預付費電表廠家拓強開發(fā)出無卡式遠程預付費電表
近些年供電公司為解決欠費問題相繼安裝使用了預付費電能表及其售電管理系統(tǒng)，僅北京地區(qū)就運行IC卡預付費電能表56000余塊。預付費電能表的推廣使用大大緩解了供電部門的收費壓力，但是目前各地主要采用以IC卡為數(shù)據(jù)傳遞媒介的IC卡預付費電能表，它在使用中存在如下問題：
⑴ 抗攻擊能力差。IC卡的丟失、損壞，特別是其開放的IC卡讀寫端口易受外界攻擊。被攻擊造成表內(nèi)控制系統(tǒng)失效后難以取證認定，極易發(fā)生用電糾紛。
⑵ 管理困難。由于IC卡購電的突發(fā)性和隨時性，增加了供電部門的售電壓力。同時為了保證數(shù)據(jù)的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統(tǒng)和動態(tài)密鑰認證保證了數(shù)據(jù)安全性的同時，也增加了用電管理部門的管理工作量。而且多環(huán)節(jié)論證增加非預期故障的發(fā)生。
⑶ 難以適應電價政策性調(diào)整的需要。電價在購電時就已確定并且寫在預付費電能表中，由于IC卡預付費電能表存貯的電價不能做到實時調(diào)整，每次調(diào)價都給供電部門增加了很多工作量，電力用戶為此也經(jīng)常提出異議。
⑷ 以IC卡為數(shù)據(jù)傳遞媒介的預付費系統(tǒng)，限制了電話銀行、網(wǎng)上銀行等等購電方式的功能擴展。必須要求電力用戶持卡到售電營業(yè)點購電，增加了電力用戶的負擔，降低電力營銷的服務質量，同時也增加了供電部門的工作量。
⑸ 數(shù)據(jù)采集不及時，無法實現(xiàn)反映用戶用電狀況，不能對竊電行為進行有效監(jiān)控，不能滿足用電管理自動化、現(xiàn)代化的需求。
因此，為解決IC卡預付費電能表在實際應用中存在的問題和弊端，我們研究開發(fā)了一種全新的預付費電能表――遠程預付費電能表。這種遠程預付費電能表以GPRS/CDMA IX移動通信網(wǎng)作為信息傳遞媒介，通過用電管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠程預付費及其它用電管理功能。
2 原理組成及技術特點
遠程預付費電能表由預付費多功能基表和通訊模塊兩部分組成，不設本地IC卡接口。通訊模塊裝有一個移動電話卡，具有靜態(tài)的IP地址，負責與用電管理系統(tǒng)主站通訊。該表具有以下技術特點：
⑴ 預付費多功能基表的計量數(shù)據(jù)、預付費數(shù)據(jù)分開存貯，存儲信息相互獨立，避免了以往IC卡預付費電能表由于計量數(shù)據(jù)與預付費數(shù)據(jù)相互干擾產(chǎn)生的死機、黑屏、亂碼、無故報警、無故跳閘等故障。
⑵ 通訊模塊由單獨CPU控制，不設FLASH，避免了數(shù)據(jù)重復存貯，有效降低了制造成本，同時簡化了系統(tǒng)工作流程。各種曲線及時間記錄存儲在基表內(nèi)，通訊模塊根據(jù)主站的數(shù)據(jù)請求讀取基表數(shù)據(jù)，進行規(guī)約轉換，打包上送給主站。同時，通訊模塊也可以根據(jù)要求，主動向主站上送基表數(shù)據(jù)。通訊模塊可進行熱插拔更換，兼容GPRS/CDMA IX兩種制式，便于維護。
⑶ 預付費多功能基表的功能包括計量采樣、數(shù)據(jù)存儲、告警事件判斷、預付費、負荷控制等，通訊規(guī)約滿足國標《DL/T645-1997多功能電能表通信規(guī)約》；通訊模塊功能包括遠程通訊、規(guī)約轉換、數(shù)據(jù)轉發(fā)、遠程升級、遠程校時等，通訊規(guī)約滿足國網(wǎng)負控規(guī)約《Q/GDW 130-2005電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》。
