预付费电表的管理和应用

1. 智能电表的构成和原理

　　电子式智能电表,是在电子式电表的基础上,近年来开发面世的高科技产品,它的构成、工作原理与传统的感应式电能表有着很大的差别。感应式电表主要是由铝盘、电流电压线圈、永磁铁等元件构成,其工作原理主要是通过电流线圈与可动铅盘中感应的涡流相互作用进行计量的。而电子式智能电表主要是由电子元器件构成,其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样,再采用专用的电能表集成电路,对采样电压和电流信号进行处理,并转换成与电能成正比的脉冲输出,最后通过单片机进行处理、控制,把脉冲显示为用电量并输出。

　　通常我们把智能电表计量一度电时A/D转换器所发出的脉冲个数称之为脉冲常数,对于智能电表来说,这是一个比较重要的常数,因为A/D转换器在单位时间内所发出脉冲数个的多少,将直接决定着该表计量的准确度。目前智能电表大多都采用一户一个A/D转换器的设计原则,但也有些厂家生产的多用户集中式智能电表采用多户共用一个A/D转换器,这样对电能的计量只能采用分时排队来进行,势必造成计量准确度的下降,这点在设计选型时应该注意。

　　2 .智能电表的特点

　　由于采用了电子集成电路的设计,再加上具有远传通信功能,可以与电脑联网并采用软件进行控制,因此与感应式电表相比,智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。

　　(1)功耗:由于智能电表采用电子元件设计方式,因此一般每块表的功耗仅有0·6w~0·7w左右,对于多用户集中式的智能电表,其平均到每户的功率则更小。而一般每只感应式电表的功耗为1·7w左右。

　　(2)精度:就表的误差范围而言,2·0级电子式电能表在5%~400%标定电流范围内测量的误差为±2%,而且目前普遍应用的都是精确等级为1·0级,误差更小。感应式电表的误差范围则为+0·86%~-5·7%,而且由于机械磨损这种无法克服的缺陷,导致感应式电能表越走越慢,最终误差越来越大。国家电网曾对感应式电表进行抽查,结果发现50%以上的感应式电表在用了5年以后,其误差就超过了允许的范围。

　　(3)过载、工频范围:智能电表的过载倍数一般能达到6~8倍,有较宽的量程。目前8~10倍率的表成正为越来越多用户的选择,有的甚至可以达到20倍率的宽量程。工作频率也较宽,在40HZ~1000HZ范围。而感应式电表的过载倍数一般仅为4倍,且工作频率范围仅为45~55HZ之间。

　　(4)功能:智能电表由于采用了电子表技术,可以通过相关的通信协议与计算机进行联网,通过编程软件实现对硬件的控制管理。因此智能电表不仅有体积小的特点,还具有了远传控制(远程抄表、远程断送电)、复费率、识别恶性负载、反窃电、预付费用电等功能,而且可以通过对控制软件中不同参数的修改,来满足对控制功能的不同要求,而这些功能对于传统的感应式电表来说都是很难或不可能实现的。

　　智能电表的发展方向

　　随着智能电表的使用越来越广泛，对我们的生活也产生了越来越多的有利影响，同时也在潜移默化的改变着我们的生活。

　　根据中国电网提出了总体规划，并总结我国10年来电网电表的发展，我们可以得出图2中显示的结论：

　　要实现电表集中自动抄表,其前提是电表需首先实现智能化,这样才能实现数据出户,以达到集中抄表的目的,目前国内外常见的应用于集中抄表的电表有以下几种形式。

　　3.机电结合的电度表

　　第一类机电结合的电度表,是在原有的机械表的基础上,加装电子式计数装置和相应的控制、通讯电路,或加上IC卡读写接口以实现自动计量计费和控制;其基本结构是在原有机械电度表的转盘上打孔或涂(贴)上能吸收光线的材料,通过光电转换,将机械转盘的转动变换成电脉冲信号,再进行相应的计数处理。这类电度表由于其计量原理没有改动,其计量精度和特性与机械表完全一样,而成本相对较高,其优势在于能充分利用现已安装使用中的大量的机械电度表,且其计量原理为大众所熟悉而容易接受。

　　另一类机电结合的电度表则是采用电子式计量电路在获得数字式脉冲信号后,通过微型电机驱动字码转轮得到电能计数值,这种结构是最简洁可行的电子式电度表的方案,但遗憾的是其对计量电路的要求较高,即要求所有的表都按一个固定的比例将电能值转换为对应数量的数字脉冲,才能按正确的速度驱动微电机以转动字轮。这个比例就是所谓的电表常数(imp/kWh),由于电路中所用的决定脉冲速度的定时元件大都是参数离散性较大的阻容元件,为了保证电度表的计量精度和产品的一致性,就必须在生产过程中加强对元件的筛选和对半成品的调校,也就是说要增加相应的人力物力的投入并要延长生产周期,从而使电度表的生产费用和成本有所增加。另外这种结构的电度表在数据收集和用户缴费方式上与老式的机械表没什么区别,应属淘汰产品。

　　4. 全电子式电度表

　　全电子式电度表则是当今国内最先进的一类电度表,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。

　　关于抄表方案,国内近几年流行以下几种模式:

