淺析遠程預付費集中抄表系統的設計與應用

摘要：介紹了遠程控制預付費集中抄表系統的原理和結構，提出利用低壓通信技術(shù)，實(shí)現低壓集中抄表和遠程通斷電控制，結合用電營(yíng)銷(xiāo)管理系統、銀電聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)繳費系統、服務(wù)平臺功能，形成以預付電費管理為核心的綜合用電管理平臺。

關(guān)鍵詞：集中抄表，遠程控制預付費用電管理

一、引言

目前，已經(jīng)投入使用的預付費低壓集中抄表系統主要是采用帶有通信模塊的IC卡預付費電表，它結合了IC卡預付費表和集中抄表系統兩者的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高抄表效率、促進(jìn)電費回收。但是，這種系統也存在一些技術(shù)、管理方面的問(wèn)題，使其難以滿(mǎn)足電力營(yíng)銷(xiāo)管理改革的需要：(1)抗干擾能力弱，特別是其開(kāi)放的讀寫(xiě)窗口易受外界攻擊；(2)質(zhì)量問(wèn)題突出，容易出現IC卡無(wú)法充值的現象，導致用戶(hù)買(mǎi)了電卻無(wú)法用電；(3)須有足夠的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，每個(gè)用戶(hù)都須到供電營(yíng)業(yè)廳購電，既給用戶(hù)帶來(lái)麻煩，也增加了供電企業(yè)的工作量。因此，急待開(kāi)發(fā)新的抄表收費系統，以滿(mǎn)足電力系統不斷發(fā)展的需要。

二、遠程控制預付費集中抄表系統

目前,國內開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的低壓集中抄表系統的廠(chǎng)家非常多，抄表成功率、準確率都相當高，在此類(lèi)系統的基礎上，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，擴展功能，即可實(shí)現預收電費、遠程切斷/恢復電力供應、實(shí)時(shí)抄讀電表數據、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測、定時(shí)線(xiàn)損分析等功能。

遠程控制預付費集中抄表系統結構和一般集中抄表系統大體一致，主要由后臺管理系統、集中器、電能表及通信道組成。系統采用分布式體系結構：后臺管理系統與集中器之間通過(guò)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接為上層；集中器與預付費電表之間通過(guò)低壓電力連接為下層。

2.1 后臺管理系統

后臺管理系統是遠程控制集中抄表系統的管理平臺，是系統的神經(jīng)中樞，承擔整個(gè)系統的管理，包括電表數據抄錄，電表通斷電控制等，具體功能如下：

檔案管理功能。系統需建立操作員檔案，并賦予相應的操作權限；建立臺區檔案，注冊每一臺區集中器的信息參數；建立表計檔案，注冊每一臺區下所有電表的信息，包括電表地址、表計類(lèi)型、用電類(lèi)型、相序類(lèi)別、倍率、電表型號。必要時(shí)可增加注冊電表對應用戶(hù)信息。

(2)抄表數據管理主要包括數據查詢(xún)，數據維護，表計故障自檢，以及線(xiàn)損數據分析的功能。并可以分析定時(shí)數據(從歷史表底中)，以及可手工設置月末表底：針對因為設備故障，不能抄回表底時(shí)，采用手工錄入的方法補充這一個(gè)(或一批)計量點(diǎn)表底。

(3)集中器管理功能。包括加載和讀取參數，用于將上位機正確注冊的集中器及表計的檔案數據加載到集中器設備中，并讀取加載的數據以便于操作員核對加載的數據是否正確；還有協(xié)議檢查功能，用來(lái)確認集中器和上位機之間通訊所采用的協(xié)議是否相同；校時(shí)功能， 可定時(shí)對集中器自動(dòng)校時(shí)，以保證集中器時(shí)間的準確性；同時(shí)集中器可對所轄電表廣播校時(shí)，以確保時(shí)間的一致性。

(4)數據抄錄和通斷電控制管理功能。對集中器下的所有電表進(jìn)行抄錄，抄錄電表表底及抄錄時(shí)間；也可實(shí)時(shí)抄錄單個(gè)電表的數據及狀態(tài)；并可通過(guò)控制電表繼電器的通斷來(lái)控制電力供應。

(5)與用電營(yíng)銷(xiāo)管理系統進(jìn)行接口的功能，實(shí)現2個(gè)系統之間實(shí)時(shí)數據交換。

2.2 通信信道

上層數據的采集采用星型結構，即一個(gè)后臺管理系統對多個(gè)集中器；上層通信系統以安裝在供電企業(yè)管理中心的系統工作站為中心點(diǎn)，通過(guò)通信信道與分散于各臺區的集中器連接所形成的1對N連接形式的系統。在這種方式下，信道的通信數據量較大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。目前，蜂窩移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)(GSM)覆蓋面幾乎遍及全國，因此，構建這種抄表系統時(shí)*可以利用現成的GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )而不必重新建設新的基站?；谝苿?dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的抄表系統須在管理中心和采集器中加裝無(wú)線(xiàn)通信模塊，由于這種無(wú)線(xiàn)通信模塊結構簡(jiǎn)單、控制容易，后臺管理系統與各個(gè)采集器都裝有這種無(wú)線(xiàn)通信模塊，它們之間的通信是通過(guò)撥號或以短消息SMS的模式接入GSM網(wǎng)來(lái)進(jìn)行傳數據、下達命令。利用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)使用和維護都相當方便。

