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在電力企業(yè)管理信息系統(tǒng)不斷應(yīng)用與普及的背景下，對(duì)多用戶預(yù)付費(fèi)智能管理的需求也在不斷增加，尤其是電力企業(yè)目前使用的是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。如何將信息發(fā)布與開關(guān)控制進(jìn)行有機(jī)的整合，實(shí)現(xiàn)多用戶購售電信息的共享，正成為亟需解決的問題。
現(xiàn)今常用的多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)主要為基于瀏覽器／服務(wù)器（browser／server，B／S）架構(gòu)的多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)與基于代碼式電能表的多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)。經(jīng)市場調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，取得過多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)中電能表子系統(tǒng)具有很大的局限性，只能對(duì)電表數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作，無法對(duì)用戶遠(yuǎn)程抄表、預(yù)付費(fèi)進(jìn)行系統(tǒng)的控制，不能實(shí)現(xiàn)完整的電力信息控制，存在經(jīng)濟(jì)效益低下的問題。為了解決上述問題，對(duì)單相智能多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
取得過多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)的缺陷多存在于電能表子系統(tǒng)中。因此，選擇電能表子系統(tǒng)作為優(yōu)化對(duì)象。為了增加系統(tǒng)的智能性，設(shè)計(jì)新的單相智能預(yù)付費(fèi)控電能表子系統(tǒng)，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)過程如下。
微控制器是電能表子系統(tǒng)的核心控制元件，功能為讀取計(jì)量芯片電能數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算脈沖計(jì)數(shù)、讀取時(shí)間、電能數(shù)據(jù)顯示與報(bào)警、通信以及遠(yuǎn)程傳輸?shù)取Ｎ⒖刂破餍阅艿母叩椭苯記Q定電能表功能的實(shí)現(xiàn)效果。為此，選取一款高性能的微控制器，對(duì)電能表子系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。
選取微控制器時(shí)需要考慮下述幾個(gè)方面：一是功耗低；二是具備串行通信接口；三是具有較大的存儲(chǔ)空間；四是具備多個(gè)輸入與輸出接口；五是計(jì)數(shù)器功能強(qiáng)大；六是性價(jià)比高。結(jié)合上述，選取日本公司生產(chǎn)的78KO系列8位微控制器。78KO系列微控制器具備性價(jià)比高、功耗低、精度高等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。此次研究中，選取78K0527A微控制器作為電能表子系統(tǒng)的控制核心。78K0527A微控制器包含4組8位通用寄存器、1KB的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（random access memory，RAM）、128 KB的只讀存儲(chǔ)器（read-only memory，ROM）、看門狗定時(shí)器、時(shí)鐘輸出控制器、單電源Flash存儲(chǔ)器、低電壓檢測器、定時(shí)器等元件，具備按鍵中斷功能。微控制器功能引腳與外圍電路如圖1所示。
在單相電能表中，廣泛使用的是高精度的專用計(jì)量芯片。依據(jù)多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)需求，采用ATT7053A計(jì)量芯片7。ATT7053A實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具備串行外設(shè)接口（serial peripheral interface， SPI）的單相多功能計(jì)量芯片，工作電壓范圍為3.0～3.6 V，晶振頻率為5.53 MHz。電能計(jì)量芯片結(jié)構(gòu)如圖2所示。
電能表供電線路為220V的高壓線路，專用計(jì)量芯片處理的信號(hào)為一定范圍內(nèi)的電壓與電流信號(hào)。為此，需要采樣高精度的電壓、電流信號(hào)，保障采樣值在專用計(jì)量芯片信號(hào)處理的范圍之內(nèi)，確保電能表的正常運(yùn)作。另外，需要完成專用計(jì)量芯片與電能表高壓電力線路之間的電氣隔離，以保障電能表的安全。
在實(shí)際應(yīng)用中，常采用電壓與電流互感器模擬并采集電壓與電流信號(hào)。其中，電壓互感器是一個(gè)帶有鐵芯的變壓器，由一次線圈、二次線圈、鐵芯以及絕緣體構(gòu)成。根據(jù)變壓器原理可知，通過改變一次或者二次繞組的匝數(shù)，能夠產(chǎn)生不同的電壓比，即可構(gòu)成不同比例的電壓互感器。電壓互感器的功能是將較高的電壓值依據(jù)特定比例轉(zhuǎn)換為較低的電壓值。電流互感器依據(jù)電磁原理構(gòu)成，由繞組與閉合鐵芯組成。相比之下，二次繞組匝數(shù)較多。當(dāng)電流互感器工作時(shí)，繞組通過串接方式與測量儀表電路連接。電流互感器工作狀態(tài)接近于短路，原因是二次回路在工作狀態(tài)下始終閉合，在測量交變電流時(shí)，電流互感器功能為電氣隔離與變流。
電壓信號(hào)采樣時(shí)，利用電壓互感器分壓的方式實(shí)現(xiàn)。電壓信號(hào)采樣后，采用電能專用計(jì)量芯片進(jìn)行相關(guān)處理。電壓信號(hào)采樣電路如圖3所示。
