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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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苏州创业园二期电力监控与电能管理系统设计方案 安科瑞鲍静君
【摘要】：本文介绍基于网络电力仪表的Acrel-3000电力监控系统在苏州创业园二期的应用，实现了分散式采集和集中控制管理的智能化电能计量管理和监控。省去了值班人员现场抄表的烦琐，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。
关键词：大型公建;网络电力仪表;电力监控软件
0引言
当前，根据住房与建设部〔2008〕114号文件，**和大型公建应当实行能源消费计量制度，区分用能种类，用能系统实行能源消费分户、分类、分项计量，及时发现、纠正用能浪费现象。同时地方政府也积极响应*号召，也出台了相关规定，如苏建科〔2007〕217号规定自2007年9月1日起，新建、改建和扩建单体2万m2以上的公共建筑项目，在设计、施工图审查时均应执行国家、省有关标准。在电气部分明确规定：变电所各出线回路均应配置电能计量装置，计量装置应采用数字式电能表计，并根据建筑的类别和档次，尽量配置通讯接口，以便于构成网络，并设管理后台。
苏州创业园二期位于苏州高新区竹园路与珠江路交叉口附近，总建筑面积13.58万平方米，由3幢26层独立塔楼组成。每个楼层都有一个配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞600多块网络多功能仪表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量分项管理、电能报表等功能，系统采用Acrel-3000电力监控、电能管理软件把现场的仪表联在一起，做到集中管理、集中控制。
1. 系统结构
Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，*大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用(例如趋势曲线、报警等)对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。
苏州创业园二期电力监控系统的拓扑结构如图1。
图1 系统拓扑结构图
系统采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。
1.1现场层
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR320EL、ACR210EL网络电力仪表，装设在每层的动力柜内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。
ACR网络测控电力仪表，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智能化电力仪表。它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度以及开关量输入/输出状态等。该系列仪表具备完善的通信联网功能，能实现远程遥测、遥控功能，非常适合于实时电力监控系统。
1.2中间层
中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。
1.3主控层
主控层位于监控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个箱系统的实时监控和报表管理。
创业园二期的监控室位于B幢三楼，通过六个通讯服务器把分布于每个楼层动力柜内的共计600多块ACR仪表有机的联系在一起，再通过楼层的局域网把数据传输到后台系统。
2. 系统框图及主要实现的功能
系统采用C/S架构，数据处理以数据库为中心，分采集、显示、算法等模块，各主要逻辑关系如下系统框图。
图2 系统框图
系统依据客户实际需求进行设计，并实现了一次主接线图界面显示;电参量遥测及电参量越限报警;事件记录;系统运行异常监测;故障报警及操作记录;报表查询与打印;系统负荷实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能。
如A幢4-7层空调总回路8月份各天的用电趋势图如图3所示。
图3 电能棒图
3. 设备与投资
根据现场实际情况所配置的系统硬件含采集装置、电源、工作站主机、打印设备、系统软件、弱电安装施工等总计费用为35万元左右，平均每幢楼的投入费用不超过15万元。配电各环节的数据均可通过监控主机集中显示，方便配电管理人员及时发现配电故障环节，按月统计用电数据，又可以通过OPC转发上传至楼宇自控系统BAS或安防系统FAS，便于整体调度。相对于传统的电工抄表、统计虽增加了一次投入，但智能化程度得到极大提高，节省了人力资本的投入。
4. 结束语
ACREL-3000电力监控系统具有通用性好、可靠性高、组态灵活等优点。目前系统已投入运行半年以上，极大的方便了用户的使用。随着计算机信息技术的普及，低压配电智能化的要求也越来越高，变配电监控及低压配电管理使得实现配电室的无人职守真正成为现实，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少人力投入，提高工作效率，从而降低整个系统的运营成本。
参考文献：
1)《电力电测数字仪表原理与应用指南》 任致程，周中，中国电力出版社