上海电能管理系统

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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[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

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[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,

[9] 杜晓伟,毛省利.电能表相对误差测量不确定度评定[J].计量与测试技,2010,37(6):51-52.

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电能管理系统在1788中心的应用 安科瑞鲍静君

摘要：介绍电能管理系统在1788中心的应用。

关键词： 商业中心大楼；分项计量；集中监控；电能管理系统

一、项目概述

      1788中心由安世7802和安世7829两路35kV市电供电，进户后主楼地下一层的两台35kV/10kV变压器降压。安世7802号线通过35kV/10kV/0.4kV变压后，供给大楼T1、T3、T5、T7、T9变压器下的配电回路，安世7829号进线则供给T2、T4、T6、T8、T10变压器下的配电回路，地下一层安置2台应急柴油发电机。

二、系统设计方案

      1788中心设计有1个35kV配电室，1个10kV配电室，4个0.4kV配电室和1个应急柴油发电机房，均位于地下一层，共计配电回路约360个，每个回路安装有智能电力仪表，对配电室部分所有配电回路的工作状态进行监控，每台变压器均配有温度控制仪采集其温度。此外，在各楼层的强电间、空调机房、排风机房、潜水泵房、电梯机房及热交换机房等处配电箱上安置电力仪表，对大楼的照明、空调、风机、电梯等设备和办公室租户用电，共计约700个回路进行监控。根据设计院的设计方案，楼层配电箱部分，除租户、空调和风机使用电度表进行本地分项计量外，照明、动力、电梯等用电设备的用电量均在低压配电室中进行集中计量，其配电箱配电回路仅使用电流表进行运行状态监测[1]。

      设计要求配电自动化电能管理系统将配电室和楼层*回路的运行状态集中显示在值班人员面前，要求完成对配电室35kV、10kV回路和0.4kV回路进线全常规电参量和温度的遥测；对配电室0.4kV馈线回路三相电流、有功电度和分合闸状态的远程检测；对楼层租户配电箱、空调配电箱和风机配电箱回路三相电流和有功电度的遥测，以及对楼层照明、动力、电梯等配电箱回路三相电流的遥测。配电室部分遥测实时性要求高，楼层部分实时性要求相对较低。此外，所有用电量数据需与IBMS系统共享。

      本项目中，考虑现场仪表数量较多，在35kV值班室内安放两台系统主机，分别对配电室配电系统和楼层配电系统进行监测。系统拓扑结构为3层，即现场设备层、通讯管理层和站控管理层[2]，借鉴ISO-OSI网络模型中物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的定义。

图1 系统拓扑结构示意图

      现场设备层设备包括阿海法综保、丹东华通的多功能仪表和江西华达电子的干式变压器温控仪等。这些设备分别根据设计院要求安装在相应的配电回路上。

      参考OSI网络结构模型，现场设备层所有设备在物理层约定为RS-485接口。

      因所有配电室和发电机房均在主楼B1F，距离35kV值班室距离不超过100米，故配电室部分所有仪表采用RS-485总线与35kV值班室内的一台通讯管理机连接，总线长度均在200米以内，挂接仪表不超过25台，**了通讯的实时性和可靠性。

      因楼层部分仪表数量多而且配电箱分布松散，考虑项目成本，采用4台RS485集线器，分别安装在主楼16F、4F、B1F的强电间和裙房B1F的强电间内，将一定范围内的仪表通讯总线集中后，再各自以一根RS-485总线连接到35kV值班室内的通讯管理机串口上。此方案通过牺牲部分通讯的实时性（RS-485集线器的驱动能力有限，导致通讯延迟变大），使得项目施工中所需要的线缆数量大幅度减少（实际施工使用的线缆数量约为不使用RS-485集线器的1/5）。

      通讯管理层的主要设备是两台通讯管理机、32台协议转换隔离器和1台工业以太网交换机。两台通讯管理机下端串口通过RS-485-232协议转换隔离器与各条仪表通讯RS-485总线相连，上端通过交换机，以太网TCP/IP协议与两台监控主机相连。

      站控管理层由两台DELL主机、显示器、打印机、UPS电源等设备组成，通过Acrel-3000电能管理系统软件实现对数据采集、处理和交互的控制，完成网络模型中应用层的功能。

      监控主机与现场仪表之间的数据交互以报文形式实现，数据链路层主要协议为Modbus-RTU。因本系统需要向IBMS系统同步所有回路的有功电度值，约定以Modbus-TCP协议向智能楼宇管理系统转发数据。

三、系统功能

     （1）35kV、10kV变压器参数显示：如图2所示，电能管理系统采集1788中心配电系统35kV侧和10kV侧的三相相电压、三相线电压、三相电流、总有功功率、总无功功率、总功率因数和有功电度累积值，将其35kV侧和10kV侧的数据列在一起，方便值班人员进行比对和检查。通过干式变压器温度控制采集的变压器三相温度也同时以数值和曲线的形式反映在本界面上。

