Acrel预付费电能表及能源管理系统的应用分析
摘要:本文阐述了传统IC卡预付费电能表的主要功能，分析了其应用的优缺点；详细介绍了预付费电能表集成通信技术、智能控制技术后的功能扩展和推广应用价值，描述了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，能否及时收取对供电企业的资金循环起着重要作用。由于多年来“先用电、后付费”的用电模式，广泛的电力用户基础和现场停电限电的技术手段，以及配套法规与市场经济的不匹配，直接导致供电企业在收取电费方面的巨大风险，多年来人力、财力和运营压力都倾注其中。在此背景下，为了更好地适应电力体制改革，预付费电表得到了广泛应用。
由于早期核心相关通信技术应用不成熟，系统的兼容性已成为影响电能计量管理远程自动抄表系统推广应用的重要障碍，特别是通信协议的兼容性和制造标准的不一致。在当时的环境下，IC卡式预付费电能表无法避免通信技术的应用瓶颈。
1.卡式预付费电能表
1.1主要功能
1.1.1计量功能:单相计量有功电能；保存历史电力，并具有电力冻结功能。
1.1.2多资费功能:可编程设置时间段、多种资费。定时时钟具有温度补偿功能。
1.1.3通信功能:具有RS485接口和一个红外通信接口。RS485接口通常与电表内部电气隔离，并具有防交流220V接入保护设计
1.1.4.显示功能:液晶显示，按钮可自动循环显示，界面显示如剩余电量、总电量、当前电价等。
1.1.5.信息回抄购电功能:一表一卡，即一个电表只能对应一张IC卡。插卡送电时，电表中的用电信息自动复制回IC卡；再次购电时，卡中的信息会自动写入计算机进行存档和数据验证。
1.1.6.电表充值提醒功能:一般有显示报警和断电报警，还增加了切断负载的功能。
1.1.7.过载控制功能:通过设定功率阈值，实现负载侧过载断电控制。断电时间有两种设置方式:立即断电和延迟断电。按下按钮或插入卡即可恢复供电。
1.1.8.预付费控制功能:电表实现了先购电后用电的管理方式。当电表中没有电费时，电表中的负载开关将自动切断负载电源。给电表充电后，电表将重新关闭以恢复负载供电功能。随着不断完善，增加了透支功能，可以根据实际情况允许适度透支。可以设置透支额度。透支完成后，电表会断电，下次充值时会自动充减透支部分。
1.1.9.防囤电功能:由于电价政策的宏观调控，为了防止过多的电力（金额）充入电表，通过在电表中设置囤电阈值来限制客户一次性充入过多的电力（金额）。
1.1.10.安全保护功能:系统安全设计一般采用CPU卡技术。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只在认证过程中起到数据传输的作用，不参与数据加密和解密。售电时，通过一系列关键认证测试，可实现购电卡确认、购电卡信息写入权限、二进制文件擦除回写权限等操作。
1.2主要优势
1.2.1提高抄表效率和准确度。通过RS485接口和红外通信接口，可以使用相应的手持抄表设备进行现场批量抄收。这对供电企业管理的电能表数量急剧增加的现状有着非常重要的作用。
1.2.2有效解决拖欠问题。大幅降低电费收缴的运营成本，增强电费收缴的安全性
1.2.3缓解支付难的矛盾。随着客户数量的大量增加和支付时间段的相对集中，传统的收费模式非常容易造成支付拥堵。预付费电能表的应用大大减轻了柜面收费压力和服务风险。
1.3应用中的问题
1.3.1抗攻击能力差。IC卡的丢失和损坏，特别是其开放的IC卡读写端口很容易受到外部攻击。被攻击后难以取证并导致内部控制系统故障，非常容易发生用电纠纷。
1.3.2管理难度大。由于IC卡购电的突发性和随机性，供电部门加大了售电压力。同时，为了保证数据安全，目前广泛使用智能CPU卡。其COS系统和动态密钥认证保证了数据安全，但同时也增加了电力管理部门的管理工作量。此外，多链路演示增加了意外故障的发生。
1.3.3电价政策调整的适应性不强。购电时已确定电价并写入预付费电能表。由于IC卡预付费电能表存储的电价无法实时调整，每次调价都给供电公司增加了大量工作量，客户也容易产生质疑。
1.3.4数据收集不及时。无法实时反映客户的用电状况，无法有效监控窃电行为，无法满足用电管理自动化的实时管理需求
1.3.5购电方式的功能扩展性不高。以IC卡为数据传输媒介的预付费系统不易与电话银行、网上银行等购电方式形成有效联动。客户经常在售电网点用卡购电，降低了电力营销的服务质量，增加了供电公司的工作量。因此，为了解决IC卡预付费电能表在实际应用中存在的问题和弊端，需要解决通信系统的兼容性问题。核心相关技术瓶颈的突破，为预付费电能表的远程应用提供了可能难以想象的广阔空间。
