简析三相电能预付费控制系统的设计与产品选型

摘要：介绍了一种电能预付费系统，主要用于三相动力用户。采用预付费控制器终端和电能表分离的方式，从原有电表读取相关数据用于比较，在尽量少改动原有接线的情况下安装预付费控制系统。采用安全性和稳定性高的RFID卡，数据存储空间大，实现不开箱操作．控制器终端数据存储采用数据冗余技术，有效降低数据丢失和出错可能性。后台管理系统嵌入有电能质量管理程序，分析从电表读出的相关参数数据，提高供电质量；增设用户信用度管理，实现信用管理。后台管理系统和控制器终端相结合，实现丢卡不丢电，充分保障用户权益。系统可升级，可以增设用户账号，做到一卡多户或者一表多卡。引进开箱记录的防窃电思想，可以实现开箱管理，防止窃电。关键词：远程预付费系统；预付费云平台；电能质量管理；在线支付；通讯管理引言在电能用户群中，很多小型企业为三相动力用户，他们用电量比较大，电费额高。由于某些用户信用度较差、经营风险较大、经济效益差，及时足额回收其电费是供电企业经营中的重点与难点。目前很多供电企业都面临着某些大用户电费回收难的问题，造成这一问题的根本原因在于“先用电后付费”的营销模式。为了解决这个问题，目前常用且有效的方法是采用预付费控制系统。预付费控制系统包括后台管理系统和预付费控制终端两大部分，前者包括计算机、Ic卡读写器、打印机等设备，后者由读卡模块、数据存储模块、开关信号输出等部分构成。现有的预付费电能表一般采用存贮媒介(IC卡)来传递信息，用户购电的同时，信息将自动通过存贮媒介传回售电部门，售电部门可以对传回的用电信息及时进行分析和统计。目前，预付费控制系统种类繁多，采用的方式也很多【1-5】。大部分的预付费控制系统是与电能表相结合，采用预付费电能表的方式，这种方式适用于普通居民等电流量较小的用户。由于电表系统和预付费系统及其控制部分一体化的预付费电能表的通断能力有限，电表需要国家相关计量部门验证通过才能使用，再考虑到当前在很多场合已经有电表投入到使用中，完全重新安装新系统成本较高。所以笔者研究一种分体式的预付费控制系统，电能量从原有电表中读出。该系统除应用于普通居民用电还可用于一些三相动力和临时施工场所，有一定的应用前景。一、设计思想与总体结构整个系统由后台售电管理系统、RFID射频卡和控制器终端组成。用户拿电卡(射频IC卡)到供电部门缴费充电，供电部门利用读卡器对电卡写数据充值，同时后台管理系统记录相关的信息。用户拿充值后的电卡到安装在配电柜里的控制器终端刷卡充电。控制器终端记录相关信息，并一直从电表读取数据对比电量，到相应的电量发出警报或断开电路。控制器终端和电表是分离的，控制器终端起到读取并保存电量，读取电表数据并比对的功能，还有实现接触器的通断控制。可以在原有系统上稍作改动而实现预付费功能。配电柜里的一次接线如图1所示。这样的系统可用于三相三线系统和三相四线系统中。进线经过刀闸和电能表后再通过交流接触器接到用户设备。控制器终端的用电则取白线电压或者某一相电压，它的485接口从电能表的485输出口读取电能。控制器带有射频卡读卡器，用户持保存有电量数据的射频卡到控制器的读卡器附近可以将电量数据输入到控制器内，与此同时，射频卡上的电量数据将被清零。控制器内部经过计算和比对后，控制继电器信号输出，继而控制交流接触器来控制主线路的通断。交流接触器的工作电压取自线电压，经过自身的辅助触点和继电器的配合，接成一个脱扣和吸合互斥的电路。5．系统硬件配置
应用场合型号图片功能
预付费水电云平台AcrelCloud-3200主要完成电能表/水表参数设置，商户售电/售水管理及能耗管理工作，操作简便，实现物业公司远程实时操作实时监控，具有良好的人机界面，能够有效的统计和管理数据。安装方便，是用电管理部门、商业广场和物业小区，提高用电用水管理水平，解决收费难问题的理想产品。
通讯管理机Anet-1E2S1-4G1、电力抄表，数据转发，断点续传，边缘计算，命令透传2、通讯方式:下行2路RS485通讯上行网口/4G
Anet-2E4SM1.电力抄表，数据转发，断点续传，边缘计算，命令透传Anet-2E4SM2.通讯方式:下行4路RS485通讯，上行2路以太网通讯
Anet-2E8S11.电力抄表，数据转发，断点续传，边缘计算，命令透传Anet-2E4SM2.通讯方式:下行4路RS485通讯，上行2路以太网通讯
AWT100-4G1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口
AF-GSM500-4G1.内置嵌入式系统，数据采集支持2或6路RS485总线接入2.支持LORA无线通讯3.数据上传支持MODBUSTCP/MQTT/HJ212等多种协议4.可选择RJ45或4G上传方式5.具备协议转换、断点续传、断电报警等功能6.内嵌8GSD卡，用于数据存储和事件记录
