胡冠楠
安科瑞電氣股份有線公司 上海嘉定
摘要：本文闡述了傳統IC卡式預付費電能表的主要功能，分析了其應用優勢和存在的弊端；較為詳細地介紹了一種預付費電能表，在融入了通訊技術和智能控制技術后的功能拓展及推廣實用價值，從而描述出預付費電能表可能的技術發展趨勢。
關鍵詞：預付費;電能表;應用;分析
電費是供電企業維持生產和發展的主要資金來源，是否能夠及時回收對供電企業資金循環具有重要的作用。由于多年來“先用電、后付費”的用電模式、“點多面廣”的電力客戶群和現場停限電的技術手段，以及配套法規與市場經濟的不適應，直接導致供電企業在電費回收上存在著巨大的風險，歷年來也傾注了人力、財力，營運壓力。在這種背景下，為更好地適應電力體制改革，預付費電能表隨之得到了廣泛地應用。
由于早期核心關聯的通訊技術應用不成熟，系統的兼容性成了影響電能計量管理遠程自動抄表系統推廣應用的一個重要障礙，特別是通信協議的兼容性和制造標準的不一致。IC卡式預付費電能表在當時的環境下，無奈地規避了通訊技術的應用瓶頸。
一 IC卡式預付費電能表
（一）主要功能實現
1、計量功能：單相分時計量有功電能；保存歷史電量，并具有電量凍結功能。
2、復費率功能：可編程設置時段，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接口一般與電表內部經過電器 隔離并具有抗交流220V接入保護設計。
4、顯示功能：液晶顯示，按鍵可自動循環 顯示剩余金額、總電量、當前電價等信息。
5、信息回抄購電功能：一表一卡，即一只電表只能對應一張購電卡。插卡輸電時，表內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行數據校驗。
6、電表充值提示功能：一般設有顯示報警和斷電報警，并增加了切斷負載功能。
7、過載控制功能：通過設定功率門限，實現對負載過載斷電控制。斷電時間可以設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用電。
8、預付費控制功能：電表實現先購電后用電的管理方式，電表中沒有電費時，電表內的負載開關將自動切斷負載電源，當向電表充值后，電表重新合閘恢復負載供電功能。隨著不斷完善，增設了透支功能，即可根據實際情況允許適度透支，透支的可以設置，透支完后，電表進行斷電，下次電表充值時透支部分將自動進行充減。
9、防囤積電量功能：由于電價政策的宏觀調控性，為了防止在電表中充入過多的電量（金額），通過設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、安全保護功能：一般采用CPU卡技術進 行系統安全設計。CPU卡電能表和CPU卡的安全認證是通過電能表中的ESAM模塊完成的，CPU卡電能表的MCU在認證過程中只起到數據傳輸的作用，不參與數據加密、解密工作。售電時，通過一系列密鑰認證測試，可實現購電卡的確認、購電卡允許寫信息、允許返寫二進制文件擦除等操作。
（二）其主要應用優點
1、提高抄表效率和準確性。可以通過 RS485接口和紅外通訊接口，利用對應的掌上抄表器進行現場批量抄錄。這點對于供電企業管理的電能表數急劇增加的現狀，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。大幅增加的客戶數和相對集中的交費時間段，傳統的收費模式極易形成交費擁堵。預付費電能表的應用很好地降低了柜臺收費壓力和服務風險。
（三）應用中存在的問題
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。被攻擊造成表內控制系統失效后難以取證認定，極易發生用電糾紛。
2 、管理困難。由于IC卡購電的突發性和隨機性，增加了供電部門的售電壓力。同時為了保證數據的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統和動態密鑰認證保證了數據安全性 的同時，也增加了用電管理部門的管理工作量。 而且多環節論證增加非預期故障的發生。
3、電價政策性調整的適應性不強。電價在 購電時就已確定并且寫入預付費電能表內，由于IC卡預付費電能表存貯的電價不能做到實時調整，每次調價都給供電企業增加了很多工作量，客戶也易提出異議。
4、數據采集不及時。無法實時反映客戶用電狀況，不能對竊電行為進行有效監控，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卡為數據傳遞媒介的預付費系統，不太容易與電話銀行、網上銀行等購電方式形成有效聯動。往往是客戶持卡到售電營業點購電，降低電力營銷的服務質量，增加了供電企業的工作量。 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，加之隨著采用開放式通信協議，等效采用IEC62056的GB/T19882、GB/ T19897“自動抄表系統”系列國家標準；通訊系統的兼容性問題得以解決。 核心關聯技術瓶頸的打破，為預付費電能表的遠程應用提供了廣闊到可能難以想象的空間。