在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行單相智能預(yù)付費(fèi)控電能表子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要包括主程序、電能數(shù)據(jù)計(jì)量與處理程序以及用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)過程如下。
電能表子系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)步驟如下所示。
電能數(shù)據(jù)計(jì)量與處理是多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，功能為實(shí)時(shí)讀取時(shí)鐘讀數(shù)2，實(shí)現(xiàn)用戶電能的分時(shí)計(jì)量。以此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)用戶電能表用電數(shù)據(jù)信息、判斷剩余金額、電能報(bào)警以及預(yù)付費(fèi)控制等功能。電能數(shù)據(jù)計(jì)量與處理程序中包括通信中斷模塊。該模塊依據(jù)用戶的剩余金額對(duì)用戶供電情況進(jìn)行控制。當(dāng)剩余金額大于零時(shí)，保障用戶的供電；若剩余金額較少時(shí)，提醒用戶繳費(fèi)；若剩余金額小于零時(shí)，繼電器斷開，切斷該用戶的供電。當(dāng)用戶續(xù)交費(fèi)用后，系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程售電子系統(tǒng)，利用RS-486通信，下發(fā)允許合閘命令，恢復(fù)用戶的供電。電能數(shù)據(jù)計(jì)量與處理程序如圖5所示
在單相智能預(yù)付費(fèi)控電能表子系統(tǒng)中，用戶用電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是通過 EEPROM實(shí)現(xiàn)的。 EEPROM能夠保障在多種因素影響下，若發(fā)生掉電現(xiàn)象，存儲(chǔ)的用電數(shù)據(jù)不會(huì)消失，并可以長時(shí)間保存。用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用的是AT24C256芯片，存儲(chǔ)器接收微控制器的數(shù)據(jù)讀寫命令，從而完成用電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)寫入。
為了驗(yàn)證優(yōu)化系統(tǒng)的有效性與經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)仿真對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)中的對(duì)比系統(tǒng)為基于B／S架構(gòu)的多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)（系統(tǒng)1）和基于代碼式電能表的多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)與優(yōu)化系統(tǒng)（系統(tǒng)2）。經(jīng)濟(jì)效益主要由電費(fèi)催收成本決定。常規(guī)情況下，電費(fèi)催收成本越小，表明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益越好。試驗(yàn)硬件參數(shù)如表2所示。
由圖7可知，在不同靜電數(shù)值下，優(yōu)化系統(tǒng)的電費(fèi)回收時(shí)間均低于系統(tǒng)1和系統(tǒng)2，說明該系統(tǒng)能夠抵御靜電干擾，有效降低電費(fèi)回收所用時(shí)間。這是由于該系統(tǒng)在優(yōu)化過程中，選取了220V的高壓線路，其能夠保障采樣值在專用計(jì)量芯片信號(hào)處理的范圍之內(nèi)，進(jìn)而保障電能表的正常運(yùn)作。
②快速瞬變脈沖群。在遇到惡劣天氣時(shí)，電能表所處的供電線路極易產(chǎn)生瞬間的尖峰電壓。除此之外，電網(wǎng)中的各種電力設(shè)備受各種因素影響會(huì)發(fā)生突發(fā)故障。針對(duì)上述故障進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)維修時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)尖峰電壓。在此條件下，對(duì)比不同系統(tǒng)的電費(fèi)回收所用時(shí)間。瞬變脈沖干擾下電費(fèi)回收所用時(shí)間對(duì)比結(jié)果如圖8所示。
由圖8可知，與靜電干擾相比，不同系統(tǒng)的瞬變脈沖干擾下電費(fèi)回收所用時(shí)間均有所降低，但是優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)勢仍然十分明顯，其所用時(shí)間較高值僅為44s。通過不同條件下的電費(fèi)回收所用時(shí)間對(duì)比結(jié)果可知，優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果更佳。
如表3所示，5次試驗(yàn)中，優(yōu)化系統(tǒng)的電費(fèi)催收成本均小于取得過系統(tǒng)1和系統(tǒng)2，優(yōu)化系統(tǒng)的電費(fèi)催收成本較小值為98.9元，而系統(tǒng)1的電費(fèi)催收成本較小值為118.9元，系統(tǒng)1的電費(fèi)催收成本較小值為148.9元。這說明優(yōu)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值較高，充分驗(yàn)證了該系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。