底層數據的采集采用低壓電力通信，是指將信息調制為高頻信號后疊加在電力線(xiàn)路上進(jìn)行通信的技術(shù)，在同一變壓器區域下，一個(gè)集中器采集若干個(gè)采集器或電能表的數據，構成一個(gè)基于電力線(xiàn)的通信網(wǎng)。其優(yōu)勢在于：⑴電力線(xiàn)是電力部門(mén)*控制的通信信道，不必另外鋪設通信信道；（2）電力線(xiàn)是所有住房和建筑物的基礎設施，以電力線(xiàn)作為通信信道可大大節省鋪設通信信道的投資；（3）幾乎不需要維護或維護量??；（4）以電力線(xiàn)為通信信道可以靈活地實(shí)現即插即用。因此，底層數據采用的通信，運行成本低，安全性好、可維護性強。

2.3 集中器

集中器是本系統的中心設備，是連接后臺管理系統和前端電能表的橋梁。它能集中抄錄和存儲所在臺區電能表的數據，可以將抄讀的電表數據傳回后臺管理系統，并將系統控制信息傳遞至電能表，以實(shí)現抄表和遠程通斷電控制。

集中器的主要功能：（1）設置參數，可由后臺系統或掌上電腦進(jìn)行設置，包括數據庫表號、時(shí)鐘、時(shí)段、凍結抄表時(shí)間、自動(dòng)周期抄表日、中繼參數以及啟動(dòng)、停止抄讀狀態(tài)參數等；（2）抄讀和存儲數據，集中器在抄表時(shí)段內集中抄讀臺區電表數據并存儲起來(lái)；（3）中繼功能，集中器能夠依據學(xué)習結果自動(dòng)啟用中繼，實(shí)現中繼抄表；⑷凍結功能，集中器能夠根據后臺設置對臺區電表進(jìn)行凍結抄表；（5）遠程監控，支持后臺系統遠程實(shí)時(shí)監控電表，對電表情況進(jìn)行分析；（6）自診斷功能，可自動(dòng)進(jìn)行系統檢測，發(fā)現異常即進(jìn)行記錄和報警；（7）智能化，具備記憶與感知電網(wǎng)結構的智能，對抄讀結果自行分析與自我學(xué)習，一旦某只電表直接抄讀不成功，能夠通過(guò)學(xué)習結果迅速選擇合適的中繼電表實(shí)現中繼抄讀。

2.4 預付費電能表

預付費電能表是遠程集抄系統基礎的組成部分，是電能計量和遠程控制通斷電的執行部件，它包含電能計量模塊、通信模塊和通斷電控制模塊3個(gè)主要功能模塊。

計量模塊實(shí)現電能數據采集，故障和竊電檢測，能夠按峰、谷、平時(shí)段累計計量交流有功電能；其計量性能指標應符合GBO17215-2002（IEC61036）、GBO15284- 2002的要求，計量準確，誤差穩定，線(xiàn)性好。

通信模塊包含2個(gè)部分，一是通過(guò)低壓電力線(xiàn)實(shí)現電表數據的傳送和控制；各個(gè)電能表通信模塊之間具有相互自動(dòng)中繼功能，確保電能表和集中器之間通信暢通。紅外通信模塊作為備用通信手段，主要用于現場(chǎng)抄錄，紅外通信協(xié)議應符合行業(yè)標準DL/T645-1997。

主控模塊根據集中器發(fā)送的控制信息實(shí)現通斷電，并具備一次手動(dòng)復位功能，還可以限定用電的負荷，實(shí)現超負荷自動(dòng)斷電。

三、系統功能擴展

目前，多數供電企業(yè)自動(dòng)化和信息化水平較高，都已建立了完善的電力營(yíng)銷(xiāo)管理系統、客戶(hù)服務(wù)平臺以及銀行聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)繳費系統，分別應用于業(yè)擴變更、電費計算、線(xiàn)損分析、客戶(hù)服務(wù)、實(shí)時(shí)繳費等方面。對以上4個(gè)系統進(jìn)行進(jìn)一步整合，實(shí)時(shí)連接，便可形成統一的綜合性的用電管理平臺。

