摘要：本文闡述了傳統(tǒng)IC卡式預付費電能表的主要功能，分析了其應用優(yōu)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(fā)展趨勢。

   關鍵詞：預付費;電能表;應用;分析

   電費是供電企業(yè)維持生產(chǎn)和發(fā)展的主要資金來源，是否能夠及時回收對供電企業(yè)資金循環(huán)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(xiàn)場停限電的技術手段，以及配套法規(guī)與市場經(jīng)濟的不適應，直接導致供電企業(yè)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(lián)的通訊技術應用不成熟，系統(tǒng)的兼容性成了影響電能計量管理遠程自動抄表系統(tǒng)推廣應用的一個重要障礙，特別是通信協(xié)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(huán)境下，無奈地規(guī)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(xiàn)

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(jīng)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(huán) 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(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，不參與數(shù)據(jù)加密、解密工作。售電時，通過一系列密鑰認證測試，可實現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)場批量抄錄。這點對于供電企業(yè)管理的電能表數(shù)急劇增加的現(xiàn)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(shù)和相對集中的交費時間段，傳統(tǒng)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(tǒng)失效后難以取證認定，極易發(fā)生用電糾紛。

2 、管理困難。由于IC卡購電的突發(fā)性和隨機性，增加了供電部門的售電壓力。同時為了保證數(shù)據(jù)的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系統(tǒng)和動態(tài)密鑰認證保證了數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)論證增加非預期故障的發(fā)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(yè)增加了很多工作量，客戶也易提出異議。

4、數(shù)據(jù)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(jiān)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(shù)據(jù)傳遞媒介的預付費系統(tǒng)，不太容易與電話銀行、網(wǎng)上銀行等購電方式形成有效聯(lián)動。往往是客戶持卡到售電營業(yè)點購電，降低電力營銷的服務質量，增加了供電企業(yè)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(xié)議，等效采用IEC62056的GB/T19882、GB/ T19897“自動抄表系統(tǒng)”系列國家標準；通訊系統(tǒng)的兼容性問題得以解決。 核心關聯(lián)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(tǒng)的融合

（一）遠程抄表系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)、電力線載波通信、儀表總線、衛(wèi)星通信、GPRS和CDMA等。 各類通信方式均有優(yōu)劣勢和側重的適用 面。結合供電企業(yè)的行業(yè)特點和低壓電力線載波擴頻、跳頻、轉發(fā)中繼（載波表可以動態(tài)地被本 地集中器通過電力線設置為路由器或轉發(fā)器）等 技術及專用芯片的實用化運用，目前低壓臺區(qū)遠 程自動抄表系統(tǒng)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(tǒng)結構電力線載波集中抄表系統(tǒng)由集抄主站、采集器、集中器、電表等設備組成，根據(jù)現(xiàn)場情況組建專用網(wǎng)絡，通過軟件進行抄表、控制、管理 用電情況。系統(tǒng)由三個物理層，兩級鏈路層構成。主站數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)集中器通 過GPRS網(wǎng)絡連通；臺區(qū)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(lián)，構成客戶層。

（三）系統(tǒng)特點

1、采用PLC（電力線載波）通訊方式：有效利用電網(wǎng)拓樸結構，易施工。

2、基礎數(shù)據(jù)群：可對所有納入集抄系統(tǒng)的客戶進行選擇抄收（點抄、全抄）、多點抄構成 基礎數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)點。同時工程造價低，系統(tǒng)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(tǒng)配合可實現(xiàn)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(jù)抄回的數(shù)據(jù)判斷現(xiàn)場電能表是否出現(xiàn)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(shù)據(jù)傳到電力營銷管理信息系統(tǒng)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(xiàn)場數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)場電能表內電價參數(shù)，從而保證現(xiàn)場電能表內電價參數(shù)與調價同步。

3 、防竊電

當現(xiàn)場電能表參數(shù)發(fā)生變化或出現(xiàn)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(jù)電能表上傳的信息判斷客戶是否有竊電嫌疑，并及時到現(xiàn)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(xiàn)場電能表的電壓、電流、 功率、電量等數(shù)據(jù)，進行負荷分析管理?？筛鶕?jù)電流數(shù)據(jù)，繪制負荷曲線，監(jiān)測用電負荷變化情況?？筛鶕?jù)電壓數(shù)據(jù)，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(jié)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)場復電的運營成本支出。

3、由于可對現(xiàn)場電能表運行狀況進行在線監(jiān)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(fā)生，同時避免了客戶因少報用電容量而未執(zhí)行分時電價和力率考核等現(xiàn)象。

三 安科瑞預付費產(chǎn)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(yè)費收取，欠費拉閘；

公共區(qū)域電費分攤收?。?/span>

公共區(qū)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(tǒng)；

物業(yè)/地產(chǎn)集團集中財務管控，子物業(yè)單獨權限；

無線方案改造方便，調試簡單

四 產(chǎn)品選型

五 結束語

   盡管傳統(tǒng)預付費電能表的諸多弊端越來越凸現(xiàn)出不能滿足現(xiàn)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(fā)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完全替代傳統(tǒng)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(fā)展趨勢。對于供電企業(yè)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(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J] . 微計算機信息，2006

[3]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

王長幸，女，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為預付費電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應用。