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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突出的技术问题，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。
该大型商业广场首次上线该系统6个月内，依靠系统完成电费收缴450万人民币，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、商务十大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专用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*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*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，无需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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电力监控与电能管理系统在苏州大型商业楼宇的应用 安科瑞鲍静君
摘要：介绍苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统，采用智能电力仪表和微机保护装置采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-2000型电力监控系统实现变电所的实时电力监控及Acrel-3000型电能管理系统实现建筑电力能耗的自动管理，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据。
关键词：商业楼宇;苏州吴中商务中心;变电所;智能电力仪表;Acrel-2000/3000型;电力监控系统;电能管理系统;建筑节能
0 概述
目前我国大多数多功能办公大楼、写字楼、商场等商业建筑都设有集中空调系统为用户提供健康和舒适的工作环境。这类建筑占大型公共建筑的比例越来越大，在我国建筑节能尤其是大型公共建筑节能中，多功能商业建筑的节能应是。
苏州吴中商务中心项目是苏州吴中国裕资产经营有限公司投资兴建的一项商业楼宇工程，项目总投资约1.3亿元，总建筑面积为124440平方米，分两幢22层高办公楼，两层地下停车场。
本项目为苏州吴中商务中心地下变电所电力监控与电能管理系统。根据配电系统管理的要求，需要对苏州吴中商务中心两个地下变电所内的高压柜、低压配出线进行电力监控，以保证用电的安全、可靠和。
Acrel-2000/3000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的*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，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理，管理人员可以实时监控建筑物各项能源的消耗，发现能源使用过程中的浪费现象，以便采取可控的能源消费方式，减少能源消耗量，实现建筑物的节能管理。
1 系统结构描述
本监控系统主要实现吴中商务中心两个地下变电所（东区变电所和西区变电所）的10/0.4kV配电系统进行用电监控与电能管理；监控范围为东区变电所的T1、T2、T3、T4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的T5、T6、T7、T8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。该系统总计有219只仪表（其中包括187只ACR网络智能电力仪表，10只ABB综合保护装置，14只高压开关状态指示仪，8只温控仪），分13条总线，其中东区变电所8条总线，西区变电所5条总线，两变电所之间距离较远，采用光纤组网连接，最后通过网线拉至电工值班室连接到监控主机实现总线上仪表与监控主机的数据连通。
本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：
间隔设备层主要为：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。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-
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*高传输速率为10Mbps。
RS485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，*大传输距离为1.2km。
2 电力监控系统主要功能
2.1 数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
2.2 人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。
2.3 历时事件
历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。
2.4 数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
2.5 用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。
2.6 运行负荷曲线
负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。
2.7 远程报表查询
报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。
报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。
3 案例分析
苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统分两个变电所（东区变电所和西区变电所），本项目针对这两个变电所的10/0.4kV配电系统进行用电监控与电能管理；监控范围为东区变电所的T1、T2、T3、T4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的T5、T6、T7、T8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。
进线回路采用ACR330ELH多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
重要配出回路采用ACR220EL系列网络电力仪表，该仪表主要测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度。
高压侧实时画面见图（2），为系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。在高压系统图中可以直观的看到每路高压进线和出线的运行参数和状态，可以看到变压器出线侧的所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度及变压器温度。
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低压配电二次图见图（3），功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；断路器变位时会发出报警信号，提醒用户及时处理故障。
遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。遥测报警值设置界面可以看到每个监控点的实时值和报警设置值，方便值班人员比对进线设置，负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能。见图（4）至图（6）。
图（4） 实时遥信报警信息
图（5）历史遥测报警信息查询
图（6）遥测报警值设置界面
参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询供两个变电所8台变压器出线各低压回路的电参数，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度及变压器温度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。见图（7）
用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示，显示健身中心某段时间内的各配电回路的精确用电量，用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 见图（8）。
系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。见图（9）。
负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。见图（10）。
4 结束语
随着社会的发展及电力的广泛应用，电力监控系统已成为全国各地工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的必然选择，本文介绍的Acrel-2000/3000电力监控与电能管理系统在苏州吴中商务中心的应用，可以实现对变电所高低压配电回路用电的实时监控与电能管理，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示变电所内各配电回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究，不但减少抄表人员的工作量，而且降低了建筑的管理成本，是实现管理节电的重要措施和有效途径。
该系统运行安全、可靠、稳定，为变电所用户解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的社会效益。［2］
该系统为城市能耗监测平台预留接口，可以无缝接入城市能耗监测平台，实现城市节能管理部门对建筑物的能耗进行监控。
文章来源于：《建筑节能》2012年9期。
参考文献：
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