全电子式预付费电表及用电管理的介绍与研究

摘 要: 要从电子式智能卡预付费电表的工作原理和用电管理方式分析入手,改善IC卡电度表的销售和管理方法,建立一套科学的信息管理系统。

关键词: 全电子式，预付费电表，IC卡，智能

  全电子式电度表是当今国内一类电度表,综合了单片机技术、电子测量技术和智能(IC)卡技术,其采用先进的单片机技术和专门设计的电能测量集成电路,具有计量精度高、可防止窃电、自身损耗低和可靠性高等特点。其中的一些型号还具有复式计费功能。由于此类电度表的用电量数据已经数字化,可以很方便地与各种数据收集传送电路配合组成自动计量计费的系统,是现行家用电度表的换代产品,该类产品的大量使用将节省供电部门大量的抄表计算工作,并能及时回收电费(先付费,后用电),具有巨大的经济效益和社会效益.

一、全电子式智能卡预付费电度表结构和原理

  全电子式智能卡预付费电度表主要包括单相表和三相表,三相表根据线制的不同又分为三相三线制和三相四线制,在这里只介绍可广泛用于居民家庭的单相全电子式智能卡预付费电度表。

其工程原理如下图

1.电能计量原理

  居民用电一般为电压220V,频率50Hz,周期为20ms,先将强电变为弱电,以便后边进行单片机的处理,这里分别用电压互感器和电流互感器,将220V的电压变为5V,将电流变为小电流。用采样的方法,一个周期内对电压和电流采样500次,也就是说,每隔40ns对电压和电流信号采样一次。这可以通过将变换之后的信号进入数据选择开关来实现,用单片机控制数据选择开关的工作状态,每隔40ns开通一次,即采样一次。采样电压信号进入A/D转换器,将采样电压信号由模拟信号变为数字信号,在电压信号转换的时候,将采样电流信号进行保持。待A/D转换结束后,将A/D转换后的数字电压信号和保持器的模拟电流信号进入一个乘法型的D/A转换器,在这里实现电压和电流的相乘,在D/A转换器的输出即得到一个电压型的功率信号p=u×i,这个信号再经过V/F转换,得到一个频率脉冲信号,将这个脉冲信号输入单片机,通过对这个频率脉冲信号计数,即可求出电能。即w=p×f。至此,可以求出居民的用电量,这个用电量是一个数字化的量,可以将这个电量用做很多用途,例如显示或传输。

2.IC卡接口

  当从用电管理部门购得一定数量得电能后,这个电量就存储在IC卡里面。当IC卡通过IC卡接口插入电表时,电表自动将IC卡内的电量读入电表并与电表所余电量相加后显示于表盘,同时将加入电表的电量从IC卡内减去。

  操作过程:用户先向供电单位购电,付费后供电单位用IC卡读写器将所售电量写入IC卡,在供电局用户可在专用的复读器上核对供电局输入的电量是否正确,用户回家后将IC卡插入智能电表,智能电表自动将所购电量计入电表,电表则自动显示原可用电量与新购电量之和。智能电能表负责每时每刻的用电计量并显示表内还可用的电量。根据要求,在电将用完时红灯亮示警。这时用户应再次到供电部门买电,回来再将IC卡插入智能电表,电表显示新加入的电量,运行恢复正常。电量全部用完后自动断电。

3.键盘、显示器接口

  键盘、显示器接口用于实现人机交互,通过键盘,用户可以查询以往的用电量、当前的剩余量等。显示器则是电表将用户查询的结果及提示信息显示出来,显示器可采用LED或LCD动态扫描显示器,以节省I/O口使用。

