摘要 针对目前市场上普遍以射频卡作为售电介质的预付费售电系统存在的问题，介绍 了一种新型的无线预付费售电系统及其构成，并给出了整个系统设计的完整方案。整个系统包括用户终端和电力管理系统端，它之前间通过RS485、NB、2G、4G、lora等通信等方式可以将用户用电信息和管理系统端相关的电价改革信息以及分时段计费信息及时进行相互通信。用户可以通过用户终端方便地进行充值和查询等。
关键词 ：无线预付费电表 ，预付费售电管理系统，IC卡电表，4G通信
0 引言
目前，民用照明用电和工业用电大多采用传统的感应式电度表计量，用电管理方法为人工抄表 ，记录每月用电量 ，“先用电，后交费”。随着用电量的不断增大 ，这种电能计量管理方法显示出许多缺点 ，集中表现在：人工抄表难 ，劳动强度大 ，浪费人力 、物力 、财力 ；电费收取难 ，用户“先用电”意味着电业管理部门须预付巨额的电费，已用电费的按时收取受诸多因素的影响 ， 给管理部门带来经济损失 ；防偷盗电难 ，传统电表由于自身的原理和结构，给盗电者以可乘之机。 随着国家电力体制改革的进行和公众对电力消费的需求越来越高 ，落后的售电管理方式亟待改变。随着嵌入式系统和 VLSI的快速发展 ，人们提出了多种智能化用电管理系统 ，以改变传统售电方式存在的问题 。 本文首先介绍目前市场上的智能化用电管理系统 存在的问题提出一种新型4G无线预付费电表系统的设计原理和设计方法 ，本系统利用无线通讯技术和计算机软件技术实现用电管理的自动化和信息化。
1 目前市场上智能化用电管理系统的优缺点
智能化用电管理系统以计算机为控制核心 ，改变传统“先用电 ，后付费”的用电模式 ，实行“先购电 ，后用 电”的管理办法 ，供电管理部门可以免除人工抄表 ， 提高劳动生产率 ，解决 收费难的问题 ，节省大量的资金 ，并可有效防止反转 、分流等盗电现象 ，从而具有一定的防偷盗电功能。通过电子钥匙作为传输媒介 ，可以及时全面地掌握用电信息 ，实现控制 、统计 、报表的全面自动化管理。
目前 ，国内采用最多的是 IC卡作为售电介质的预付费售电系统 。这种电表可 以避免因人工人户抄表、 多户共用一表带来的各种问题。但 IC卡 电表存在 以下问题 ：抗干扰能力差 ，特别是开放的读写窗口，易受外界攻击 ；IC卡 电表被攻击造成控 制系统失效后 ，很 难取证认定 ，极易发生用电纠纷 ；价格高 ，寿命短 ，综合效益差 ，使用风险大；难 以适应电价变动的要求。 由于 IC卡电表系统的用户数据采集终端容易遭受攻击 ，使得数据终端器容易出现工作故障，如造成阀 门打开而不计费给 电力公 司造成巨大损失等。因此 ， 原国家电力公司决定 ：在“一 户 一 表 ”改造工程中不宜选用IC卡电能表 。 由于目前预付费电表存在的问题 ，本文提出一款采用封闭的数据采集终端和4G方式的无线预付费电表 ，以克服目前智能化预付费电表的不足。
2 无线预付费电表系统的总体设计
无线预付费电表系统分为软 、硬件两个部分。它是以电能管理软件和集中抄表软件为主，包括计算机，通讯管理机，打印机等设置在内的集成系统。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。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。
本地预付费系统和预付费云系统区别如下：
系统主要特点如下：
- 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：免人工抄表，电表状态实时性最高可精确到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；
- 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：用户和管理员可查询预付费表或各类接入的计量仪表每天的用能状况；
- 无人值守售电和查询：需提供微信和支付宝无人值守，自助支付售电，用户能查询自己的充值记录和用电记录，预留用户对自己的租户远程分合闸的功能。
- 电站电能管理：提供变电所或楼层、大楼总表的远程自动抄表，以及相关能耗报表的功能；
- 水电一体：提供与预付费电表相类似的所有售水相关功能，预付水量用完自动关阀，如远程售水、水耗报表、远程开关阀等，并与电表集成一体化系统；
- 系统开放水电表的数据接口：第三方集成大平台可通过数据接口对系统中接入的水电表完成任何操作，如：开户、售电售水、远程开关阀/分合闸、抄表数据查询、基础资料导入等。
4G无线预付费电表规格
DDSY1352-4G（NB、2G、4G、lora）：
1. 有功精度：1级，无功精度：2级（目前标准最高），电压、电流精度：0.2级；
2. 电压规格：220V；
3. 电流规格：10（60）A；
4. 工作温度：-25℃~+55℃
5. 相对湿度：≤95℅（无凝露）
6. 支持2G或NB数据上传，可对接预付费云平台及其他云平台
7. Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应，两路485可独立设置，亦可使用不同协议；波特率1200bps-19200bps可设，奇偶校验位可设；
8. 支持背光、红外；
9. 支持有功脉冲输出；
10. 可选配支持1路DO输出；
11. 内置大容量磁保持继电器（100A），支持内部通断；
12. 支持高精度始终芯片始终误差小于0.5S/d;
13. 外形尺寸：72*88*70，标准DIN35导轨安装；
DTSY1352-4G（NB、2G、4G、lora）：
1. 有功精度：0.5S级，无功精度：2级（目前标准最高），电压、电流精度：0.2级；
2. 电压规格：3×100V、 3×380V、3×57.7/100V、 3×220/380V；
3. 电流规格：3×1(6)A（经互感器接入），3×10(80)A（直接接入）；
4. 工作温度：-25℃~+55℃
5. 相对湿度：≤95℅（无凝露）
6. 支持2G或NB数据上传，可对接预付费云平台及其他云平台
7. Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应，两路485可独立设置，亦可使用不同协议；波特率1200bps-19200bps可设，奇偶校验位可设；
8. 支持背光、红外；
9. 支持有功脉冲输出；
10. 可选配两路DO输出；
11. 内置大容量磁保持继电器（100A），支持内部通断；
12. 支持高精度始终芯片始终误差小于0.5S/d;
13. 外形尺寸：144*88*70，标准DIN35导轨安装；
3 系统特色和节能增效
- )实现计算机自动抄表 、收费 ，不仅节省 了大量人力物力 ，而且抄录的数据更多 、更准确 、更便于利用。例如根据无线预付费电表反馈的数据信息 ，管理部门可以及时了解用户的用电和购电情况 。
- )在我国，电能向来都是先用电后付费，容易造成拖欠电费 、抗交电费等弊端 ，严重制约了电力工业 的发展。要根本解决上面问题 ，必须改用先交费后用电原则 ，使电能成为真正的商 品，为电力工业的发展提供可靠的资金保障。
- )分时计费制度的推广是用经济杠杆调节负荷 ，从而有效提高电力设备的利用率 ，无线预付费电表能有效实现分时计 电。
- )可 以减少窃电引起的损失。由于无线 预付费电表采用整体化设计 ，没有外部 IC卡接口，同时 ，无线收发模块采用加密设置，安全性能可靠 ，能有效防止通过解密技术手段进行的窃电行为。
4 结束语
无线预付费电表的推广使用 ，符合飞速发展的电力工业对电能的计量 、控制与管理的新要求 ，对于电力系统的节能增效 、拉动国民经济快速发展起积极作用 。