⑷ 用戶購電金額通過主站遠程下發(fā)，基表計算儲存剩余金額。在運行過程中，基表根據(jù)計量的有功電量、費率時段單價、CT/PT變比等信息，實時遞減剩余金額。當剩余金額低于告警閥值時，基表產(chǎn)生聲光告警，同時從告警端子輸出告警，提醒用戶及時購電。告警事件同時由通訊模塊上送到主站，主站再通過短信（或其他手段）通知用戶。當用戶剩余金額小于0時，基表輸出跳閘信號，通過跳閘開關動作斷電?；硗瑫r產(chǎn)生跳閘事件，通過通訊模塊通知主站。
⑸ 從安全性考慮，除與預付費有關的表計參數(shù)外，其它參數(shù)不能夠遠程設置。購電數(shù)據(jù)智能通過主站遠程下發(fā)，不能通過本地紅外或RS485口進行購電。如果用戶購電時GPRS/CDMA IX網(wǎng)絡不通，主站可延時下發(fā)購電信息。在網(wǎng)絡恢復正常后主站立即將購電信息下發(fā)到現(xiàn)場表計。當網(wǎng)絡不通時，表計自動進入保電狀態(tài)，此時即使剩余電量小于0，跳閘端子也不輸出跳閘信號。當網(wǎng)絡不通時，表計自動進入保電狀態(tài)。這樣就避免了因網(wǎng)絡不通而不能及時下發(fā)購電信息造成的跳閘事件。表計在正常運行狀態(tài)下，主站也可以通過網(wǎng)絡設置使表計進入和退出保電狀態(tài)。保電狀態(tài)不影響剩余金額的扣減、告警事件的上送、負荷過載的判斷，只是對跳閘端子進行保護，使其不產(chǎn)生輸出。供電部門工作人員在授權的情況下，也可以在主站通過GPRS/CDMA IX網(wǎng)絡，遠程直接控制跳閘。
⑹ 剩余金額增加，剩余金額不足、跳閘輸出、表計參數(shù)更改等事件發(fā)生時，基表產(chǎn)生告警事件，經(jīng)通訊模塊主動上送給主站，以實現(xiàn)在線監(jiān)測。如果告警事件產(chǎn)生時網(wǎng)絡不通，則待網(wǎng)絡恢復正常后，告警事件信息重新發(fā)送。
⑺ 為防止用戶負荷超出規(guī)定的容量限制，遠程預付費電能表具有基本的負荷控制功能。有功功率連續(xù)超限5分鐘，基表液晶屏上告警顯示，同時基表產(chǎn)生過負荷告警事件上送至主站，主站通過短信告知用戶。有功功率連續(xù)超限15分鐘（參數(shù)可設）基表產(chǎn)生跳閘信號輸出進行跳閘。如果在上述間隔時間內(nèi)有功功率下降低于上限，則不進行跳閘，重新進行判斷。
⑻ 遠程預付費電能表的通訊模塊帶有RS485接口?？呻p向中繼轉發(fā)主站發(fā)送給外部電能表的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)主站對不具有通訊模塊的其他多功能表的控制、數(shù)據(jù)采集等。
3 用電管理應用
遠程預付費電能表與用電管理系統(tǒng)配合可實現(xiàn)遠程抄表、遠程預付費、防竊電、負荷管理等功能。
⑴ 遠程抄表
主站可以進行隨機抄表，根據(jù)抄回的數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)場電能表是否出現(xiàn)故障、用戶用電是否有異常。主站也可以按抄表例日抄表，并將抄回的數(shù)據(jù)傳到電力營銷管理信息系統(tǒng)進行電費計算發(fā)行。同時，主站也可以通過遠程設置使電能表定時上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。
⑵ 遠程預付費
用戶可以到供電營業(yè)廳購電，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)、電話銀行劃轉自動購電。購電金額由主站通過GPRS/CDMA IX移動通信網(wǎng)下發(fā)到用戶電能表，從而實現(xiàn)遠程預付費功能。當用戶表內(nèi)剩余金額為0時，表通過輸出跳閘信號使內(nèi)部繼電器或外部負荷控制開關動作斷電，避免了欠費行為。遠程預付費方式安全可靠，避免了IC卡預付費電能表由于通過IC卡傳遞信息出現(xiàn)的不讀卡、信息出錯等故障，具有先進性。同時，當遇到電價調(diào)整時，可通過主站及時批量修改現(xiàn)場電能表內(nèi)電價參數(shù)，從而保證現(xiàn)場電能表內(nèi)電價參數(shù)與調(diào)價同步。
