時間：2023年9月2日 |來源：Acrel
江蘇安科瑞電器製造有限公司
摘要：闡述了傳統IC卡預付費電能表的主要功能，分析了其應用優缺點；詳細介紹了預付費電能表整合通訊技術、智慧控制技術後的功能擴展和推廣實用價值，描述了預付費電能表可能的技術發展趨勢。
關鍵字：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，能否及時收取對供電企業的資金周轉起著重要作用。由於多年來「先用電、後付費」的用電模式，電力用戶基礎廣泛，現場停電限電的技術手段以及配套法規與市場不相適應。經濟，直接導致供電企業在收取電費方面面臨巨大風險，多年來人力、財力、營運壓力都傾注其中。在此背景下，為了更好地適應電力體制改革，預付費電錶得到了廣泛應用。
由於早期核心相關通訊技術應用尚未成熟，系統的相容性成為影響電能計量管理遠端自動抄表系統推廣應用的重要障礙，特別是通訊協定和系統的兼容性。製造標準不一致。在當時的環境下，IC卡式預付費電能表不得不避開通訊技術的應用瓶頸。
1.I卡式預付費電能表
1.1 主要功能
1.1.1計量功能：單相計量有功電能；保存歷史電量，並具有電量凍結功能。
1.1.2 多重費率功能：可程式設定時間段，多種費率。定時時脈具有溫度補償功能。
1.1.3通訊功能：具備RS485介面和紅外線通訊介面。RS485介面一般與儀表內部電氣隔離，並有防交流220V接入保護設計
1.1.4.顯示功能：液晶顯示屏，按鍵可自動循環顯示，介面顯示剩餘電量、總電量、目前電價等。
1.1.5。資訊回拷購電功能：一表一卡，即一表只能對應一張IC卡。插卡送電時，電錶內的用電資訊自動複製回IC卡；再次購電時，卡內資訊會自動寫入電腦進行存檔和資料驗證。
1.1.6。電錶充電提醒功能：一般有顯示警報和斷電警報，也增加切斷負載功能。
1.1.7。過載控制功能：透過設定功率閾值，可實現負載側過載斷電控制。關機時間有兩種設定方式：立即關機和延遲關機。按下按鈕或插入卡即可恢復電源。
1.1.8。預付費控制功能：電錶實現先購電後用電的管理方式。當電錶內無電費時，電錶內的負載開關會自動切斷負載電源。電錶充電完畢後，電錶將重新合閘，恢復負載供電功能。隨著不斷完善，增加了透支功能，可以根據實際情況允許適度透支。可以設定透支。透支完成後，儀表將斷電，下次儲值時，透支部分將自動扣除。
1.1.9。防囤電功能：由於電價政策的宏觀調控，為防止使用者過量充入電錶，限制客戶一次充入過多電量（量）。在儀表中設定囤積功率閾值。
10.安全防護功能：一般採用CPU卡技術進行系統安全設計。CPU卡電能表與CPU卡的安全認證是透過電能表中的ESAM模組完成的。CPU卡電能表的MCU在認證過程中只扮演資料傳輸的作用，不參與資料加解密。售電時，通過一系列金鑰認證測試，可實現購電卡確認、購電卡資訊寫入權限、二進位檔案清除權限寫回等操作。
1.2 主要優點
1.2.1提高抄表效率和準確性。透過RS485介面和紅外線通訊接口，可使用對應的手持抄表設備進行現場批量抄寫。這對於目前供電企業管理的電能表數量急劇增加的現狀有著非常重要的影響。
1.2.2切實解決欠費問題。大幅降低電費收取營運成本，增強電費收取安全性
1.2.3緩解支付困難的衝突。隨著顧客數量的大量增加和支付時段的相對集中，傳統的收費模式很容易造成支付擁堵。預付費電能表的應用，大大減輕了櫃檯收費壓力和服務風險。
1.3 應用中存在的問題
1.3.1抗攻擊能力差。IC卡的遺失和損壞，特別是其開放的IC卡讀寫連接埠容易受到外部攻擊。受到攻擊後取證困難，導致內控系統失靈，極易發生用電糾紛。
1.3.2管理難度高。由於IC卡購電的突發性、隨機性，增加了供電部門售電壓力。同時，為了確保資料安全，目前智慧CPU卡已被廣泛使用。其COS系統和動態金鑰認證保證了資料安全，但同時也增加了電源管理部門的管理工作量。而且，多鏈路演示增加了意外故障的發生。
1.3.3電價政策調整適應性不強。購電時電價已確定並寫入預付費電錶。由於IC卡預付費電能表中儲存的電價無法即時調整，每次調價都為供電公司增加很大的工作量，客戶也容易產生質疑。
1.3.4 數據採集不及時。無法即時反映客戶用電狀況，無法有效監控竊電行為，無法滿足用電管理自動化的即時管理需求
1.3.5 購電方式的功能擴充性不高。以IC卡為資料傳輸介質的預付費系統不易與電話銀行、網路銀行等購電方式形成有效連動。客戶經常在銷售電網點刷卡購電，降低了電力行銷的服務質量，增加了供電公司的工作量。因此，為了解決IC卡預付費電能表在實際應用中出現的問題和弊端，需要解決通訊系統的兼容性問題。核心相關技術瓶頸的突破，為預付費電能表的遠端應用提供了可能難以想像的廣闊空間。