4.继电器开关

  是一个动作机构,当用户所购买的电量用完时或剩余电量小于某一个值时,切断电路,用户再去用电管理部门买电才可再次接通电路继续用电。

5.主控单片机

  单片机是整个电表的核心,电表每个部分的工作都依靠单片机执行程序来准确控制。

二、可以达到的性能

1.若采用高性能16位高速CPU,处理速度快,精度高,无漏脉冲现象。

2.整体结构简单,在提高了可靠性的同时,降低了成本。

3.可采用新研制的电流互感器,抗过载能力特别强,当用电器短路时可自动断电保护,同时线性特性好,全数字化处理,提高了电表精度,克服了零点漂移等缺点。

4.可采用完善的软硬件保护措施,不丢数据。

5.超宽的工作电压范围,能适应国内用电现场的恶劣环境。

6.超宽的计量电流范围,从几个mA到20A,适于各种用户的需求。

7.可采用软硬件继电器触点保护,提高可靠性。

8.有与传统电感式电表完全相同的底座,接线方式相同,便于安装。

9.每块电度表都有其对应的IC卡,各表之间不能互换,多种加秘措施增加保密性,降低了破译电卡的可能性。但如用户不慎丢失可到电管部门从新制作。

10.本电表是全电子式,较机电一体化式IC卡电表灵敏度高,电流,电压的模拟量到数字量的转换精度达2的14次方,成本低,耗电少。

本电表基本功能实现后,在硬软件改动不大的条件下可进一步改进:

1.可实现供电单位自动抄表。

2.实现双向数据传递,可将表内数据传回计算机数据库,使供电部门实时掌握用电信息。

3.实现用电高峰和用电低谷的不同计费。

4.制成有0.1%精度的校验电表。

5.研制2相、3相工业用电表。

6.农村一表多用户(多卡)。

三、用电管理

  为了完成IC卡电度表的销售和管理,还要建立一套IC电表信息管理系统,IC卡电表信息管理系统是沟通IC卡、用户和管理人员的媒介,需具有以下功能:建立用户档案(开新卡),设置用户密码、电度表工作参数的写入、用户用电管理(用电情况从卡上回馈到系统,查询)、售电收费管理(向卡上写入购电量、置废卡等)、统计和报表打印等。要实现以上功能,需要数据库技术、VB++(或VC++)平台和串行通讯技术支持。对于较小的系统和地区,可在供电部门的单台计算机上实现以上功能。对于较大的系统和地区则要以计算机技术和现代通讯技术相结合,建立以供电管理部门为中心,通过公用电话网与各发卡收费营业点相联系的电脑网络,能自动完成各片区各用户的用电量和电费销售收入等数据的收集统计和分析管理,便于供电部门对电力的分配调度,减少不合理的拉闸停电,加快资金的回笼,减少管理费用和资金流失,提高供电部门的现代化管理水平。

  预付费电表使电力资源成为一种商品,可以先售后用,有利于电力部门的管理和发展,也比较适合中国的国情,目前已经在全国许多地区推广应用,相信,随着社会经济和科技的发展,全电子式智能卡预付费电表会有更大的发展和更广的用途,会给用户和电力管理部门带来更多的方便。

四、安科瑞远程预付费系统的介绍及选型

4.1系统简介

  系统为B/S架构，主要包括前端管理网站和后台集抄服务，配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列，实现电能计量和电费管理等功能。

  另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。

4.2 系统功能

  AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。

  本系统适用于一些大集团和大物业，往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理，面临着数据公网传输，财务操作分散，在线支付，总部财务扎口等复杂的需求。

远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表 。

水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息，并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。

远程售电:财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数防止作弊，方便快捷。

能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况；可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表，包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。

在线支付:商户可以通过小程序或者微信公众号实现在线自助充值水电费，也可以实时关注商铺用水用况。

短信提醒:金额不足或金额欠费提醒、电表充值到账提醒，都可及时短信通知商户。

远程控制:可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理。

4.3设备选型

参考资料

[1]刘必佐等.电卡式电能表原理及其应用[M].天津:天津科学技术出版社.

[2]姚存治,全电子式智能卡预付费电表与用电管理[J].

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

作者简介：张星，女，本科安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为预付费系统的研发与应用。手机：18701997519（同微信）QQ：2885050128邮箱：2885050128@qq.com