近些年供电公司为解决欠费问题相继安装使用了预付费电能表及其售电管理系统，仅北京地区就运行IC卡预付费电能表56000余块。预付费电能表的推广使用大大缓解了供电部门的收费压力，但是目前各地主要采用以IC卡为数据传递媒介的IC卡预付费电能表，它在使用中存在如下问题：

⑴ 抗攻击能力差。IC卡的丢失、损坏，特别是其开放的IC卡读写端口易受外界攻击。被攻击造成表内控制系统失效后难以取证认定，极易发生用电纠纷。

⑵ 管理困难。由于IC卡购电的突发性和随时性，增加了供电部门的售电压力。同时为了保证数据的安全性，目前普遍采用智能CPU卡，它的COS系统和动态密钥认证保证了数据安全性的同时，也增加了用电管理部门的管理工作量。而且多环节论证增加非预期故障的发生。

⑶ 难以适应电价政策性调整的需要。电价在购电时就已确定并且写在预付费电能表中，由于IC卡预付费电能表存贮的电价不能做到实时调整，每次调价都给供电部门增加了很多工作量，电力用户为此也经常提出异议。

⑷ 以IC卡为数据传递媒介的预付费系统，限制了电话银行、网上银行等等购电方式的功能扩展。必须要求电力用户持卡到售电营业点购电，增加了电力用户的负担，降低电力营销的服务质量，同时也增加了供电部门的工作量。

⑸ 数据采集不及时，无法实现反映用户用电状况，不能对窃电行为进行有效监控，不能满足用电管理自动化、现代化的需求。

因此，为解决IC卡预付费电能表在实际应用中存在的问题和弊端，我们研究开发了一种全新的预付费电能表――远程预付费电能表。这种远程预付费电能表以GPRS/CDMA IX移动通信网作为信息传递媒介，通过用电管理系统实现远程预付费及其它用电管理功能。


2  原理组成及技术特点

远程预付费电能表由预付费多功能基表和通讯模块两部分组成，不设本地IC卡接口。通讯模块装有一个移动电话卡，具有静态的IP地址，负责与用电管理系统主站通讯。该表具有以下技术特点：

⑴ 预付费多功能基表的计量数据、预付费数据分开存贮，存储信息相互独立，避免了以往IC卡预付费电能表由于计量数据与预付费数据相互干扰产生的死机、黑屏、乱码、无故报警、无故跳闸等故障。

⑵ 通讯模块由单独CPU控制，不设FLASH，避免了数据重复存贮，有效降低了制造成本，同时简化了系统工作流程。各种曲线及时间记录存储在基表内，通讯模块根据主站的数据请求读取基表数据，进行规约转换，打包上送给主站。同时，通讯模块也可以根据要求，主动向主站上送基表数据。通讯模块可进行热插拔更换，兼容GPRS/CDMA IX两种制式，便于维护。

⑶ 预付费多功能基表的功能包括计量采样、数据存储、告警事件判断、预付费、负荷控制等，通讯规约满足国标《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》；通讯模块功能包括远程通讯、规约转换、数据转发、远程升级、远程校时等，通讯规约满足国网负控规约《Q/GDW 130-2005电力负荷管理系统数据传输规约》。

⑷ 用户购电金额通过主站远程下发，基表计算储存剩余金额。在运行过程中，基表根据计量的有功电量、费率时段单价、CT/PT变比等信息，实时递减剩余金额。当剩余金额低于告警阀值时，基表产生声光告警，同时从告警端子输出告警，提醒用户及时购电。告警事件同时由通讯模块上送到主站，主站再通过短信（或其他手段）通知用户。当用户剩余金额小于0时，基表输出跳闸信号，通过跳闸开关动作断电。基表同时产生跳闸事件，通过通讯模块通知主站。

⑸ 从安全性考虑，除与预付费有关的表计参数外，其它参数不能够远程设置。购电数据智能通过主站远程下发，不能通过本地红外或RS485口进行购电。如果用户购电时GPRS/CDMA IX网络不通，主站可延时下发购电信息。在网络恢复正常后主站立即将购电信息下发到现场表计。当网络不通时，表计自动进入保电状态，此时即使剩余电量小于0，跳闸端子也不输出跳闸信号。当网络不通时，表计自动进入保电状态。这样就避免了因网络不通而不能及时下发购电信息造成的跳闸事件。表计在正常运行状态下，主站也可以通过网络设置使表计进入和退出保电状态。保电状态不影响剩余金额的扣减、告警事件的上送、负荷过载的判断，只是对跳闸端子进行保护，使其不产生输出。供电部门工作人员在授权的情况下，也可以在主站通过GPRS/CDMA IX网络，远程直接控制跳闸。

