摘要：本文闡述了傳統(tǒng)IC卡式預(yù)付費電能表的主要功能，分析了其應(yīng)用優(yōu)勢和存在的弊端；較為詳細(xì)地介紹了一種預(yù)付費電能表，在融入了通訊技術(shù)和智能控制技術(shù)后的功能拓展及推廣實用價值，從而描述出預(yù)付費電能表可能的技術(shù)發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：預(yù)付費;電能表;應(yīng)用;分析
電費是供電企業(yè)維持生產(chǎn)和發(fā)展的主要資金來源，是否能夠及時回收對供電企業(yè)資金循環(huán)具有重要的作用。由于多年來“先用電、后付費”的用電模式、“點多面廣”的電力客戶群和現(xiàn)場停限電的技術(shù)手段，以及配套法規(guī)與市場經(jīng)濟的不適應(yīng)，直接導(dǎo)致供電企業(yè)在電費回收上存在著巨大的風(fēng)險，歷年來也傾注了人力、財力，營運壓力。在這種背景下，為更好地適應(yīng)電力體制改革，預(yù)付費電能表隨之得到了廣泛地應(yīng)用。
由于早期核心關(guān)聯(lián)的通訊技術(shù)應(yīng)用不成熟，系統(tǒng)的兼容性成了影響電能計量管理遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一個重要障礙，特別是通信協(xié)議的兼容性和制造標(biāo)準(zhǔn)的不一致。IC卡式預(yù)付費電能表在當(dāng)時的環(huán)境下，無奈地規(guī)避了通訊技術(shù)的應(yīng)用瓶頸。
一 IC卡式預(yù)付費電能表
（一）主要功能實現(xiàn)
1、計量功能：單相分時計量有功電能；保存歷史電量，并具有電量凍結(jié)功能。
2、復(fù)費率功能：可編程設(shè)置時段，多種費率。計時時鐘具有溫度補償功能。
3 、通訊功能：具有RS485接口和一個紅外通訊接口。RS485接口一般與電表內(nèi)部經(jīng)過電器 隔離并具有抗交流220V接入保護(hù)設(shè)計。
4、顯示功能：液晶顯示，按鍵可自動循環(huán) 顯示剩余金額、總電量、當(dāng)前電價等信息。
5、信息回抄購電功能：一表一卡，即一只電表只能對應(yīng)一張購電卡。插卡輸電時，表內(nèi)的用電信息自動回抄到購電卡；再次購電時,卡中信息自動寫入計算機存檔并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗。
6、電表充值提示功能：一般設(shè)有顯示報警和斷電報警，并增加了切斷負(fù)載功能。
7、過載控制功能：通過設(shè)定功率門限，實現(xiàn)對負(fù)載過載斷電控制。斷電時間可以設(shè)置為立即斷電和延時斷電兩種方式。按鍵或者插卡可以恢復(fù)用電。
8、預(yù)付費控制功能：電表實現(xiàn)先購電后用電的管理方式，電表中沒有電費時，電表內(nèi)的負(fù)載開關(guān)將自動切斷負(fù)載電源，當(dāng)向電表充值后，電表重新合閘恢復(fù)負(fù)載供電功能。隨著不斷完善，增設(shè)了透支功能，即可根據(jù)實際情況允許適度透支，透支的可以設(shè)置，透支完后，電表進(jìn)行斷電，下次電表充值時透支部分將自動進(jìn)行充減。
9、防囤積電量功能：由于電價政策的宏觀調(diào)控性，為了防止在電表中充入過多的電量（金額），通過設(shè)置電表中的囤積電量門限限制客戶 一次充入過多電量（金額）。
10、安全保護(hù)功能：一般采用CPU卡技術(shù)進(jìn) 行系統(tǒng)安全設(shè)計。CPU卡電能表和CPU卡的安全認(rèn)證是通過電能表中的ESAM模塊完成的，CPU卡電能表的MCU在認(rèn)證過程中只起到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，不參與數(shù)據(jù)加密、解密工作。售電時，通過一系列密鑰認(rèn)證測試，可實現(xiàn)購電卡的確認(rèn)、購電卡允許寫信息、允許返寫二進(jìn)制文件擦除等操作。
（二）其主要應(yīng)用優(yōu)點
1、提高抄表效率和準(zhǔn)確性。可以通過 RS485接口和紅外通訊接口，利用對應(yīng)的掌上抄表器進(jìn)行現(xiàn)場批量抄錄。這點對于供電企業(yè)管理的電能表數(shù)急劇增加的現(xiàn)狀，有著十分重要的作用。
2、有效解決欠費難題。大幅減少了電費回收工作的運營成本，增強了電費資金回收的安全性。
3、緩解了交費難的矛盾。大幅增加的客戶數(shù)和相對集中的交費時間段，傳統(tǒng)的收費模式極易形成交費擁堵。預(yù)付費電能表的應(yīng)用很好地降低了柜臺收費壓力和服務(wù)風(fēng)險。
（三）應(yīng)用中存在的問題
1、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(rèn)定，極易發(fā)生用電糾紛。