⑶ 防竊電
當現(xiàn)場電能表參數(shù)發(fā)生變化或出現(xiàn)失壓、失流、錯誤接線等故障時電能表可自動上報到主站，用電檢查人員可以根據(jù)電能表上報的信息判斷用戶是否有竊電嫌疑，并可以及時到現(xiàn)場進行檢查。這種功能可以有效地抑制竊電行為，做到防患于未然。
⑷ 負荷管理
主站可以采集現(xiàn)場電能表的電壓、電流、功率、電量等數(shù)據(jù)，進行負荷分析管理?？筛鶕?jù)電流數(shù)據(jù)，繪制負荷曲線，監(jiān)測用電負荷變化情況?？筛鶕?jù)電壓數(shù)據(jù)，計算電壓合格率。通過在表內(nèi)設定有功功率限值，控制用戶超負荷用電。
4 經(jīng)濟效益分析
⑴ 由于采用遠程抄表，可以節(jié)省大量抄表員的人力費用。同時，可以避免人工抄表差錯、及時發(fā)現(xiàn)電表故障，從而提高了服務水平，提高了用戶滿意率。
⑵ 由于實行預付費，大大減少了欠費行為，提高了電費回收率。
⑶ 由于可對現(xiàn)場電能表運行狀況進行在線監(jiān)測，可以有效防止竊電行為，減少電量的不明損失。
⑷ 由于自動進行負荷控制，杜絕了過負荷燒表的發(fā)生，同時避免了100kW以上用戶因少報用電容量而不執(zhí)行分時電價現(xiàn)象。
5 結束語
隨著社會的發(fā)展和科技的進步，傳統(tǒng)的IC卡預付費電能表已不能滿足現(xiàn)代用電管理的需要。IC卡預付費電能表存在易受攻擊、不能實時調(diào)價、不讀卡或信息出錯、死機、黑屏、亂碼、無故報警、無故跳閘等諸多弊端，也不能滿足互聯(lián)網(wǎng)方式購電、電話方式購電等方便用戶的需要。遠程預付費電能表的適時推出，將使電力部門用電管理上一個新臺階，它的應用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益可期。目前，這種遠程預付費電能表正在大連地區(qū)對低壓動力戶安裝試點，推廣應用后有望替代IC卡預付費電能表，從而徹底解決IC卡預付費電能表存在的諸多弊端。
⑴ 抗攻擊能力差。IC卡的丟失、損壞，特別是其開放的IC卡讀寫端口易受外界攻擊。被攻擊造成表內(nèi)控制系統(tǒng)失效后難以取證認定，極易發(fā)生用電糾紛。
⑵ 管理困難。由于IC卡購電的突發(fā)性和隨時性，增加了供電部門的售電壓力。同時為了保證數(shù)據(jù)的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統(tǒng)和動態(tài)密鑰認證保證了數(shù)據(jù)安全性的同時，也增加了用電管理部門的管理工作量。而且多環(huán)節(jié)論證增加非預期故障的發(fā)生。
⑶ 難以適應電價政策性調(diào)整的需要。電價在購電時就已確定并且寫在預付費電能表中，由于IC卡預付費電能表存貯的電價不能做到實時調(diào)整，每次調(diào)價都給供電部門增加了很多工作量，電力用戶為此也經(jīng)常提出異議。
⑷ 以IC卡為數(shù)據(jù)傳遞媒介的預付費系統(tǒng)，限制了電話銀行、網(wǎng)上銀行等等購電方式的功能擴展。必須要求電力用戶持卡到售電營業(yè)點購電，增加了電力用戶的負擔，降低電力營銷的服務質量，同時也增加了供電部門的工作量。
⑸ 數(shù)據(jù)采集不及時，無法實現(xiàn)反映用戶用電狀況，不能對竊電行為進行有效監(jiān)控，不能滿足用電管理自動化、現(xiàn)代化的需求。
因此，為解決IC卡預付費電能表在實際應用中存在的問題和弊端，我們研究開發(fā)了一種全新的預付費電能表――遠程預付費電能表。這種遠程預付費電能表以GPRS/CDMA IX移動通信網(wǎng)作為信息傳遞媒介，通過用電管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠程預付費及其它用電管理功能。
2 原理組成及技術特點