图2 35kV/10kV配电系统参数显示界面

    （2）35kV/10kV配电系统一次示意图：除了显示配电系统的常规参数外，配电室主机的电能管理系统还以配电系统一次图的形式绘制了软件界面，通过标注回路用途，使配电系统的走向更为清晰化，35KV配电系统一次示意图如图3所示。此外，电压、电流等常规电参量也可以在一次示意图界面上查看。

图３ 35kV配电系统一次示意图

　　（3）0.4kV配电系统一次示意图（如图4所示）：0.4kV配电室配电回路运行状态使用一次图形式显示，将采集的电参量、变压器温度和断路器分、合闸状态等参数显示在界面上，根据配电室和变压器划分整个0.4kV配电系统并分别进行界面显示，为每一个回路标注其柜体号、回路编号、回路用途和低压系统总编号，进一步明确配电系统的走向。

图4 0.4kV配电系统一次示意图

      （4）楼层配电箱数据采集及显示（如图5所示）：楼层电能管理主机采集1788中心B3F~30F各处配电箱上仪表的数据，以楼层划分，按照配电箱所处位置和编号对数据进行排序，分类显示租户、空调和风机回路的三相电流和有功电度，显示照明、应急照明、动力、电梯、水泵和一些其他回路的三相电流。

图5 楼层配电箱数据显示界面

      （5）报表功能：配电室电能管理系统为用户定制了两种功能的报表，一种如图6所示，针对某一个主要回路，可以由用户自行选择时间生成该回路在该时刻常规电参量的历史值。另一种报表由用户经过简单的操作后，系统便会自动生成配电室所有回路以及楼层部分空调回路、租户电表用电量的日报、月报及年报。

图6 自定义全电参量报表

（6）事故报警和追忆：对于电气值班人员来说，跳闸报警的实时性和准确性是非常重要的指标，电能管理系统为用户定制的报警功能主要针对配电室低压回路断路器的分合闸变位，通过图7所示的报警窗口和外置音箱发出报警音提示值班人员低压馈出回路断路器发生了变位，根据报警窗口显示的内容，可以立即定位报警回路并进行响应，**大楼配电系统稳定运行。

图7 报警功能界面

（7）通讯状态显示（如图8所示）：显示所有仪表的通信状态，根据仪表所处总线、配电室或楼层位置划分，标注其通信地址和通信状态。

图8 楼层电能管理系统设备通信状态图

（8）数据转发：本系统主要负责数据的前端采集处理，并向更上一级的楼宇自动化系统转发数据，其他楼宇自动化系统不再采集计量仪表数据。转发数据主要包括35kV/10kV/0.4kV配电室所有回路电能数据；楼层租户、空调和风机回路的电能数据。

四、问题及解决措施

　　1、本工程总承包方发包资料中提到电能管理系统采集点位约900点，而实际采集点位逾1000点，数量多且分布广。强电施工单位施工时使用的临时配电箱和错误的配电箱编号，对本系统的通讯施工造成了不小麻烦。项目施工时核对配电箱资料的完整性和准确性，并及时指出强电施工单位工作中的错误要求其整改。

　　2、4台RS485集线器安装在楼层强电间内，其220VAC电源取自就近的配电箱中，初步方案并未对220VAC电源做规范，即直接从*近的配电箱中取。项目后期调试时发现因1788中心尚未完工，楼层部分经常因为施工而断电，有时会断开集线器的电源，导致系统数据链路断开，故对现场通讯设备辅助电源进行整改，从现场拥有EPS电源供电的应急照明箱中备用的空开下端取220VAC电源，并贴上标签告知维护人员不可随意关断，**数据链路稳定。

　　3、系统向IBMS系统进行数据转发所用的以太网线先后因35kV值班室闹鼠患而被损坏3次，后联络1788中心的业主，由灭鼠公司出面解决此问题。

　　4、1788中心配电室、配电箱上的仪表多由丹东华通提供，在本系统投入运行后，发现了不少仪表配置的问题，如主楼9楼应急照明箱9PME1、2楼应急照明箱2PME1等处，仪表电流互感器变比为100/5和300/5，而电能管理后台显示其三相电流约为0.006A、0.016A、0.008A。与业主管理人员到现场查看后发现其小数点位设置为3位，即*高显示值仅为9.999A，设置明显有误。项目进行现场验收时也发现多处仪表具有类似问题。由甲方通知丹东华通进行整改。

五、结束语

1788中心电能管理系统于2012年4月正式投入运行，通过配电室主机与楼层主机的协同工作，使值班人员在一般情况下不用再前往配电现场查看，实现了配电室无人值守、配电系统自动化。

文章来源于：《自动化应用》2012年7期。

参考文献

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