2 預付費電能表與遠端抄表系統集成
2.1遠端抄表系統中的基本通訊方式主要有光纖通訊、電話線通訊、RS485匯流排、電視電纜、網際網路、電力線載波通訊、儀表總線、衛星通訊、GPRS和CDMA等各種通訊方式方法各有優缺點和適用範圍。結合供電企業的產業特性和低壓電力線載波擴頻、跳頻、轉發和中繼的實際應用（本地集中器可以透過電力線將載波表動態設定為路由器或轉發器）目前，低壓遠端自動抄表系統大多採用電力線載波集中抄表方式+GPRS遠端傳輸+預付費電能表系列技術解決方案。
2.2 系統結構電力線載波集中抄表系統由集中抄表主站、採集器、集中器、電錶等設備所組成。根據現場情況，建立專用網絡，透過軟體進行用電抄表、控制和管理。該系統由三個物理層和兩個鏈路層組成。主站資料收集採用星型結構，即一個用電管理中心作為多個集中器的管理階層；主站透過GPRS網路與資料集中器連接；採集器透過低壓電力線連接，採集器安裝在電錶箱內，採集器與客戶電能表透過RS485介面並聯，構成客戶層。
2.3 系統特點
2.3.1 採用PLC（電力線載波）通訊方式：有效利用電網拓樸結構，施工方便。
2.3.2 基礎資料組：集中拷貝系統中包含的所有客戶都可以選擇進行拷貝（點拷貝、全拷貝）、多點拷貝形成基礎資料組，並進行各種分析（線損、倍率、負載）等），滿足客戶各種智慧化管理的需求。
2.3.3軟硬體結合：系統設計充分考慮使用者的需求和便利性。在固定硬體的基礎上，所有系統功能補償、管理修改、操作添加（遠端控制電源）均由後台軟體完成。
2.3.4安裝方便、可靠性高、安全性佳、可維護性強。同時，專案成本低，系統維護簡單，營運成本低。
2.4 主要功能應用
遠端預付費電能表與用電管理系統配合，實現遠端抄表、遠端預付費、防竊電、負載管理等功能。
2.4.1 遠端抄表
主站可進行隨機抄表，根據回讀資料判斷現場電能表是否有故障或客戶用電是否異常。主站也可以依照抄表程式抄表，並將讀回資料傳送至電力行銷管理資訊系統進行電費計算。同時主站還可以透過遠端設定使電能表定期回報現場數據資訊。
2.4.2 遠端預付費
顧客可透過多種形式購電，有效避開繳費高峰。當客戶電表內剩餘金額為0時，電錶輸出跳脫訊號，使內部繼電器或外部負載控制開關動作，切斷電源，避免欠費行為。遠端預付費方式安全可靠，避免了因IC卡傳送訊息而造成的不讀卡片、訊息錯誤等故障。同時，當電價調整時，可以透過主站及時批量修改現場電能表中的電價參數，以確保現場電錶中的電價參數。現場電能表與價格同步調整。
2.4.3 防盜
當現場電能表參數變更或出現失壓、失流、接線錯誤等故障時，電能表可自動上報主站。前往現場進行考察。此功能可有效竊電，防患於未然。
2.4.4 負載管理
主站可擷取現場電能表的電壓、電流、功率、電量等數據，進行負載分析與管理。根據目前數據，可以繪製負載曲線，監測用電負載的變化。根據電壓數據，可以計算出電壓合格率。透過設定電能表中的有功功率限值，控制客戶的超負荷用電量。
2.5 增益分析
2.5.1由於採用遠端抄表，可以節省大量抄表的人力成本。同時，可以避免人工抄表的錯誤，及時發現電錶故障，進而提高服務水準。
2.5.2由於實施預付費，大大減少了欠費，提高了電費回收率，並降低了電費回收管理中現場恢復供電的營運成本。
2.5.3 由於可以對現場電能表的運作狀態進行線上監測，可以有效防止竊電，減少電力的未知損失。
2.5.4由於自動負載控制，杜絕了超載燒表的發生，同時避免了客戶因少報用電容量而不進行分時電價和電價考核的現象。
3.Acrel預付費產品應用場景
3.1 功能
預付費錶電費徵收、控制、欠費行程；提供後付費管理模組；能耗分析模組；
租金、物業費的收取、欠費；
公共區域共用電費；
公共區域和變電站的抄表和計量；
預付費+建築能耗、分類分項能源計量綜合系統；
物業/地產集團財務集中管控，子物業分權；
無線方案易於修改、易於調試
4、產品選擇
5. 結論
雖然傳統預付費電能表的諸多弊端日益凸顯，無法滿足現代用電管理的需求，但短期內，特別是在客戶群相對分散的地區，仍有一定程度的應用。另一方面，隨著社會的不斷發展，預付費電能表將與通訊技術、智慧控制技術更加緊密地結合（例如基於行動通訊技術的遠端預付費電能表可能會完全取代傳統的IC卡預付費電能表。電能表的適用範圍）。對於預付費電能表來說，具備「遠端即時智慧控制」功能以拓展更大的天地是必然的技術發展趨勢。對於供電企業來說，「遠端即時智慧控制」功能的推廣應用也將能夠持續提高日常用電的管理水準和服務品質。
參考：
[1] Acrel企業微電網設計與應用手冊。版本2022.05
發佈時間：2023年12月26日