⑹ 剩余金额增加，剩余金额不足、跳闸输出、表计参数更改等事件发生时，基表产生告警事件，经通讯模块主动上送给主站，以实现在线监测。如果告警事件产生时网络不通，则待网络恢复正常后，告警事件信息重新发送。

⑺ 为防止用户负荷超出规定的容量限制，远程预付费电能表具有基本的负荷控制功能。有功功率连续超限5分钟，基表液晶屏上告警显示，同时基表产生过负荷告警事件上送至主站，主站通过短信告知用户。有功功率连续超限15分钟（参数可设）基表产生跳闸信号输出进行跳闸。如果在上述间隔时间内有功功率下降低于上限，则不进行跳闸，重新进行判断。

⑻ 远程预付费电能表的通讯模块带有RS485接口。可双向中继转发主站发送给外部电能表的数据，从而实现主站对不具有通讯模块的其他多功能表的控制、数据采集等。


3  用电管理应用

远程预付费电能表与用电管理系统配合可实现远程抄表、远程预付费、防窃电、负荷管理等功能。

⑴ 远程抄表
主站可以进行随机抄表，根据抄回的数据判断现场电能表是否出现故障、用户用电是否有异常。主站也可以按抄表例日抄表，并将抄回的数据传到电力营销管理信息系统进行电费计算发行。同时，主站也可以通过远程设置使电能表定时上报现场数据信息。

⑵ 远程预付费
用户可以到供电营业厅购电，也可以通过互联网、电话银行划转自动购电。购电金额由主站通过GPRS/CDMA IX移动通信网下发到用户电能表，从而实现远程预付费功能。当用户表内剩余金额为0时，表通过输出跳闸信号使内部继电器或外部负荷控制开关动作断电，避免了欠费行为。远程预付费方式安全可靠，避免了IC卡预付费电能表由于通过IC卡传递信息出现的不读卡、信息出错等故障，具有先进性。同时，当遇到电价调整时，可通过主站及时批量修改现场电能表内电价参数，从而保证现场电能表内电价参数与调价同步。

⑶ 防窃电
当现场电能表参数发生变化或出现失压、失流、错误接线等故障时电能表可自动上报到主站，用电检查人员可以根据电能表上报的信息判断用户是否有窃电嫌疑，并可以及时到现场进行检查。这种功能可以有效地抑制窃电行为，做到防患于未然。

⑷ 负荷管理
主站可以采集现场电能表的电压、电流、功率、电量等数据，进行负荷分析管理。可根据电流数据，绘制负荷曲线，监测用电负荷变化情况。可根据电压数据，计算电压合格率。通过在表内设定有功功率限值，控制用户超负荷用电。

4  经济效益分析


⑴ 由于采用远程抄表，可以节省大量抄表员的人力费用。同时，可以避免人工抄表差错、及时发现电表故障，从而提高了服务水平，提高了用户满意率。

⑵ 由于实行预付费，大大减少了欠费行为，提高了电费回收率。

⑶ 由于可对现场电能表运行状况进行在线监测，可以有效防止窃电行为，减少电量的不明损失。

⑷ 由于自动进行负荷控制，杜绝了过负荷烧表的发生，同时避免了100kW以上用户因少报用电容量而不执行分时电价现象。


5  结束语

随着社会的发展和科技的进步，传统的IC卡预付费电能表已不能满足现代用电管理的需要。IC卡预付费电能表存在易受攻击、不能实时调价、不读卡或信息出错、死机、黑屏、乱码、无故报警、无故跳闸等诸多弊端，也不能满足互联网方式购电、电话方式购电等方便用户的需要。远程预付费电能表的适时推出，将使电力部门用电管理上一个新台阶，它的应用产生的经济效益可期。目前，这种远程预付费电能表正在大连地区对低压动力户安装试点，推广应用后有望替代IC卡预付费电能表，从而彻底解决IC卡预付费电能表存在的诸多弊端。