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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
[1] 李静威,温田毅,史磊.电能表通信差错控制编码的原理及实现[J].电测与仪表,2011,40(34):21.
[2] 蓝岚,金礼胜.电子式预付费电能表的应用[J].贵州电力技术,2014,17(3):79-88
[3] 赵晓群.远程预付费用电管理系统的分析和设计[J/OL].
[4] 杨莉.浅析预付费电能表的应用[J].云南电力技术,2006,34:6-9.
[5] F.C.Schweppe,J.Wildes.Power System Static-state Estimation,Part III:Implementation[C].IEEE Transactions on Power Apparatus & Systems, 1970, PAS-89(1):130-135
[6] 路金川,随惠斌.配电网状态估计的量测配置探讨[J].山东电力技术,2004,(6):72-76.
[7] 李健芳.IC卡单相电子式预付费电能表应用技术分析[J/OL].
[8] 田玉良,袁毅,康广庸.三相两元件电能表A、C相TA变比不同时更正系数的计算[J].计量与测试技术,
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电力需求侧管理及智能电力监控技术在通用及专用设备制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君
一、 行业用户用电特性分析
通用及专用设备制造业按国民生产行业可细分为：锅炉及原动机制造、金属加工机械制造、起重运输设备制造、泵阀门压缩机及类似机械的制造、轴承齿轮传动和驱动部件的制造、烘炉熔炉及电炉制造、风机衡器包装设备等通用设备制造、金属铸锻加工制造；矿山冶金建筑专用设备制造、化工木材非金属加工专用设备制造、食品饮料**及饲料生产专用设备制造、印刷制药日化生产专用设备制造、纺织服装和皮革工业专用设备制造、电子和电工机械专用设备制造、农林牧渔专用机械制造、医疗仪器设备及器械制造、环保社会公共安全及其他专用设备制造等制造行业。
通用及专用设备制造业的范围特别广泛，基本都属于非连续性生产单位。通用及专用设备制造业的用户数目众多，负荷大小从几十千瓦到几千千瓦都有，个别企业甚至还超过一万千瓦。
该行业用户生产时间为8：00～21：00，也有24小时连续生产的。早峰时间段是全天的生产高峰和用电高峰；深夜产量*小是用电低谷。用电峰谷差率特别大，日负荷曲线属于典型的“中间高、两头低”形态。少部分连续生产的通用及专用设备制造业用户其负荷曲线相对较平稳，约有20％左右的波动。
在高温或严寒季节，随着温度的变化，该类企业的用电需求也随着空调的使用有显着上升。从全年来看，该类企业年用电曲线呈现夏、冬季负荷高，春、秋季负荷小的特点。其中，夏季出现全年*高负荷的概率*大。
通用及专用设备制造行业用户设备分类表
由通用及专用设备制造业用户的主要用电设备可看出，该类用户的绝大部分用电设备都是可以中断用电的，可限负荷比例为80～90%。
二、 行业用户参与错峰限电能力分析
1. 为**人民群众生活及电网的安全运行，在电网出现缺口时，可以对通用及专用设备制造业用户进行错峰限电。
2. 由通用及专用设备制造业用户可中断生产的负荷特性及通用及专用设备制造业用户数量众多的特点决定，通用及专用设备制造业用户是除钢铁、水泥、高能耗企业以外错避峰的行业。
3. 通用及专用设备制造业用户只要提前通知（15~30分钟），措施得当，完全可以充当错峰限电的主力。
4. 通用及专用设备制造业用户参与错峰限电有利方面：
1) 限电只减少产量，而不会造成人员和设备的损伤与损坏。
2) 限电比例可很大，春、秋、冬季*大可按实时用电负荷的80%~90%进行限电。
3) 错峰负荷可 “快上快下”。
5. 通用及专用设备制造业用户参与错峰限电不利方面：
1) 由于每户负荷不大，限电效果不明显，要想限下一定数量的负荷需动用相当多的用户参加。
2) 因每户负荷不大，调日作息时间与调休息日错峰效果不明显，但影响人数众多，组织交通、女工上下班安全问题多。
3) 该行业人均用电负荷低，每限1万千瓦负荷会造成3000~5000工人没活干，若限电时间长、周期频繁易出事。
4) 气温高于32℃时限电，在厂房内需留有部分通风与降温负荷。
6. 行业用户错峰的方法
对于通用及专用设备制造业来讲，大部分用电设备都可以参与错峰限电，错峰的主要办法有：
1) 将空调温度设定在26℃～28℃；
2) 减少部分照明、办公空调的负荷等；
3) 调整上下班时间，避免高峰时段限电后没电用的状况；
4) 将用电大设备安排在负荷高峰时段进行检修；
5) 安排放假或轮休（生产一周、停产一周；也可执行开三停四）；
6) 关停部分用电设备。
三、 行业用户参与错峰限电技术方案
（一） 缺口等级IV级参与方案
1. 阶段性错峰：
在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：电开水炉、厂区道路照明、食堂、宿舍、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、喷漆机、空锤机、空压机、切割机、剪板机、烘干机、电镀机、行吊、电焊机、拉丝机、镀锌机、鼓风机等。
（二） 缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
1) 在错峰时段内首先投入错峰可限负荷高，响应时间快的可限负荷设备；同时逐步投入响应时间慢的可限负荷，保证所有可限负荷全部参与错峰；
2) 在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：热处理、溶化炉、高频炉、喷漆机、烘干机、电镀机、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、电开水炉、厂区道路照明、食堂、宿舍、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、鼓风机、锅炉、水泵、行吊、电焊机、拉丝机、镀锌机等。