遠程預付費電能表由預付費多功能基表和通訊模塊兩部分組成，不設本地IC卡接口。通訊模塊裝有一個移動電話卡，具有靜態(tài)的IP地址，負責與用電管理系統(tǒng)主站通訊。該表具有以下技術特點：
⑴ 預付費多功能基表的計量數(shù)據(jù)、預付費數(shù)據(jù)分開存貯，存儲信息相互獨立，避免了以往IC卡預付費電能表由于計量數(shù)據(jù)與預付費數(shù)據(jù)相互干擾產(chǎn)生的死機、黑屏、亂碼、無故報警、無故跳閘等故障。
⑵ 通訊模塊由單獨CPU控制，不設FLASH，避免了數(shù)據(jù)重復存貯，有效降低了制造成本，同時簡化了系統(tǒng)工作流程。各種曲線及時間記錄存儲在基表內(nèi)，通訊模塊根據(jù)主站的數(shù)據(jù)請求讀取基表數(shù)據(jù)，進行規(guī)約轉換，打包上送給主站。同時，通訊模塊也可以根據(jù)要求，主動向主站上送基表數(shù)據(jù)。通訊模塊可進行熱插拔更換，兼容GPRS/CDMA IX兩種制式，便于維護。
⑶ 預付費多功能基表的功能包括計量采樣、數(shù)據(jù)存儲、告警事件判斷、預付費、負荷控制等，通訊規(guī)約滿足國標《DL/T645-1997多功能電能表通信規(guī)約》；通訊模塊功能包括遠程通訊、規(guī)約轉換、數(shù)據(jù)轉發(fā)、遠程升級、遠程校時等，通訊規(guī)約滿足國網(wǎng)負控規(guī)約《Q/GDW 130-2005電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》。
⑷ 用戶購電金額通過主站遠程下發(fā)，基表計算儲存剩余金額。在運行過程中，基表根據(jù)計量的有功電量、費率時段單價、CT/PT變比等信息，實時遞減剩余金額。當剩余金額低于告警閥值時，基表產(chǎn)生聲光告警，同時從告警端子輸出告警，提醒用戶及時購電。告警事件同時由通訊模塊上送到主站，主站再通過短信（或其他手段）通知用戶。當用戶剩余金額小于0時，基表輸出跳閘信號，通過跳閘開關動作斷電?；硗瑫r產(chǎn)生跳閘事件，通過通訊模塊通知主站。
⑸ 從安全性考慮，除與預付費有關的表計參數(shù)外，其它參數(shù)不能夠遠程設置。購電數(shù)據(jù)智能通過主站遠程下發(fā)，不能通過本地紅外或RS485口進行購電。如果用戶購電時GPRS/CDMA IX網(wǎng)絡不通，主站可延時下發(fā)購電信息。在網(wǎng)絡恢復正常后主站立即將購電信息下發(fā)到現(xiàn)場表計。當網(wǎng)絡不通時，表計自動進入保電狀態(tài)，此時即使剩余電量小于0，跳閘端子也不輸出跳閘信號。當網(wǎng)絡不通時，表計自動進入保電狀態(tài)。這樣就避免了因網(wǎng)絡不通而不能及時下發(fā)購電信息造成的跳閘事件。表計在正常運行狀態(tài)下，主站也可以通過網(wǎng)絡設置使表計進入和退出保電狀態(tài)。保電狀態(tài)不影響剩余金額的扣減、告警事件的上送、負荷過載的判斷，只是對跳閘端子進行保護，使其不產(chǎn)生輸出。供電部門工作人員在授權的情況下，也可以在主站通過GPRS/CDMA IX網(wǎng)絡，遠程直接控制跳閘。
⑹ 剩余金額增加，剩余金額不足、跳閘輸出、表計參數(shù)更改等事件發(fā)生時，基表產(chǎn)生告警事件，經(jīng)通訊模塊主動上送給主站，以實現(xiàn)在線監(jiān)測。如果告警事件產(chǎn)生時網(wǎng)絡不通，則待網(wǎng)絡恢復正常后，告警事件信息重新發(fā)送。
⑺ 為防止用戶負荷超出規(guī)定的容量限制，遠程預付費電能表具有基本的負荷控制功能。有功功率連續(xù)超限5分鐘，基表液晶屏上告警顯示，同時基表產(chǎn)生過負荷告警事件上送至主站，主站通過短信告知用戶。有功功率連續(xù)超限15分鐘（參數(shù)可設）基表產(chǎn)生跳閘信號輸出進行跳閘。如果在上述間隔時間內(nèi)有功功率下降低于上限，則不進行跳閘，重新進行判斷。