將上述試驗(yàn)結(jié)果與取得過代表系統(tǒng)相比較，優(yōu)化系統(tǒng)的電費(fèi)催收成本與電費(fèi)回收所用時(shí)間較低。這充分說明優(yōu)化單相智能多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益較高，可以為電力企業(yè)帶來更高的利潤，也可以為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問題的理想產(chǎn)品。
清晰簡潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費(fèi)用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對(duì)房間當(dāng)前實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對(duì)房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開戶、電價(jià)設(shè)置，售電、退電、報(bào)警金額設(shè)置、分合閘操作等等。
系統(tǒng)針對(duì)商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預(yù)先設(shè)置開戶信息后期一鍵開戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級(jí)告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號(hào)推送等。
可以對(duì)已開戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì)根據(jù)電度走字實(shí)時(shí)扣除電費(fèi)同時(shí)系統(tǒng)也支持早臺(tái)計(jì)費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。
訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費(fèi)記錄，以及物業(yè)費(fèi)扣費(fèi)流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)間跨度等不同維度統(tǒng)計(jì)水電費(fèi)收入情況，收入組成。
系統(tǒng)還提供了多個(gè)報(bào)表以供查詢。用電綜合報(bào)表，幫助財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)每個(gè)月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費(fèi)，能耗同比分析，可以比較每個(gè)月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報(bào)表，按日，月，年三個(gè)不同維度查詢電表每個(gè)階段的用能情況。
為了方便用戶對(duì)大量儀表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價(jià)、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時(shí)執(zhí)行。
為了靈活應(yīng)對(duì)用戶多種多樣的收費(fèi)方案，比如物業(yè)費(fèi)，房租，服務(wù)費(fèi)等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費(fèi)項(xiàng)目。收費(fèi)方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費(fèi)或者一次性收費(fèi)，可以按固定金額收費(fèi)或者按房間面積換算等等。
某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換算成電費(fèi)從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計(jì)的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費(fèi)方式有直接扣費(fèi)或者生成維費(fèi)賬單。
按日期生成后付費(fèi)用戶周期用電費(fèi)用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)后生成繳費(fèi)賬單方便追蹤客戶繳費(fèi)情況可導(dǎo)出繳費(fèi)賬單以及欠費(fèi)賬單通知客戶。
用戶可以在微信小程序或者微信公眾號(hào)自助查詢電表使用情況以及繳費(fèi)。
針對(duì)取得過系統(tǒng)僅對(duì)電表數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作時(shí)存在的成本較高和耗時(shí)較長的問題，提出單相智能多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。微控制器實(shí)現(xiàn)讀取計(jì)量芯片電能數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算脈沖計(jì)數(shù)等功能。通過220V的高壓線路保障采樣值在專用計(jì)量芯片信號(hào)處理的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能表的正常運(yùn)作。在此基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、寫入與保存等功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效抑制干擾因素的影響、降低電費(fèi)回收所用時(shí)間和電費(fèi)催收成本、提升單相智能多用戶遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)控系統(tǒng)應(yīng)用性能，具有較高的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)用價(jià)值。
當(dāng)前位置：