2预付费电能表与远程抄表系统的集成
2.1远程抄表系统中的基本通信方式主要包括光纤通信、电话线通信、RS485总线、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。各种沟通方式都有其优缺点和适用范围。结合供电企业的行业特点和低压电力线载波扩频、跳频、转发和中继（本地集中器可通过电力线将载波表动态设置为路由器或转发器）技术及专用芯片的实际应用。目前，低压远程自动抄表系统大多采用电力线载波集中抄表方式+ GPRS远程传输+预付费电能表系列技术方案。
2.2系统结构电力线载波集中抄表系统由集中抄表主站、采集器、集中器、电表等设备组成。根据现场情况建立专用网络，通过软件进行用电的抄表、控制和管理。该系统由三个物理层和两个链路层组成。主站的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是管理层；主站通过GPRS网络连接到数据集中器；采集器通过低压电力线连接，采集器安装在电表箱内，采集器与客户电能表通过RS485接口并联组成客户层。
2.3系统功能
2.3.1采用PLC（电力线载波）通信方式:有效利用电网拓扑结构，便于施工。
2.3.2基础数据组:可选择所有纳入集中抄收系统的客户进行抄收（点抄收、全抄收）、多点抄收形成基础数据组，以及各种分析（线损、复费率、负荷等。），满足客户的各种智能管理需求。
2.3.3软硬件结合:系统设计充分考虑了用户的需求和便利性。在硬件固定的基础上，所有的系统功能补偿、管理修改和操作添加（遥控电源）都由后台软件完成。
2.3.4具有安装方便、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，运营成本低。
2.4主要功能的应用
远程预付费电能表配合用电管理系统实现远程抄表、远程预付费、防窃电、负荷管理等功能。
远程抄表
主站可进行随机抄表，根据回读数据判断现场电能表是否故障或客户用电是否异常。主站也可以根据抄表例程进行抄表，并将读回数据传输到电力营销管理信息系统进行电费计算。同时，主站还可以通过远程设置使电能表定期上报现场数据信息。
远程预付费
客户可以通过各种形式购买电力，以有效避免支付高峰。当用户电表中的剩余电量为0时，电表输出跳闸信号，使内部继电器或外部负载控制开关动作以切断电源，从而避免欠费行为。远程预付费方法安全可靠，避免了由于通过IC卡传输信息而导致的卡无法读取和信息错误等故障。同时，在电价调整时，可通过主站及时批量修改现场电能表中的电价参数，确保现场电能表中的电价参数与调价同步。
防窃电
当现场电能表参数发生变化或出现失压、失流、接线错误等故障时，电能表可自动上报主站。到现场进行检查。该功能可以有效窃电，防患于未然。
负载管理
主站可以采集现场电能表的电压、电流、功率、电量等数据，用于负荷分析和管理。根据当前数据，可以绘制负荷曲线来监测用电负荷的变化。根据电压数据，可以计算出电压合格率。通过在电能表中设置有功功率限制，控制客户的过载功耗。
2.5增益分析
2.5.1由于远程抄表的使用，可以节省大量抄表员的人力成本。同时，可以避免人工抄表的错误，及时发现电表故障，从而提高服务水平。
2.5.2由于实施预付费，欠费大幅减少，电费回收率提高，电费回收管理中现场恢复用电的运营成本降低。
2.5.3由于可以对现场电能表的运行状态进行在线监测，因此可以有效防止窃电和减少电力的未知损失。
2.5.4由于自动负荷控制，消除了过载烧表的发生，同时避免了客户因少报用电能力而不执行分时电价和电价评估的现象。
3.Acrel预付费产品应用场景
3.1功能
预付费电表电费收缴、控制、欠费跳闸；提供后支付管理模块；能耗分析模块；
收缴租金和物业费，以及欠费；
公共区域分摊电费；
公共区域和变电站的抄表和计量通道；
预付费+建筑能耗分类分项能源计量综合系统；
物业/房地产集团的集中财务管理和控制，子物业的独立权限；
无线解决方案易于修改和调试。
4.产品选择
5.结论
尽管传统预付费电能表的许多弊端越来越突出，无法满足现代用电管理的需求，但短期内，尤其是在客户群相对分散的地区，仍有一定程度的应用。另一方面，随着社会的不断发展，预付费电能表将与通信技术和智能控制技术更紧密地结合在一起（例如，基于移动通信技术的远程预付费电能表可能会完全取代传统的IC卡预付费电能表。电能表的应用范围）。对于预付费电能表来说，具备“远程实时智能控制”功能是必然的技术发展趋势，以便扩展到更大的世界。对于供电企业来说，“远程实时智控”功能的推广应用也将能够不断提升日常用电的管理水平和服务质量。
