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远程预付费电能管理系统在商业广场中的应用 安科瑞鲍静君
摘要：针对当前各种规模的商业广场、物业小区或农贸市场等用电环境，为了解决电费收费难的问题，过去十年，预付费电表及IC卡售电系统成为主流，由于数据与环境脱离，系统防伪造、防攻击、防篡改、防跟踪等数据安全性能始终是一个**的技术问题，往往给物业造成严重的经济损失。安科瑞远程预付费系统的实施，为物业公司挽回了经济损失的同时，创造了相当可观的效益，也节约了大量的人力成本。
关键词：电能管理；用电控制；远程集中抄表；商业广场 ；远程预付费
0 前言
远程预付费电能管理系统，是一项集底层通信技术、网络通信技术、电能计量技术、加密技术、数据存储技术、信息化技术与现代化设备及管理于一体的综合信息管控系统。
该系统主要完成电能表参数设置，商户售电管理及用电管理工作，操作简便，实行物业公司远程实时操作、遥控和监控，具有良好的人机界面，能够有效的统计和管理数据，并对数据的安全性做了有效的保密措施。安装方便，是用电管理部门、商业广场和物业小区等管理部门，提高用电管理水平，解决收费难问题的理想产品。
相比传统的插卡式预付费系统，不仅安全性更高（用户与物理硬件隔离，数据高强度加密），有效杜绝偷电漏电的发生，所有电能表都能够实时纳入监控范围，用户欠费过载等都有报警提示，能够远程拉闸送电等操作，而且对于用电费用差额，能耗分析等数据分析提供了强有力的数据基础。
该大型商业广场**上线该系统6个月内，依靠系统完成电费收缴450**民币，较之以前大大提升了利润水平，并且大幅度减少了人工成本和管理成本。
1 项目概述及建设目标
该大型商业广场总建筑面积70万㎡，由50万㎡商铺以及20万㎡社区住宅组成，是集购物、美食、旅游、文化、酒店、休闲、娱乐、运动、居住、商务**主题功能于一体的大型商业地产项目。
本项目中纳入系统管控的单相预付费、三相预付费、二次接入等各类仪表总计2435个。
2 远程预付费电能管理系统的设计
本项目是针对商业广场、物业小区、农贸市场等的商业用户设计一套智能用电计量管理系统，针对商户用电的性质，实现商户用电的智能化管理，为保证商户用电的独立性和安全性，采用一户一表的方案。
针对本项目为商业用户配置安科瑞终端预付费电能计量表计 DTSY1352-C、DDSY1352-C 来独立计量每个商业用户的用电量。通讯管理机通过 RS-485 总线采集所有终端电能计量仪表的数据。本项目中选用的安科瑞终端电能计量表计技术指标和功能符合国家GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T615-2007对电能表的各项技术要求。
通讯管理机将数据通过由光纤组成的**网络将数据传输至中心管理计算机。系统管理软件对数据进行存储、处理，系统管理软件由此进行远程集中抄表、售电、拉闸等操作，形成物管方需要的图形、文字等形式的文件，以此实现整个城市广场商户用电的智能化管理。
2.1 系统结构
依据整个商业广场的配电情况分布情况，本系统组网方案采用分层分布式结构，系统包括：站控管理层、网络通讯层、现场设备层。系统网络结构如图1所示：
图1 系统布线原理图
站控管理层管理是人机交互的直接窗口，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况，是系统的较上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如服务器、打印机、UPS电源等组成。
通讯层使用的设备为ANE-Lx8通讯管理机。该层是数据上行和下达的桥梁，主要负责对485总线上连接的所有仪表进行集中抄表、数据缓存和数据上传，以及对服务器端传输过来的遥控指令执行指令透传和回送上传。
现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。主要型号包括安科瑞品牌三相预付费电能表DTSY1352-NK、单相预付费电能表DDSY1352-NK。
2.2 数据流程设计
本系统的关键数据流程走向主要分为两种:
1)远程集中抄表数据流程。
图2 集中抄表数据流程
Fig.2 centralized meter reading data flow
2)开户、售电、遥控等操作数据流程。
图3 遥控数据流程
Fig.3 remote control data flow
2.3系统软件功能设计
整个系统软件设计分为三个大块，分别是集中抄表服务系统，远程预付费电能管理系统，以及用户查询机系统。集中抄表服务程序常年运行，不间断定时对所有表进行远程抄表；远程预付费系统包含所有开户、售电、遥控及报表功能；用户查询机系统用于商铺查询个人信息、充值和用电情况。主要特点如下：
◆快速配置，即装即用：将电表和通讯管理机配置导入系统就可以使用；
◆远程集中抄表：免去人工抄表，电表状态实时性较高可精确到3分钟以内；
◆支持单独计价、多费率、阶梯电价：可对每块电表单独设置电价、费率和阶梯电价；
◆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；