2 、管理困難。由于IC卡購電的突發(fā)性和隨機性，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(rèn)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(yù)期故障的發(fā)生。
3、電價政策性調(diào)整的適應(yīng)性不強。電價在 購電時就已確定并且寫入預(yù)付費電能表內(nèi)，由于IC卡預(yù)付費電能表存貯的電價不能做到實時調(diào)整，每次調(diào)價都給供電企業(yè)增加了很多工作量，客戶也易提出異議。
4、數(shù)據(jù)采集不及時。無法實時反映客戶用電狀況，不能對竊電行為進(jìn)行有效監(jiān)控，不能滿足用電管理自動化的實時管理需求。
5 、購電方式的功能擴展性不高。以IC卡為數(shù)據(jù)傳遞媒介的預(yù)付費系統(tǒng)，不太容易與電話銀行、網(wǎng)上銀行等購電方式形成有效聯(lián)動。往往是客戶持卡到售電營業(yè)點購電，降低電力營銷的服務(wù)質(zhì)量，增加了供電企業(yè)的工作量。 因此，為解決IC卡預(yù)付費電能表在實際應(yīng)用中存在的問題和弊端，加之隨著采用開放式通信協(xié)議，等效采用IEC62056的GB/T19882、GB/ T19897“自動抄表系統(tǒng)”系列國家標(biāo)準(zhǔn)；通訊系統(tǒng)的兼容性問題得以解決。 核心關(guān)聯(lián)技術(shù)瓶頸的打破，為預(yù)付費電能表的遠(yuǎn)程應(yīng)用提供了廣闊到可能難以想象的空間。
二 預(yù)付費電能表與遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的融合
（一）遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中基本的通信方式主要有光纖通信、電話線通信、RS485總線、有線電視電纜、互聯(lián)網(wǎng)、電力線載波通信、儀表總線、衛(wèi)星通信、GPRS和CDMA等。 各類通信方式均有優(yōu)劣勢和側(cè)重的適用 面。結(jié)合供電企業(yè)的行業(yè)特點和低壓電力線載波擴頻、跳頻、轉(zhuǎn)發(fā)中繼（載波表可以動態(tài)地被本 地集中器通過電力線設(shè)置為路由器或轉(zhuǎn)發(fā)器）等 技術(shù)及專用芯片的實用化運用，目前低壓臺區(qū)遠(yuǎn) 程自動抄表系統(tǒng)多采用電力線載波集中抄表方式 +GPRS遠(yuǎn)傳+預(yù)付費電能表的一攬子技術(shù)解決方案。
(二)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電力線載波集中抄表系統(tǒng)由集抄主站、采集器、集中器、電表等設(shè)備組成，根據(jù)現(xiàn)場情況組建專用網(wǎng)絡(luò)，通過軟件進(jìn)行抄表、控制、管理 用電情況。系統(tǒng)由三個物理層，兩級鏈路層構(gòu)成。主站數(shù)據(jù)采集采用星型結(jié)構(gòu)，即一個用電管理中心對多個集中器，為管理層；主站至數(shù)據(jù)集中器通 過GPRS網(wǎng)絡(luò)連通；臺區(qū)安裝集中器，為控制層；集中器至每個采集器通過低壓電力線相連，電表箱內(nèi)安裝采集器，采集器與客戶電能表通過 RS485接口方式并聯(lián)，構(gòu)成客戶層。
（三）系統(tǒng)特點
1、采用PLC（電力線載波）通訊方式：有效利用電網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)，易施工。
2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)群：可對所有納入集抄系統(tǒng)的客戶進(jìn)行選擇抄收（點抄、全抄）、多點抄構(gòu)成 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)群，進(jìn)行各種分析（線損、復(fù)費率、負(fù) 荷等），滿足客戶各種智能管理的需求。
3、軟硬件結(jié)合：系統(tǒng)設(shè)計充分考慮使用者的需求和方便，在硬件固定的基礎(chǔ)上，所有系統(tǒng)功能的彌補、管理的修改、操作的添加（遠(yuǎn)程控電），都由后臺軟件完成。
4、具有安裝便利、可靠性高、安全性好、可維護(hù)性強的優(yōu)點。同時工程造價低，系統(tǒng)維護(hù)簡單，營運成本低。
（四）主要功能應(yīng)用
遠(yuǎn)程預(yù)付費電能表與用電管理系統(tǒng)配合可實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程預(yù)付費、防竊電、負(fù)荷管理等功能。
1 、遠(yuǎn)程抄表