二 預付費電能表與遠程抄表系統的融合
（一）遠程抄表系統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、互聯網、電力線載波通信、儀表總線、衛星通信、GPRS和CDMA等。 各類通信方式均有優劣勢和側重的適用 面。結合供電企業的行業特點和低壓電力線載波擴頻、跳頻、轉發中繼（載波表可以動態地被本 地集中器通過電力線設置為路由器或轉發器）等 技術及專用芯片的實用化運用，目前低壓臺區遠 程自動抄表系統多采用電力線載波集中抄表方式 +GPRS遠傳+預付費電能表的一攬子技術解決方案。
(二)系統結構電力線載波集中抄表系統由集抄主站、采集器、集中器、電表等設備組成，根據現場情況組建專用網絡，通過軟件進行抄表、控制、管理 用電情況。系統由三個物理層，兩級鏈路層構成。主站數據采集采用星型結構，即一個用電管理中心對多個集中器，為管理層；主站至數據集中器通 過GPRS網絡連通；臺區安裝集中器，為控制層；集中器至每個采集器通過低壓電力線相連，電表箱內安裝采集器，采集器與客戶電能表通過 RS485接口方式并聯，構成客戶層。
（三）系統特點
1、采用PLC（電力線載波）通訊方式：有效利用電網拓樸結構，易施工。
2、基礎數據群：可對所有納入集抄系統的客戶進行選擇抄收（點抄、全抄）、多點抄構成 基礎數據群，進行各種分析（線損、復費率、負 荷等），滿足客戶各種智能管理的需求。
3、軟硬件結合：系統設計充分考慮使用者的需求和方便，在硬件固定的基礎上，所有系統功能的彌補、管理的修改、操作的添加（遠程控電），都由后臺軟件完成。
4、具有安裝便利、可靠性高、安全性好、可維護性強的優點。同時工程造價低，系統維護簡單，營運成本低。
（四）主要功能應用
遠程預付費電能表與用電管理系統配合可實現遠程抄表、遠程預付費、防竊電、負荷管理等功能。
1 、遠程抄表
主站可以進行隨機抄表，根據抄回的數據判斷現場電能表是否出現故障、客戶用電是否有異常。主站也可以按抄表例日抄表，并將抄回的數據傳到電力營銷管理信息系統進行電費計算。同時，主站也可以通過遠程設置使電能表定時上報現場數據信息。
2 、遠程預付費
客戶可以采取多種形式購電，有效避免交費高峰。當客戶表內剩余金額為0時，表通過輸出跳閘信號使內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，避免了由于通過IC卡傳遞信息出現的不讀卡、信息出錯等故障。同時，當電價調整時，可通過主站及時遠程批量修改現場電能表內電價參數，從而保證現場電能表內電價參數與調價同步。
3 、防竊電
當現場電能表參數發生變化或出現失壓、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電能表上傳的信息判斷客戶是否有竊電嫌疑，并及時到現場進行檢查。這種功能可以有效地竊電行為，做到防患于未然。
4、負荷管理
主站可以采集現場電能表的電壓、電流、 功率、電量等數據，進行負荷分析管理。可根據電流數據，繪制負荷曲線，監測用電負荷變化情況。可根據電壓數據，計算電壓合格率。通過在表內設定有功功率限值，控制客戶超負荷用電。
（五）增益分析
1、由于采用遠程抄表，可以節省大量抄表員的人力費用。同時，可以避免人工抄表差錯、及時發現電表故障，從而提高服務水平。
2、由于實行預付費，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場復電的運營成本支出。
3、由于可對現場電能表運行狀況進行在線監測，可以有效防止竊電行為，減少電量的不明損失。
4、由于自動進行負荷控制，杜絕了過負荷燒表的發生，同時避免了客戶因少報用電容量而未執行分時電價和力率考核等現象。
三 安科瑞預付費產品應用場景
功能
預付費電表電費收取，管控，欠費跳閘；提供后付費管理模塊；能耗分析模塊；
水表預付水費收取，管控，欠費關閥；
房租物業費收取，欠費拉閘；
公共區域電費分攤收取；
公共區域、變電所電表接入抄表、計量；
預付費+建筑能耗、分類分項能源計量一體化系統；
物業/地產集團集中財務管控，子物業單獨權限；
無線方案改造方便，調試簡單
四 產品選型
五 結束語
盡管傳統預付費電能表的諸多弊端越來越凸現出不能滿足現代用電管理的需要，但短期之內，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展，預付費電能表與通訊技術和智能控制技術必將結合得更為緊密（如基于移動通訊技術的遠程預付費電能表就可能W全替代傳統IC卡式預付費電能表的適用范圍）。對于預付費電能表而言，要拓展出更大的天地，具備“遠程實時智能控制”功能是必然的技術發展趨勢。對于供電企業而言，“遠程實時智能控制”功能的推廣應用，也一定能夠不斷提升日常用電管理水平和服務質量。
參考文獻：
[1]彭雷，預付費電能表的應用分析，科苑論壇
[2]莊嚴，電力遠程抄表系統的設計和實現[J] . 微計算機信息，2006
[3]企業微電網設計與應用手冊.2022.05版
