全電子式預付費電表及用電管理的介紹與研究

江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

摘 要: 要從電子式智能卡預付費電表的工作原理和用電管理方式分析入手,改善IC卡電度表的銷售和管理方法,建立一套科學的信息管理系統(tǒng)。

關鍵詞: 全電子式，預付費電表，IC卡，智能

全電子式電度表是當今國內一類電度表,綜合了單片機技術、電子測量技術和智能(IC)卡技術,其采用先進的單片機技術和專門設計的電能測量集成電路,具有計量精度高、可防止竊電、自身損耗低和可靠性高等特點。其中的一些型號還具有復式計費功能。由于此類電度表的用電量數(shù)據(jù)已經數(shù)字化,可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動計量計費的系統(tǒng),是現(xiàn)行家用電度表的換代產品,該類產品的大量使用將節(jié)省供電部門大量的抄表計算工作,并能及時回收電費(先付費,后用電),具有巨大的經濟效益和社會效益.

一、全電子式智能卡預付費電度表結構和原理

全電子式智能卡預付費電度表主要包括單相表和三相表,三相表根據(jù)線制的不同又分為三相三線制和三相四線制,在這里只介紹可廣泛用于居民家庭的單相全電子式智能卡預付費電度表。

其工程原理如下圖

1.電能計量原理

居民用電一般為電壓220V,頻率50Hz,周期為20ms,先將強電變?yōu)槿蹼?以便后邊進行單片機的處理,這里分別用電壓互感器和電流互感器,將220V的電壓變?yōu)?V,將電流變?yōu)樾‰娏鳌Ｓ貌蓸拥姆椒?一個周期內對電壓和電流采樣500次,也就是說,每隔40ns對電壓和電流信號采樣一次。這可以通過將變換之后的信號進入數(shù)據(jù)選擇開關來實現(xiàn),用單片機控制數(shù)據(jù)選擇開關的工作狀態(tài),每隔40ns開通一次,即采樣一次。采樣電壓信號進入A/D轉換器,將采樣電壓信號由模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號,在電壓信號轉換的時候,將采樣電流信號進行保持。待A/D轉換結束后,將A/D轉換后的數(shù)字電壓信號和保持器的模擬電流信號進入一個乘法型的D/A轉換器,在這里實現(xiàn)電壓和電流的相乘,在D/A轉換器的輸出即得到一個電壓型的功率信號p=u×i,這個信號再經過V/F轉換,得到一個頻率脈沖信號,將這個脈沖信號輸入單片機,通過對這個頻率脈沖信號計數(shù),即可求出電能。即w=p×f。至此,可以求出居民的用電量,這個用電量是一個數(shù)字化的量,可以將這個電量用做很多用途,例如顯示或傳輸。

2.IC卡接口

當從用電管理部門購得一定數(shù)量得電能后,這個電量就存儲在IC卡里面。當IC卡通過IC卡接口插入電表時,電表自動將IC卡內的電量讀入電表并與電表所余電量相加后顯示于表盤,同時將加入電表的電量從IC卡內減去。

操作過程:用戶先向供電單位購電,付費后供電單位用IC卡讀寫器將所售電量寫入IC卡,在供電局用戶可在專用的復讀器上核對供電局輸入的電量是否正確,用戶回家后將IC卡插入智能電表,智能電表自動將所購電量計入電表,電表則自動顯示原可用電量與新購電量之和。智能電能表負責每時每刻的用電計量并顯示表內還可用的電量。根據(jù)要求,在電將用完時紅燈亮示警。這時用戶應再次到供電部門買電,回來再將IC卡插入智能電表,電表顯示新加入的電量,運行恢復正常。電量全部用完后自動斷電。

3.鍵盤、顯示器接口

鍵盤、顯示器接口用于實現(xiàn)人機交互,通過鍵盤,用戶可以查詢以往的用電量、當前的剩余量等。顯示器則是電表將用戶查詢的結果及提示信息顯示出來,顯示器可采用LED或LCD動態(tài)掃描顯示器,以節(jié)省I/O口使用。