物联网电表DDSY1352-NK单相预付费电表1.支持全电力参数测量(U、I、P、Q、S、PF、F)DDSY1352-NK2.支持双向有功、无功、复费率电能计量单相预付费电表3.支持*大需量及发生时间统计;4支持两路开关量输出5.内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸6.ModbusRTU规约/DL/T645-07规约可自适应7.充值方式:支持刷卡充值和远程充值;8.支持预付费功能;9.支持时控功能;10.支持恶性负载识别功能11.支持强控功能:12.通讯方式:RS485/4G/NB
DDSY1352-NK三相预付费电表
DDSY1352-nDM1.预付费管理控制2.支持支路时间管理控制3.支持支路负载管理控制4.远程充值5.支持支路强控6.夜间小功率控制7.支持空调模式8.支持白名单设置9.支持全电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F）；10.支持总电能计量，支路电能计量11.跳闸记录查询12.通讯方式：RS485/4G
ADF300L多用户计量箱1.支持全电力参数测量(U、I、P、Q、S、PF、F)2.支持双向有功、无功、复费率电能计量物联网电表3.支持*大需量及发生时间统计;4支持两路开关量输出5内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸6.ModbusRTU规约/DL/T645-07规约可自适应7.充值方式:支持刷卡充值和远程充值;8支持预付费功能9.支持时控功能;10.支持恶性负载识别功能11.支持强控功能;12.通讯方式:RS485/4G
ADF400L多用户计量箱1.支持全电力参数测量(U、I、P、Q、S、PF、F)2.支持双向有功、无功、复费率电能计量物联网电表3.支持*大需量及发生时间统计;4支持两路开关量输出5内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸6.ModbusRTU规约/DL/T645-07规约可自适应7.充值方式:支持刷卡充值和远程充值;8支持预付费功能9.支持时控功能;10.支持恶性负载识别功能11.支持强控功能;12.通讯方式:RS485/4G
物联网水表LXSY-O-M/NB1.预付费功能2.阀门自动维护功能3.防水设计4.防强磁干扰功能5.低功耗设计6.通讯方式:MBUS/NB
六、结论小型工厂和临时施工用电客户等三相动力客户是比较大的用电群体，电费额高，管理复杂。采用预付费管理实现“先付费后用电”可以有效解决电费回收难的问题。数据分析和管理可以把营销和管理思想有效地融人到电力销售中，并且有利于提高供电质量。非接触式射频Ic卡具有稳定性高，安全性好，操作方便等优点，可以实现不开箱操作，提升整个系统的可靠性和防窃电性能。数据冗余技术增强了数据存储的安全性，有效降低数据出错和丢失的可能性。预付费控制器和电表分离的方式，大大降低了预付费系统的安装成本，可以继续使用原来的电表系统，尽量少地改动原有接线。同时也提高了线路的通断能力，提高控制和供电可靠性。该系统成本低、安装方便，能较好地适用于三相小动力用户。参考文献：高舒，庞剑玲，预付费电能表的使用状况和前景．河北电力技术，2006，25(1)：28—29．杨莉．浅析预付费电能表的应用．云南电力技术，2006，34(6)：69—7O．易霞，藤召胜，张向程，等．Mifare1射频卡在预付费电能表中的应用．自动化仪表，2007，28(6)：10-13．李林，赵锦春．预付费电能表在使用中的问题及改进．应用研究与管理，2005，12(12)：432—433．王秋光，马怀俭．红外式电费预付费系统．哈尔滨理工大学学报，2002，7(5)：66—69．颜春兰，周敬泉，袁鹏．基于VB的预付费售电管理系统．电气时代，2002，11(4)：100—101．王安红，薛永刚．电能计量管理信息系统的设计与开发．郑州大学学报：工学版，2003，24(1)：105—1O8．NXP Semiconductors Corporation．Contactless Reader IC MFRC522 Data Sheet．NXP Corporation.2007．ATMEL Corporation.AT224CI28/AT24C2562-wire Serial EEPROMS．ATMEL Corpora- tion.2007.电力工业部．DL/T645-1997．多功能电能表通信规约．北京：电力工业出版社，1997．NXP Semiconductors．Highly Intergrated MF1 IC S50 Data Sheet．NXP Corpora-tions.2007.章健，孙嘉，郑文棋，许珉.三相电能预付费控制系统研究安科瑞电气企业微电网设计与应用手册2020.06版安科瑞唐晓娟13774431042