主站可以進(jìn)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、客戶用電是否有異常。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(jìn)行電費計算。同時，主站也可以通過遠(yuǎn)程設(shè)置使電能表定時上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。
2 、遠(yuǎn)程預(yù)付費
客戶可以采取多種形式購電，有效避免交費高峰。當(dāng)客戶表內(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(fù)荷控制開關(guān)動作斷電，避免了欠費行為。遠(yuǎn)程預(yù)付費方式安全可靠，避免了由于通過IC卡傳遞信息出現(xiàn)的不讀卡、信息出錯等故障。同時，當(dāng)電價調(diào)整時，可通過主站及時遠(yuǎn)程批量修改現(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。
3 、防竊電
當(dāng)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)電能表上傳的信息判斷客戶是否有竊電嫌疑，并及時到現(xiàn)場進(jìn)行檢查。這種功能可以有效地竊電行為，做到防患于未然。
4、負(fù)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(jìn)行負(fù)荷分析管理。可根據(jù)電流數(shù)據(jù)，繪制負(fù)荷曲線，監(jiān)測用電負(fù)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(shè)定有功功率限值，控制客戶超負(fù)荷用電。
（五）增益分析
1、由于采用遠(yuǎn)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，從而提高服務(wù)水平。
2、由于實行預(yù)付費，大大減少了欠費行 為，提高了電費回收率，降低了電費回收管理中可能到現(xiàn)場復(fù)電的運營成本支出。
3、由于可對現(xiàn)場電能表運行狀況進(jìn)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。
4、由于自動進(jìn)行負(fù)荷控制，杜絕了過負(fù)荷燒表的發(fā)生，同時避免了客戶因少報用電容量而未執(zhí)行分時電價和力率考核等現(xiàn)象。
三 安科瑞預(yù)付費產(chǎn)品應(yīng)用場景
功能
預(yù)付費電表電費收取，管控，欠費跳閘；提供后付費管理模塊；能耗分析模塊；
水表預(yù)付水費收取，管控，欠費關(guān)閥；
房租物業(yè)費收取，欠費拉閘；
公共區(qū)域電費分?jǐn)偸杖。?/span>
公共區(qū)域、變電所電表接入抄表、計量；
預(yù)付費+建筑能耗、分類分項能源計量一體化系統(tǒng)；
物業(yè)/地產(chǎn)集團(tuán)集中財務(wù)管控，子物業(yè)單獨權(quán)限；
無線方案改造方便，調(diào)試簡單
四 產(chǎn)品選型
五 結(jié)束語
盡管傳統(tǒng)預(yù)付費電能表的諸多弊端越來越凸現(xiàn)出不能滿足現(xiàn)代用電管理的需要，但短期之內(nèi)，特別是在客戶群體相對分散的地域，仍然有著一定的適用面。另一方面隨著社會的不斷發(fā)展，預(yù)付費電能表與通訊技術(shù)和智能控制技術(shù)必將結(jié)合得更為緊密（如基于移動通訊技術(shù)的遠(yuǎn)程預(yù)付費電能表就可能完全替代傳統(tǒng)IC卡式預(yù)付費電能表的適用范圍）。對于預(yù)付費電能表而言，要拓展出更大的天地，具備“遠(yuǎn)程實時智能控制”功能是必然的技術(shù)發(fā)展趨勢。對于供電企業(yè)而言，“遠(yuǎn)程實時智能控制”功能的推廣應(yīng)用，也一定能夠不斷提升日常用電管理水平和服務(wù)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]彭雷，預(yù)付費電能表的應(yīng)用分析，科苑論壇
[2]莊嚴(yán)，電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J] . 微計算機信息，2006
[3]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
作者簡介：
王長幸，女，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為預(yù)付費電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。
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