王甜婧+王文光

摘要： 通過對實施階梯電價技術方案的探討，指出了更新智能電表為最適合供電企業(yè)的方案。從本地費控預付費功能、多費率及階梯電價計算選擇功能、遠程數(shù)傳通信功能、負荷監(jiān)控和控制功能四個方面， 討論了電能表技術方案的重點配置和優(yōu)化，為電力部門在電能表的性能選擇中提供了一個較佳的選型方案。

Abstract： Through the discussion of implementing ladder electricity price， updating smart meters is proposed as the most suitable scheme for power supply enterprises. From four perspectives of the local fees charged subscription function， choice of rates and ladder electricity price calculation function， remote digital communication function， load monitoring and control functions， the key configurations and optimizations of the technical scheme of watt-hour meter are discussed， and a better scheme of watt-hour meter selection for the power sector is provided.

關鍵詞： 智能；電能表；階梯電價；技術方案

Key words： smart；electric energy meter；ladder electricity price；technical proposal

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）22-0016-03

0 引言

目前階梯電價政策已經(jīng)出爐，我國居民用電即將實施階梯電價政策，根據(jù)陜西省物價局近期通告，一戶一表居民用電將實行階梯電價，階梯電價初步方案為：一檔電量為120或150千瓦時以內的用電量（含120或150千瓦時），不加價；二檔電量為120-210（150-240）千瓦時的用電量（含210或240千瓦時），每千瓦時加價0.05元；三檔電量為210或240千瓦時以上的用電量，每千瓦時加價0.3元。然而目前現(xiàn)有運行的普通電能表及一部分預付費電能表均無法實現(xiàn)階梯電價，本文就什么性能什么要求的電能表才符合供電企業(yè)實施階梯電價的要求予以技術方案探討。

1 技術方案的對比分析

1.1 升級電力營銷系統(tǒng)軟件來實施階梯電價 將目前的電力營銷系統(tǒng)軟件改進升級為能夠按照階梯電價方案進行自動計算電費的軟件，即抄表員將抄回的電能表中的耗電數(shù)據(jù)輸入計算機以后，由電力營銷系統(tǒng)軟件根據(jù)用戶實際用電量大小進行階梯電價計算出用戶應激的電費。該實施方案的優(yōu)點是簡單、投資少、見效快，缺點是對于已經(jīng)裝有預付費電能表的用戶無法實施階梯電價，同時這樣滯后性計算出的階梯電價電費會使用戶不易接受、甚至可能會導致電費糾紛。

1.2 遠程數(shù)傳通訊售電來實施階梯電價 目前遠程數(shù)傳的通訊方式不外乎有以下幾種：低壓電力線載波、無線數(shù)字電臺、GSM/GPRS無線網(wǎng)絡、485接口等通訊口組網(wǎng)。在這幾種方式中，各自有各自的不同程度的優(yōu)點及缺點，不論采用何種通訊方式組網(wǎng)，都具有無限傳輸?shù)奶匦?。?yōu)點是遠程實時計算階梯電價電費快捷高效、有利于監(jiān)測及統(tǒng)計，缺點組網(wǎng)復雜、投資大、同時現(xiàn)行電能表需要更換為多功能電能表，經(jīng)濟性差，實施運行中易受通訊信道影響。

1.3 將大量普通電能表更換智能型電能表來實施階梯電價 目前現(xiàn)有運行的普通電能表及一部分預付費電能表均無法實現(xiàn)階梯電價，將這些電能表全部更換為具有本地費控制功能的智能型預付費電能表，由其表內自建的程序軟件功能完成用戶實時用電的階梯電價自動選擇與實施電費計算，如基于嵌入式系統(tǒng)，運用單片機控制計算電價，在表內實時扣除用戶的實際用電電費。該方案的優(yōu)點是本地化實時計算階梯電價電費并予以實時扣除，不會導致滯后性計算所發(fā)生的電費交納困難或糾紛，缺點是需要大量更換電能表，投資大。

從上面的分析可以看出：方案3是比較適合供電企業(yè)采用的，下面我們就將什么性能什么要求的電能表才符合供電企業(yè)實施階梯電價最理想的要求予以技術方案探討。

2 多功能或智能型預付費電能表技術方案的重點配置與優(yōu)化

2.1 本地費控預付費功能的重點配置與優(yōu)化 通過本地費控（IC卡或射頻卡）實現(xiàn)離散式本地費控預付費及遠程數(shù)傳功能的電能表原理如圖1所示。該類多功能或智能電能表應集電能計量、分時多費率控制、階梯多費率控制、預付費控制、負荷監(jiān)測、報警、顯示、凍結、RS485通訊、紅外通訊、載波通訊、IC卡數(shù)據(jù)讀寫等功能集于一身，實現(xiàn)客戶用電量和用電信息采集存儲。