（三） 缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
1) 除留用基本保安负荷外，全时段投入所有可参与错峰负荷；
2) 对于响应时间慢的设备需提前做好参与错峰准备，保证所有可限负荷全额全时段参与错峰。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：热处理、溶化炉、高频炉、喷漆机、烘干机、电镀机、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、厂区道路照明、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、鼓风机、锅炉、水泵、行吊、食堂、宿舍、电开水炉、电焊机、拉丝机、镀锌机、数控机床、生产流水线、组装线等。
（四） 缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
缺口等级I级时通用及专用设备制造业应通过每周“开三停四”的方法、“生产一周停产一周”的方法、以及“将生产班次全部调到夜间生产”的方法实现错峰限电。
2. 紧急错峰：
在15~30分钟内停除保安外的一切用电设备与所有生产线。
四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 遇到突然停电，会使工作中的行车失去平衡，可能产生倾斜、脱落，机体本身可能损坏、报废地面的设施，作业人员也可能被砸伤，造成损害和人员伤亡。
2. 一些在高精密数控设备上进行的设备设施，突然停电会造成系统数据丢失，产品报废，设备严重损伤，恢复正常生产需要较长时间，产生重大经济损伤。
3. 溶化炉、高频炉、锅炉等设备如遇突然停电，会使炉膛报废，溶炼的金属溶液报废，且存在发生火灾的隐患。
因此，该行业用户参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，主动承担社会责任同时将损失降到*低。
五、智能电力监控的功能与应用
5.1项目概况
武汉重型机床集团有限公司(原武汉重型机床厂，简称武重)是生产重型、超重型机床规格*大、品种*全的大型骨干企业。重型机床产品全部实现数控化。大部分产品达到九十年代水平，超重型数控立式车床、超重型卧式车床、超重型数控龙门移动镗铣床达到当代水平。也是世界唯一能生产多品种超重型机床产品的厂家。
安科瑞电气股份有限公司承接武汉重型机床集团远程自动抄表系统项目的设计与实施。采用Acrel-3000型电力监控系统， 本监控系统的监控范围：威泰立车公司、数控镗床公司、数控铣床公司、武汉善福公司、武重铸锻公司、大件加工厂、中小件加工厂、办公大楼8个单位13个配电室的电力仪表。
按照武汉重型机床集团的实际需求和智能元器件的功能，完成系统的设计，主要功能为：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；电能报表查询与打印；系统负荷、谐波的实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能，实际细化功能卖方可以根据买方的使用习惯和需求做可行性修改。
整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于10KV监控室内，系统采用开放的通讯协议，通过现场总线连接到通讯服务器MOXA NPort5430 .13个配电室通过光纤组网与低压配电系统等相连，实现数据通讯功能。
5.2系统的结构
本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：
间隔层主要的设备为：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。
中间层主要为：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。
站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、音响等设备。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-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输。
5.3系统的主要功能
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Ep、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；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；报警记录显示等。
③故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。
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。
⑤电能成本管理
自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表，电流曲线图等。
⑥用户权限管理
可根据买方要求添加和删除软件的用户数量和设置用户的权限。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。
六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、*大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
[2] 通用及专用设备制造行业错峰限电技术指导.