通過(guò)這個(gè)管理平臺，用戶(hù)可以利用手機、網(wǎng)絡(luò )等方式通過(guò)銀行轉賬的形式，向供電企業(yè)預付電費。繳費系統收取用戶(hù)電費后，將電費信息發(fā)送至營(yíng)銷(xiāo)系統，營(yíng)銷(xiāo)系統根據該用戶(hù)欠費信息等資料，進(jìn)行電費核算，將核算結果發(fā)送至集抄管理系統，并通過(guò)服務(wù)平臺將購電信息反饋給用戶(hù)。集抄管理系統再根據營(yíng)銷(xiāo)系統命令，將控制信息下載至集中器傳遞到終端電能表，電能表根據控制信息進(jìn)行通斷電操作，并將狀態(tài)信息逐級返回營(yíng)銷(xiāo)系統。

預付費集抄系統定時(shí)抄回電能表電量數據，發(fā)送至營(yíng)銷(xiāo)系統進(jìn)行計算，當電量接近于用戶(hù)購電量時(shí)，通過(guò)服務(wù)平臺向用戶(hù)發(fā)送短信息，提醒用戶(hù)提前購電，同時(shí)電表液晶顯示器常亮顯示。當電表剩余電量為0時(shí)，自動(dòng)斷電，客戶(hù)自行將電表復位后，可預支少量電量，透支電量使用完成后，電能表再次斷電，需重新繳費后，由營(yíng)銷(xiāo)系統發(fā)出通電命令，方可用電。

四、安科瑞預付費管理系統及現場(chǎng)硬件選型

4.1 集中抄表服務(wù)系統

集中抄表服務(wù)程序包含三大模塊，除了常年運行的定時(shí)對所有儀表進(jìn)行集中遠程抄表以外，還集成了報警短信發(fā)送服務(wù)，能將電費金額預警和欠費預警自動(dòng)生成手機短信自發(fā)送給對應的租戶(hù)租戶(hù)，該功能需要與硬件配合使用。

系統默認半小時(shí)對所有表進(jìn)行一次遠程集中抄表，時(shí)間間隔支持個(gè)性化配置。 

4.2 遠程預付費電能管理系統

本系統分為五大模塊，分別是操作員登陸模塊、系統配置模塊、租戶(hù)（商鋪）管理模塊、售電管理模塊、報表中心模塊，系統大致運行和操作流程如下：

本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出的功能。

a)登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

b)系統設置：對建筑、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

c)租戶(hù)管理：對用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、抄表導出及記錄查詢(xún)等操作；

d)售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

e)報表中心：提供售電財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)。

系統針對租戶(hù)開(kāi)戶(hù)不僅支持一戶(hù)一表，也支持一戶(hù)掛多表的需要；同時(shí)支持和解決了項目改造后新老表切換時(shí)，老表金額轉入的問(wèn)題；支持峰谷電價(jià)，支持一表一電價(jià)；可對單表設置功率過(guò)載的閾值，也支持設置單表金額報警的兩級閾值。

批量遠程操作場(chǎng)景中，系統提供了多項功能，針對開(kāi)戶(hù)、報警1、報警2、欠費、未開(kāi)戶(hù)、失聯(lián)狀態(tài)都有不同的顏色顯示；并且支持遠程對儀表進(jìn)行遙控，遙控的命令類(lèi)型如下：

1.電價(jià)下發(fā)；2.設置下發(fā)（下發(fā)報警金額閾值和過(guò)載功率閾值）；3.保電（強制儀表合閘）；4.恢復預付費（欠費自動(dòng)跳閘的模式）；5.拉閘（強制斷電）；6.抄表導出（導出當前所有表狀態(tài)為EXCEL）

系統還將電能計量?jì)x表接入系統，進(jìn)行遠程集中抄表后，提供了輔助的能耗查詢(xún)報表，為能耗分析、用能比對和安全用電提供強有力的依據。該功能用于替代部分能耗分析和管理系統的功能。 

系統還提供了多個(gè)報表以供查詢(xún)，分別是日/月/年財務(wù)銷(xiāo)售統計報表、失聯(lián)表/通訊管理機查詢(xún)報表、能耗查詢(xún)報表、實(shí)時(shí)報警/歷史報警查詢(xún)報表，支持導出。以下是財務(wù)報表和預付費表日用能查詢(xún)報表：

4.3設備選型

五、結束語(yǔ)

利用遠程控制預付費集中抄表系統，可以實(shí)現計算機遠程集中抄表和遠程控制通斷電，再結合銀電聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)繳費系統、用電營(yíng)銷(xiāo)管理系統和短信息平臺，供電企業(yè)即可完成整個(gè)抄核收工作，實(shí)現高度信息化和自動(dòng)化，將大大提高用電營(yíng)銷(xiāo)管理水平。同時(shí)，用戶(hù)足不出戶(hù)，用手機等付費購電，即可實(shí)現隨時(shí)自動(dòng)接通或斷開(kāi)電力供應。

參考文獻

[1] 曾中杰，遠程控制預付費集中抄表系統

[2] 朱東進(jìn)，電力載波遠程分時(shí)預付費系統的應用回，電力設備，2004,04

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2020.06版

[4] 安科瑞用戶(hù)測電能計量與預付費管理解決方案手冊 2020.02版