在本地實現(xiàn)費控功能的電能表就是本地費控電能表。它不僅能夠支持各種固態(tài)介質進行充值及參數(shù)設置，比如CPU卡、射頻卡等，還可以支持虛擬介質實現(xiàn)遠程充值、參數(shù)設置和控制功能。

在電能表內部進行電費實時結算是本地費控電能表的主要功能，其設置如下：

①如果設定的報警金額大于剩余金額，電能表會以各種方式提醒用戶，比如聲、光等；實時記錄透支金額，一旦透支金額小于設定的透支門限金額時，電能表就可以發(fā)出斷電信號，并控制負荷開關斷電；同時如果電能表接收到相關的已續(xù)費通知后，就會首先把透支的金額扣除掉，只有在設定值低于剩余金額時，電能表才能被允許處于合閘狀態(tài)，并能夠通過遠程或本地方式對電能表進行指令合閘操作。②電能表有一個被允許的最大儲值金額，剩余金額不能超過它。③電能表的剩余金額可以和預存電費金額進行準確的疊加，還可以把相關的信息記錄在各種固態(tài)介質上，比如CPU卡、射頻卡等。④任何非指定介質的信息電能表都是拒絕的，一旦有人進行不正常操作，電能表自身具有一定的防護功能，自行停止工作，直到操作恢復正常以后，電能表就可以正常運行并且不會丟失數(shù)據(jù)。⑤相應的讀寫操作會在購電卡插入電能表3秒后完成。⑥必須經(jīng)過嚴格的密碼驗證及安全認證才能通過固態(tài)介質對電能表進行各項操作，比如參數(shù)設置、電價費率、預存電費、ESAM數(shù)據(jù)抄讀信息返寫、下發(fā)遠程控制命令等，此外，為了使電能表在一個允許編程的狀態(tài)下運行，除了用戶購電信息，在設置其他一些用電參數(shù)時必須通過編程鍵和編程密碼驗證。⑦在設置電能表內的各項用電參數(shù)時，除了通過固態(tài)介質實現(xiàn)，也可以在保證安全的前提下利用虛擬介質實現(xiàn)。⑧安全認證加密要求：為了保證數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，在通過固態(tài)介質設置電能表內的各項參數(shù)時，比如預存電費、電價費率、信息返寫、下發(fā)遠程控制命令等，必須經(jīng)過嚴格的密碼驗證或ESAM模塊等安全認證。同時ESAM模塊的加密算法必須依照國家的相關規(guī)定使用SM1算法。

并且，以上功能配置均應滿足《GDW 1364-2013單相智能電能表技術規(guī)范》[2]。

2.2 多費率及階梯電價計算選擇功能的配置與優(yōu)化

具有該功能的智能型電能表，應以MCU+計量芯片技術為基礎，采用當今世界最新集成電路技術，并滿足相關技術標準和國家電網(wǎng)行業(yè)標準《GDW 1364-2013單相智能電能表技術規(guī)范》、Q/GDW354-2009《智能電能表功能規(guī)范》、Q/GDW365-2009《智能電能表信息交換安全認證技術規(guī)范》等制造標準。同時性能方面應具備如下功能要求：

①應具有兩套以上的電價方案，可在約定的時刻或達到約定的用電量水平時自動轉換；②應支持通過授權的CPU IC卡或射頻卡修改階梯電價方案；③應支持遠程通訊數(shù)傳方式通過授權的存在指令修改階梯電價方案；④具有兩套以上的電價方案，可在約定的時刻或達到約定的用電量水平時自動轉換。

2.3 遠程數(shù)傳通訊功能的配置與優(yōu)化 遠程數(shù)傳通訊功能的配置應符合DL/T645-2007《多功能電能表通訊協(xié)議》[6]要求及《GDW 1364-2013單相智能電能表技術規(guī)范》要求， 其配置的通訊接口及其設置應滿足如下要求：

①紅外通訊接口、RS485接口、載波通訊接口、本地固態(tài)介質（CPU卡、射頻卡等）接口，紅外通訊、RS485、載波通訊接口的物理層相互間獨立，一個通訊接口損壞后不影響其它接口的正常運行。②通訊接口和電能表內部電路實行光電隔離，有失效保護電路。③電能表與載波通訊模塊之間的通訊遵循DL/T645-2007協(xié)議及其備案文件，采用外部即插即用型的載波模塊，載波通訊接口有失效保護電路，即在未接入、接入或更換通訊模塊時，不會對電能表自身的性能、運行參數(shù)以及正常計量造成影響，在載波通訊時，電能表的計量性能、存儲的計量數(shù)據(jù)和參數(shù)不受到影響。