　　(1)总线制集中抄表:电表部分采用智能电表,各户智能电表信号线并接在一根总线上,总线连接到楼下转接器,各楼转接器与小区的集中器相连,由集中器集中供电。

　　(2)电力载波抄表:电力载波集中抄表系统是直接利用现有低压输电线路进行数据传输的集中抄表系统,省去了铺线工程,优势明显。该系统集微电子技术、通讯技术和计算机技术于一体的高新产品,具有高可靠且安装简单等显著特点,广泛适用于城市及农村的电表、气表抄收、计费和监控。但由于电力线是给用电设备传送电能的,而不是用来传送数据的,所以电力线对数据传输有许多限制:(1)配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;(2)不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同;(3)电力线存在本身固有的脉冲干扰。另外电力线上的高削减、高噪声、高变形,使电力线成为一个不理想的通信媒介,但由于现代通信技术的发展,使电力线载波通信成为可能,其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通信的关键就是选用一个功能强大的电力线载波专用Modem芯片。

　　全电子式电度表系统组成：

　　(1)远传表。具有脉冲输出的水表、电表、气表、热表等计量表为远传表,其计量方式与传统表一样,不同的是在原基表上增加了脉冲输出功能,每个脉冲代表一定的计量值。采集器通过远传表脉冲输出端口采集脉冲。

　　(2)采集器。采集器能同时采集水表、电表、气表、热表等输出的脉冲信息,并将这些脉冲信息转换成计量认可的物理量,存储在各采集器的存储器中,通过管理微机,可以查询系统中任意一户的耗能信息,并在管理微机的抄表等命令下将用户信息上传。

　　(3)转换器。转换器的主要任务为:完成与采集器的数据通信工作,向采集器下达电量数据冻结命令,定时循环接收采集器的电量数据或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据。根据系统要求完成与主站的通讯,将用户用电数据等主站需要的信息传送到主站数据库中。下行通道指的是转换器与采集器之间的通信线路,主要有总线抄表系统、载波抄表系统和红外抄表系统等三种方式。通信信道上行通道指的是转换器与主站之间的通信线路,可以采用电话、无线、专线等通信介质。

　　(4)系统管理软件功能。系统管理软件以通讯为基础,以数据库为核心,提供数据处理、查询、统计、报表、备份等功能;采用面向对象和模块化相结合的方法,灵活支持不同客户的要求,如特殊格式报表,权限控制等;持客户原有的管理系统,可与其它管理软件接口,提供数据接口和通讯接口,具有网络通讯功能;可同时管理多个小区,对各小区设置通讯参数;电表管理,设置电表的原始参数、地址、及其状态;费率管理,可任意设置多种费率,设置各能源的单价;用户管理,管理和控制每户的用量,管理用户的结算方式;实时抄表功能,系统可抄取各能源表的实时数据;费用自动计算,实现将公共能源损耗平均分摊或按比例分摊到每户并根据查表数据和单价,自动计算每产应交费用,以便向用户收费;打印功能,打印各用户费用清单;查询功能,可随时查询任一户、任一单元全部住户及整个小区内所有住户的耗能信息。

　　5.无线抄表

　　无线抄表是利用空间的无线信道实现数据传送的,这样的抄表方式毋须置疑是最为简单、方便的抄表模式,甚至在最近建设部某通讯规约的讨论稿中也初定了三表无线抄表使用的无线电频点,但无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下,信号传输不稳定的问题,另外表具安装位置、空间抗扰等也对其稳定工作有较大影响,同时无线电表产品自身也存在功耗等问题,因此该模式概念上虽然都很好,但真正大面积推广应用还有相当的历程。旧的事物消亡,新的事物产生,是辩证唯物主义发展观中事物发展规律必然趋势,同样智能电表的发展是也是随着科学技术的不断进步而必然前进的,市场的需求也进一步推动了该产业的进步,因此,无论各地的用水管理部门还是智能电表生产厂家,都迫切需要有一个规范化的标准,以使目前的电表行业早日步入规范化、标准化的发展道路。

　　结论与展望

　　当前,全国电力供需矛盾突出,加强电力需求管理,控制不合理用电也是节约。实现电力需求管理和综合电力资管理,是电力供应发展的方向。集中式智能电能表不仅能现电能计量、还能实现电能控制。当电力充足时,可复费电计量,降低电价,鼓励用电;电力供用紧张时,可限制用电或止供电,提高电价,保证重点用电需求。现在我国城镇通讯络已比较完备,并已延伸到各个角落,应用集中式智能电能构建智能电能管理系统,并结合通讯网络技术,建立电能计，远程抄表?用电负荷控制系统,实现电力供需平衡,保证网安全有着广阔的应用前景,也为实现电力需求侧管理提了一条新途径。

　　智能抄表系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与计量技术的完美结合，集能耗计量、数据采集、数据处理于一体，将城市居民能耗信息与综合处理相结合的系统。该系统使公用事业部门及物业管理部门从根本上减轻人工上门抄表的繁杂劳动。准确而便捷的收费系统，既可节省人力，又可减少相关事业部门与客户之间的纠纷，不但能提高管理部门的工作效率，也适应了现代用户对缴费的新需求。