⑻ 遠程預付費電能表的通訊模塊帶有RS485接口?？呻p向中繼轉發(fā)主站發(fā)送給外部電能表的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)主站對不具有通訊模塊的其他多功能表的控制、數(shù)據(jù)采集等。
3 用電管理應用
遠程預付費電能表與用電管理系統(tǒng)配合可實現(xiàn)遠程抄表、遠程預付費、防竊電、負荷管理等功能。
⑴ 遠程抄表
主站可以進行隨機抄表，根據(jù)抄回的數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)場電能表是否出現(xiàn)故障、用戶用電是否有異常。主站也可以按抄表例日抄表，并將抄回的數(shù)據(jù)傳到電力營銷管理信息系統(tǒng)進行電費計算發(fā)行。同時，主站也可以通過遠程設置使電能表定時上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。
⑵ 遠程預付費
用戶可以到供電營業(yè)廳購電，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)、電話銀行劃轉自動購電。購電金額由主站通過GPRS/CDMA IX移動通信網(wǎng)下發(fā)到用戶電能表，從而實現(xiàn)遠程預付費功能。當用戶表內(nèi)剩余金額為0時，表通過輸出跳閘信號使內(nèi)部繼電器或外部負荷控制開關動作斷電，避免了欠費行為。遠程預付費方式安全可靠，避免了IC卡預付費電能表由于通過IC卡傳遞信息出現(xiàn)的不讀卡、信息出錯等故障，具有先進性。同時，當遇到電價調(diào)整時，可通過主站及時批量修改現(xiàn)場電能表內(nèi)電價參數(shù)，從而保證現(xiàn)場電能表內(nèi)電價參數(shù)與調(diào)價同步。
⑶ 防竊電
當現(xiàn)場電能表參數(shù)發(fā)生變化或出現(xiàn)失壓、失流、錯誤接線等故障時電能表可自動上報到主站，用電檢查人員可以根據(jù)電能表上報的信息判斷用戶是否有竊電嫌疑，并可以及時到現(xiàn)場進行檢查。這種功能可以有效地抑制竊電行為，做到防患于未然。
⑷ 負荷管理
主站可以采集現(xiàn)場電能表的電壓、電流、功率、電量等數(shù)據(jù)，進行負荷分析管理?？筛鶕?jù)電流數(shù)據(jù)，繪制負荷曲線，監(jiān)測用電負荷變化情況?？筛鶕?jù)電壓數(shù)據(jù)，計算電壓合格率。通過在表內(nèi)設定有功功率限值，控制用戶超負荷用電。
4 經(jīng)濟效益分析
⑴ 由于采用遠程抄表，可以節(jié)省大量抄表員的人力費用。同時，可以避免人工抄表差錯、及時發(fā)現(xiàn)電表故障，從而提高了服務水平，提高了用戶滿意率。
⑵ 由于實行預付費，大大減少了欠費行為，提高了電費回收率。
⑶ 由于可對現(xiàn)場電能表運行狀況進行在線監(jiān)測，可以有效防止竊電行為，減少電量的不明損失。
⑷ 由于自動進行負荷控制，杜絕了過負荷燒表的發(fā)生，同時避免了100kW以上用戶因少報用電容量而不執(zhí)行分時電價現(xiàn)象。
5 結束語
隨著社會的發(fā)展和科技的進步，傳統(tǒng)的IC卡預付費電能表已不能滿足現(xiàn)代用電管理的需要。IC卡預付費電能表存在易受攻擊、不能實時調(diào)價、不讀卡或信息出錯、死機、黑屏、亂碼、無故報警、無故跳閘等諸多弊端，也不能滿足互聯(lián)網(wǎng)方式購電、電話方式購電等方便用戶的需要。遠程預付費電能表的適時推出，將使電力部門用電管理上一個新臺階，它的應用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益可期。目前，這種遠程預付費電能表正在大連地區(qū)對低壓動力戶安裝試點，推廣應用后有望替代IC卡預付費電能表，從而徹底解決IC卡預付費電能表存在的諸多弊端。
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