通過低壓電力線載波通訊實現(xiàn)遠程數(shù)傳功的原理示意圖如圖2所示。

從這種數(shù)據(jù)通訊數(shù)傳方式可以看出：在一個小區(qū)內從電能表到集中控制器（通訊機）之間是低壓電力線載波通訊，從集中控制器（通訊機）到電力結算中心之間是用公用電話網(wǎng)或通信光纜進行連接。采用這種通訊連接方式安裝非常的簡單，由于沒有任何多余的連線，網(wǎng)絡連接接點大大的減少了，進而各網(wǎng)絡線路之間的連接的接點故障率也就不會很高了，有效的彌補了其他多連接點連接方式的弊端，同時如果把一個可控開關安裝在電能表內，電能表還可以對用戶的用電情況進行遠程在線檢測機控制等。

2.4 負荷監(jiān)測與控制功能的配置與優(yōu)化 安裝使用大量多功能或智能型電能表以后，可以利用其自身具有的通訊接口組建立遠程數(shù)據(jù)實時通訊數(shù)傳系統(tǒng)，從而可以構建出對用戶用電情況的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制，這樣便利了供電企業(yè)實施對用戶負荷的監(jiān)測及控制，便于對用戶用電情況進行在線數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計。其電能表的負荷監(jiān)測與控制功能的配置應符合如下優(yōu)化設置要求：

①電能表的數(shù)字面板上應有：電流、電壓、有功功率（負荷）指示、需量指示、跳閘指示、合閘指示、報警指示等數(shù)字及狀態(tài)指示信號設置。

②電能表有可輸出脈沖或電平開關信號，控制外部報警裝置或外部負荷開關，負荷開關可采用兩種方式，分別是內置和外置，當采用內置負荷開關時，電能表在開關操作時具有消弧措施，它的出口回路在操作異常時會發(fā)生信號，同時還能夠進行現(xiàn)場測試。當采用外置負荷開關時，電能表設計有一組開關信號，正常工作時，輸出的開關信號維持負荷開關合閘，允許用戶用電；當滿足控制條件時，輸出的開關信號驅動外置負荷開關動作，中斷供電。

③當電能表停電后，可通過按鍵喚醒電能表，電能表被喚醒以后如沒有按鍵操作，自動循環(huán)顯示一遍后返回掉電狀態(tài)，若有按鍵操作則按鍵操作30秒后返回掉電狀態(tài)。當外部交流電源斷電后，電能表由內部電池供電保持不間斷工作，同時電表為降低電池功耗，自動轉入休眠狀態(tài)，當外部交流電源恢復供電時，電表推出休眠狀態(tài)，休眠狀態(tài)下可喚醒。

3 結論

首先通過對實施階梯電價技術方案的探討，對比升級電力營銷系統(tǒng)軟件、遠程數(shù)傳通信售電、更換智能電表四種方案，指出了更新智能電表為最適合供電企業(yè)的方案。然后從本地費控預付費功能、多費率及階梯電價計算選擇功能、遠程數(shù)傳通信功能、負荷監(jiān)控和控制功能四個方面， 討論了電能表技術方案的重點配置和優(yōu)化，得出了現(xiàn)階段符合供電企業(yè)實施階梯電價所需要的較理想技術要求的多功能或智能型電能表的技術方案，從而可以為供電企業(yè)在實施階梯電價過程中，對電能表的性能選型提供一個較佳的選型方法，同時也可以給電能表生產(chǎn)廠家提供一個供電企業(yè)迫切需求的電能表技術方案目標，執(zhí)行標準依據(jù)新的國家電網(wǎng)《GDW 1364-2013單相智能電能表技術規(guī)范》。

該技術方案克服了以前普通電能表及普通預付費電能表所固有的缺點，有利于提高本地費控網(wǎng)絡化的付費率、簡化預付費階梯電價計算以及提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和科學性，不但能夠在表內實時實地計算用戶的階梯電價電費并予以實時抵扣，而且還能夠利用表內的電力線載波功能或485接口通訊功能對用戶進行在線檢測、遠方抄表與在線分析等工作，大大方便電力部門及時掌握用戶的用電情況，隨時可對用戶的用電負荷、用電量等情況進行監(jiān)測與管理，給電力部門的負荷管理、線損管理等工作會帶來許多便利。

參考文獻：

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[5]宗建華，閆華光，史樹冬，等.智能電能表，北京：中國電力出版社，2010.

[6]2007 D L T，多功能電能表通信協(xié)議[S].2007.