工通信方式的無(wú)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。

二、無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)分為軟、硬件兩個(gè)部分。軟件主要是預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)軟件，硬件包括PC、電話線路或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表。PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器置于電力部門，無(wú)線數(shù)據(jù)終端調(diào)制解調(diào)器、無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表屬于用戶。

無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表可以完成將電表的電度數(shù)、電流、電壓等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)射。用戶家中放置終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的有效接收，同時(shí)，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器可以通過(guò)電話線或電力網(wǎng)與預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效通信。

當(dāng)用戶通過(guò)電話線或電力網(wǎng)進(jìn)行撥號(hào)、聯(lián)網(wǎng)后，用戶按照管理系統(tǒng)的需要設(shè)置用戶名和密碼后，就可以將管理權(quán)限交給終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器通過(guò)電話線或電力網(wǎng)完成與管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的通信，根據(jù)預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)充值、查詢等功能。本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖

1.無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表設(shè)計(jì)

無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表的設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表的設(shè)計(jì)框圖

機(jī)心采用通用的電表機(jī)心，通過(guò)傳感器將電壓、電度數(shù)、電流等參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)A／D變換將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)中，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，LED(發(fā)光二極管)顯示用戶累計(jì)用電和剩余電量，EEPROM主要存放用戶的電表信息，包括用戶充值記錄、用戶余額、累計(jì)用電量、剩余電量、用戶名和密碼等。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，單片機(jī)驗(yàn)證用戶名、密碼和用戶余額，滿足供電條件就打開(kāi)供電閥門開(kāi)關(guān)，不滿足供電條件就關(guān)閉供電閥門開(kāi)關(guān)，同時(shí)可以按照程序設(shè)置，在規(guī)定時(shí)間段將無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表中的數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器中?；蛘卟捎糜脩艚K端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送控制命令，然后由無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表將數(shù)據(jù)信息傳送到用戶終端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。

2.預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)主要由PC、管理端數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器組成。計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，負(fù)責(zé)有關(guān)信息的處理、存儲(chǔ)和顯示。這些信息包括：用戶信息(用戶名和密碼)、用戶購(gòu)電信息、系統(tǒng)總的售電信息、配置信息等。

用戶通過(guò)電話線或電力網(wǎng)與預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)之間建立通信，用戶輸入用戶名和密碼通過(guò)預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的安全驗(yàn)證，用戶端的終端調(diào)制解調(diào)器與預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)建立通信，將用戶的用電信息傳送到預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立用戶用電信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

用戶需要對(duì)電表充值時(shí)，可通過(guò)購(gòu)買電力部門發(fā)行的充值卡或銀行卡的方式，通過(guò)系統(tǒng)安全驗(yàn)證后，將需要充值的金額信息通過(guò)電話線或電力網(wǎng)傳送到預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中，預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)通過(guò)用戶終端調(diào)制解調(diào)器，將用戶充值信息通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送到用戶無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表的EEPROM中存儲(chǔ)，完成對(duì)用戶電表的充值過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用類似目前201電話卡和充值卡業(yè)務(wù)的方法。

3.系統(tǒng)特色和節(jié)能增效

a)通過(guò)預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)和用戶端調(diào)制解調(diào)器，將*新電價(jià)或分時(shí)電價(jià)存儲(chǔ)在用戶電表的EEPOM中，可以隨時(shí)更新電價(jià)信息，當(dāng)電價(jià)調(diào)整時(shí)，無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表根據(jù)*新電價(jià)信息進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算，避免由于電價(jià)變動(dòng)引起的用戶與供電部門之間的矛盾。

b)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(wú)線預(yù)付費(fèi)電表反饋的數(shù)據(jù)信息，供電部門可以及時(shí)了解用戶的用電和購(gòu)電情況，同時(shí)，供電部門可以根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)確定某一片區(qū)用戶的用電情況，適當(dāng)?shù)貙?duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。

C)在我國(guó)，電能向來(lái)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(wèn)題，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。

d)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(wú)線預(yù)付費(fèi)電表能有效實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)電。

e)可以減少竊電引起的損失。由于無(wú)線預(yù)付費(fèi)電表采用整體化設(shè)計(jì)，沒(méi)有外部IC卡接口，同時(shí)，無(wú)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(guò)解密技術(shù)手段進(jìn)行的竊電行為。

三、安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

1.概述

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(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(dòng)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，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場(chǎng)和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。

2.應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場(chǎng)、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫(xiě)字樓、物流倉(cāng)儲(chǔ)、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等場(chǎng)所。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.系統(tǒng)功能

4.1房間監(jiān)控

清晰簡(jiǎn)潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費(fèi)用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對(duì)房間當(dāng)前實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對(duì)房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開(kāi)戶、電價(jià)設(shè)置，售電、退電、報(bào)警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

4.2電戶開(kāi)表

系統(tǒng)針對(duì)商鋪開(kāi)戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預(yù)先設(shè)置開(kāi)戶信息后期一鍵開(kāi)戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級(jí)告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語(yǔ)音外呼、公眾號(hào)推送等。

4.3充電繳費(fèi)

可以對(duì)已開(kāi)戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì)根據(jù)電度走字實(shí)時(shí)扣除電費(fèi)同時(shí)系統(tǒng)也支持早臺(tái)計(jì)費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

4.4財(cái)務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費(fèi)記錄，以及物業(yè)費(fèi)扣費(fèi)流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)間跨度等不同維度統(tǒng)計(jì)水電費(fèi)收入情況，收入組成。

4.5報(bào)表

系統(tǒng)還提供了多個(gè)報(bào)表以供查詢。用電綜合報(bào)表，幫助財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)每個(gè)月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費(fèi)，能耗同比分析，可以比較每個(gè)月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報(bào)表，按日，月，年三個(gè)不同維度查詢電表每個(gè)階段的用能情

4.6批量操作

為了方便用戶對(duì)大量?jī)x表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價(jià)、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時(shí)執(zhí)行。

4.7自定義收費(fèi)方案

為了靈活應(yīng)對(duì)用戶多種多樣的收費(fèi)方案，比如物業(yè)費(fèi)，房租，服務(wù)費(fèi)等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費(fèi)項(xiàng)目。收費(fèi)方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費(fèi)或者一次性收費(fèi)，可以按固定金額收費(fèi)或者按房間面積換算等等。

4.8公共區(qū)域用電分?jǐn)?/p>

某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換算成電費(fèi)從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計(jì)的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費(fèi)方式有直接扣費(fèi)或者生成維費(fèi)賬單。

4.9后付費(fèi)模式

按日期生成后付費(fèi)用戶周期用電費(fèi)用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后生成繳費(fèi)賬單方便追蹤客戶繳費(fèi)情況可導(dǎo)出繳費(fèi)賬單以及欠費(fèi)賬單通知客戶。

4.10公眾號(hào)在線支付

 用戶可以在微信小程序或者微信公眾號(hào)自助查詢電表使用情況以及繳費(fèi)。

四、系統(tǒng)硬件配置

五、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)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(duì)電能的計(jì)量、控制與管理的新要求，對(duì)于電力系統(tǒng)的節(jié)能增效、拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起積極作用。

參考文獻(xiàn)

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2019.11版

作者簡(jiǎn)介

陳芳芳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事與預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用手機(jī)：