◆数据安全：网络数据传输采用金融级的3DES加密算法，防止数据作弊窃电；
◆手机短信提醒：当金额不足或金额欠费，共三级预警，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；
◆能耗分析及查询：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。
组成系统的硬件结构如图4所示：
图4 系统硬件结构
2.3.1集中抄表服务系统
集中抄表服务程序包含三大模块，除了常年运行的定时对所有仪表进行集中远程抄表以外，还集成了报警短信发送服务，能将电费金额预警和欠费预警自动生成手机短信自发送给对应的商铺用户，该功能需要与硬件短信猫配合使用，使用短信猫厂商提供的开发接口SDK进行开发。
系统默认半小时对所有表进行一次远程集中抄表，时间间隔支持个性化配置。
通讯管理机集抄上传的数据帧格式如下：
<XML>
<010101 online=”True”>
//单表抄表数据
</010101>
……
<090999 online=”True”>
//单表抄表数据
</090999>
</XML>
2.3.2用户查询机系统
商铺用户可通过物管公司门口的触摸屏，使用开户时获取的用户号和初始密码，登陆触摸屏查看个人信息、仪表状态、剩余金额、充值记录以及日用电记录等信息。
图5 查询机系统界面1 Fig.5 query system interface1
图6 查询机系统界面
2.3.3远程预付费电能管理系统
本系统分为五大模块，分别是操作员登陆模块、系统配置模块、用户（商铺）管理模块、售电管理模块、报表中心模块，系统大致运行和操作流程如图7所示：
图7 系统应用流程
登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；
系统设置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；
用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、抄表导出及记录查询等操作；
售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；
报表中心：提供售电财务报表、用能报表、报警报表等查询。
系统针对商铺开户不仅支持一户一表，也支持一户挂多表的需要；同时支持和解决了项目改造后新老表切换时，老表金额转入的问题；支持峰谷电价，支持一表一电价；可对单表设置功率过载的阈值，也支持设置单表金额报警的两级阈值。
用户开户界面如图8所示：
图8 用户开户界面
批量远程操作场景中，系统提供了多项功能，针对开户、报警1、报警2、欠费、未开户、失联状态都有不同的颜色显示；并且支持远程对仪表进行遥控，遥控的命令类型如下：
电价下发；
设置下发（下发报警金额阈值和过载功率阈值）；
保电（强制仪表合闸）；
恢复预付费（欠费自动跳闸的模式）；
拉闸（强制断电）；
抄表导出（导出当前所有表状态为EXCEL）
批量远程操作场景界面如图9所示：
图9 批量操作界面
系统还将二次接入的电能计量仪表接入系统，进行远程集中抄表后，提供了辅助的能耗查询报表，为能耗分析、用能比对和安全用电提供强有力的依据。该功能用于替代部分能耗分析和管理系统的功能，如果需要的能耗分析和管理，需要另外配置安科瑞能耗系统Acrel5000。
根据时间段、回路编号等条件，查询时间段内抄表电能值及能耗差值，界面如图10所示：
图10 能耗查询界面
系统还提供了多个报表以供查询，分别是日/月/年财务销售统计报表、失联表/通讯管理机查询报表、能耗查询报表、实时报警/历史报警查询报表，支持导出。
财务报表(日销售报表)如图11所示：
图11 日销售报表
预付费表日用能报表如图12所示：
图12 日用能报表
3 结束语
传统的IC卡预付费售电管理系统实现了先交费后用电的管理模式，但由于抄收电表数据依赖于购电卡，用户用电数据滞后于发生时间，不仅需要人工抄表，也无法有效进行用电管理、监控和实时控制。
利用远程预付费电能管理系统，*IC卡，可以实现计算机远程集中抄表、实时监控、远程充值和远程控制，再通过预警信息和短信通知，物管部门即可完成整个抄表、收费、控制和核查工作，实现高度信息化和自动化，大大提高用电营销管理效率和水平，节约人力物力的同时，也提高了经济效益，同时还具有防信息泄露防窃电的安全功能。
文章来源：《电测与仪表》2016年15期增刊。
参 考 文 献
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变配电监控系统在上海华山医院病房新建工程中的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍一种在10/0.4KV配电系统中，加装智能电力仪表和变配电监控系统，对于主要回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电参量和开关信号进行实时采集；经组网远传至后台，从而实现对低压配电系统的电力状态实时监控和能耗监测。
关键词：变配电监控系统；Acrel-3000 型；RS485通讯；能耗监测