4.繼電器開關

是一個動作機構,當用戶所購買的電量用完時或剩余電量小于某一個值時,切斷電路,用戶再去用電管理部門買電才可再次接通電路繼續(xù)用電。

5.主控單片機

單片機是整個電表的核心,電表每個部分的工作都依靠單片機執(zhí)行程序來準確控制。

二、可以達到的性能

1.若采用高性能16位高速CPU,處理速度快,精度高,無漏脈沖現(xiàn)象。

2.整體結構簡單,在提高了可靠性的同時,降低了成本。

3.可采用新研制的電流互感器,抗過載能力特別強,當用電器短路時可自動斷電保護,同時線性特性好,全數(shù)字化處理,提高了電表精度,克服了零點漂移等缺點。

4.可采用完善的軟硬件保護措施,不丟數(shù)據(jù)。

5.超寬的工作電壓范圍,能適應國內用電現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。

6.超寬的計量電流范圍,從幾個mA到20A,適于各種用戶的需求。

7.可采用軟硬件繼電器觸點保護,提高可靠性。

8.有與傳統(tǒng)電感式電表相同的底座,接線方式相同,便于安裝。

9.每塊電度表都有其對應的IC卡,各表之間不能互換,多種加秘措施增加保密性,降低了破譯電卡的可能性。但如用戶不慎丟失可到電管部門從新制作。

10.本電表是全電子式,較機電一體化式IC卡電表靈敏度高,電流,電壓的模擬量到數(shù)字量的轉換精度達2的14次方,成本低,耗電少。

本電表基本功能實現(xiàn)后,在硬軟件改動不大的條件下可進一步改進:

1.可實現(xiàn)供電單位自動抄表。

2.實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳遞,可將表內數(shù)據(jù)傳回計算機數(shù)據(jù)庫,使供電部門實時掌握用電信息。

3.實現(xiàn)用電高峰和用電低谷的不同計費。

4.制成有0.1%精度的校驗電表。

5.研制2相、3相工業(yè)用電表。

6.農村一表多用戶(多卡)。

三、用電管理

為了完成IC卡電度表的銷售和管理,還要建立一套IC電表信息管理系統(tǒng),IC卡電表信息管理系統(tǒng)是溝通IC卡、用戶和管理人員的媒介,需具有以下功能:建立用戶檔案(開新卡),設置用戶密碼、電度表工作參數(shù)的寫入、用戶用電管理(用電情況從卡上回饋到系統(tǒng),查詢)、售電收費管理(向卡上寫入購電量、置廢卡等)、統(tǒng)計和報表打印等。要實現(xiàn)以上功能,需要數(shù)據(jù)庫技術、VB++(或VC++)平臺和串行通訊技術支持。對于較小的系統(tǒng)和地區(qū),可在供電部門的單臺計算機上實現(xiàn)以上功能。對于較大的系統(tǒng)和地區(qū)則要以計算機技術和現(xiàn)代通訊技術相結合,建立以供電管理部門為中心,通過公用電話網與各發(fā)卡收費營業(yè)點相聯(lián)系的電腦網絡,能自動完成各片區(qū)各用戶的用電量和電費銷售收入等數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計和分析管理,便于供電部門對電力的分配調度,減少不合理的拉閘停電,加快資金的回籠,減少管理費用和資金流失,提高供電部門的現(xiàn)代化管理水平。

預付費電表使電力資源成為一種商品,可以先售后用,有利于電力部門的管理和發(fā)展,也比較適合中國的國情,目前已經在全國許多地區(qū)推廣應用,相信,隨著社會經濟和科技的發(fā)展,全電子式智能卡預付費電表會有更大的發(fā)展和更廣的用途,會給用戶和電力管理部門帶來更多的方便。

四、安科瑞遠程預付費系統(tǒng)的介紹及選型

4.1系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現(xiàn)電能計量和電費管理等功能。

另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統(tǒng)，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。

4.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。

本系統(tǒng)適用于一些大集團和大物業(yè)，往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理，面臨著數(shù)據(jù)公網傳輸，財務操作分散，在線支付，總部財務扎口等復雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

水表預付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息，并可以進行單表或批量設置水價控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發(fā)，并比對充值次數(shù)防止作B，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數(shù)據(jù)、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據(jù)。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費，也可以實時關注商鋪用水用況。

短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理。

4.3設備選型

參考資料

[1]劉必佐等.電卡式電能表原理及其應用[M].天津:天津科學技術出版社.

[2]姚存治,全電子式智能卡預付費電表與用電管理[J].

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.