0 概述
上海华山医院病房楼是一幢医用建筑,建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，以保证用电的安全、。
Acrel-3000型低压智能配电系统，利用现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的较新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的现场设备连接为一个**的整体，实现远程监控和集中管理。
1 配电监控系统构成
本系统采用分层分布式计算机网络结构即现场设备层、网络通讯层和站控管理层如图1所示。
图1 系统拓扑结构
现场设备主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户，同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备，实现远程遥控功能。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据较高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，较大传输距离为1.2km。
2 监控系统的主要功能
电力监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
2.1 运行信息与保护信息采集
系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，所有信息低压主进、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率 、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种告警信息等。
2.2 人机操作界面
统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。
系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。
包括如下功能特征：
全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况；画面显示响应时间1s。见图2。
图2 配电系统图
2.3 统计分析、报表、打印
时、日、月、年用电量统计；用户自定义报表格式和计算方法；所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印；数据库实时和历史记录保留2年以上；对各电气设备和系统运行参数进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；见图3。
图3 电参量汇总表
各设备参数和较值统计报表；全系统运行统计报表等对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印。
能源统计报表及打印，对能源消耗进行汇*计，并根据用户要求生成各类报表，包括：分时、日、月、季度和年度报表；能耗统计报表，日、月、年的有功/无功电能的统计，并按用户常规格式输出电能报表，实现人工抄表到自动报表，可设置为定时和根据需要的召唤打印，见图4。
图4 电能报表
2.4 历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。
根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据，见图5。
图5 电流趋势曲线图
2.5 系统安全
本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施，见图6。
图6 用户权限管理
2.6 故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告；见图7。
图7 事件记录
2.7 保护信息管理
管理保护定值和保护动作信息，提供有关查询。
2.8 其他功能
其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。
2.9 系统自诊断功能
本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。
由于本系统设备有冗余配置，当系统发生软、硬件故障时，能自动切换到备用系统设备上运行。
3 结束语
随着社会的快速发展，用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高，实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向；ACREL-3000型变配电监控系统是解决供配电高质量运行的良好方案，运行表明，系统可靠、安全、稳定，并降低了设备运行成本，提高配电自动化质量。
参考文献：
任致程、周中编着 电力电测数字仪表原理与应用指南 中国电力出版社 2007.4