搞要：本文提出單相預付費分時電能表的可行性，并分析了其應用前景.同時，本文還給出一種單相預付費分時電能表的實現(xiàn)方案，并對實際使用中可能出現(xiàn)的問題進行了深入的探討，對存貯介質(zhì)及加密方法的優(yōu)缺點進行了比較.

　　一、引言

　　分時表和預付費電能表由于各自的優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地被用戶接受.

　　預付費電能表采用先購電再用電，到零斷電的模式，解決了以往收電費難的問題.并且，由于電能表帶有斷電裝置，可以實現(xiàn)一些輔助功能，如負荷控制、過流保護等等.并且使用預付費電能表后，可以方便地實現(xiàn)增容.

　　現(xiàn)有的預付費電表一般采用存貯媒介來傳遞信息，用戶將購電信息輸入電表的同時可以將電表內(nèi)的用電信息讀入存貯媒介傳回售電部門，供電部門可以對傳回的用電信息及時進出口行分析和統(tǒng)計.

　　分時電能表優(yōu)點在于實施了峰谷電價，對于消費者而言能夠享受到電價優(yōu)惠政策，得到實實在在的實惠.對于供電部門來說，分時表能夠起到一定的削峰填谷的作用，起到優(yōu)化電網(wǎng)的效果，對于目前電力緊張的現(xiàn)狀而言，其意義不言而喻.而且一定程度上，實施峰谷電價以后，鼓勵谷段用電，增加了谷段的用電量，也增加了電力部門的營業(yè)收入.另外，分時表一般均有帶有rs485接口或紅外通訊接口，便于組網(wǎng)，適合集中抄表.

　　目前，預付費電能表在北方一些地區(qū)使用較為廣泛，而分時表在華東地區(qū)及一些南方地區(qū)使用得較多.特別是上海市、江蘇省等地區(qū)已經(jīng)大規(guī)模使用，在去年電力緊張的時刻已經(jīng)發(fā)揮了一定的作用.

　　二、預付費分時表的可行性

　　分時表和預付費電能表均是適應市場需求的產(chǎn)品，并且在相應的時期起到了其應有作用.

　　當前，市場有對預付費分時表的需求.目前，全國上下普遍存在電力緊張的局面，尤其在經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)和大中城市情況更是嚴重，特別是在去年的用電高峰期，電力部門不得不頻繁拉閘限電.現(xiàn)在的一般做法是要求企業(yè)避峰，保證居民用電.對企業(yè)均實行分時計費的方式，并且強制要求企業(yè)加裝負荷控制設備，控制其高峰負荷，保證電網(wǎng)安全.但對于居民用電目前還無法控制到戶，但另一方面，居民用電量正逐年增加成上升之勢.如果采用預付費分時電表則可以解決上述問題.預付費分時電表一方面利用分時電價鼓勵用戶讓峰，另一方面可以給電表設定負荷上限值，強制限定其用電高峰時的負荷，達到控制電網(wǎng)負荷的目的，保證整個電網(wǎng)的良好運行.

　　對于已經(jīng)使用預付費電表的地區(qū)，現(xiàn)在要推廣使用分時計價方案，只有選擇預付費分時電能表.預付費分時電表在繼承了以往預付費電表的使用方式和優(yōu)點的基礎上，又增加了分時計費的功能，將預付費和分時計費合二為一.用戶從自身的利益出發(fā)還是愿意接受的.從以往推廣分時電表的經(jīng)驗來看，主動要求實施分時計費的用戶非常多.

　　此外，從技術(shù)角度出發(fā)，預付費分時計費功能并不難實現(xiàn).目前，分時電能表和預付費電能表均有比較成熟的技術(shù)方案.將兩者進行有選擇性的整合，就可實現(xiàn)預付費分時電能表的方案.一些兩者共有的部分可原樣保留下來，如cpu、計量部分、存貯器等;另外一些部分需要加以改進，如顯示器部分，電源部分等等;還有一部分各自均需保留，如ic卡的讀寫卡座、繼電器控制、時鐘部分以及溫度補償部分等等.從硬件成本上考慮，預付費分時電能表要比單純的預付費加分時表的成本低得多，因為有許多共用部分.在軟件處理上，預付費分時表會復雜一些.需要實現(xiàn)兩種電能表的功能，并且增加了數(shù)據(jù)量，對于數(shù)據(jù)的存貯和保護難度相應增加.但是，只要經(jīng)過仔細的編排，就完全可以實現(xiàn)預付費分時電能表的功能.

　　從上面的分析可以看出.預付費分時電能表正是時下供電部分的需求，而且用戶又能夠主觀接受，并且在技術(shù)上也是可以實現(xiàn)，因此，研制和推廣這種電能表完全是可行的，并且必將受到各方的青睞.

　　三、預付費分時表的設計

　　設計預付費分時電能表時，既要考慮到分時表的特點，又要考慮到預付費表的特點.在設計過程中不僅要注重整機功能的可靠實現(xiàn)，更要將電磁兼容性能設計放在首位.

　　這里給出一種預付費分時電能表的方案，并給出關(guān)鍵元器件的選擇.其主要由計量單元部分、顯示部分、通訊部分、主處理單元部分和接口部分以及電源部分等單元組成.

　　計量單元采用傳統(tǒng)的專用計量芯片ade7755，采用獨立的電源供電.ade7755是美國ad公司比較成熟的單相計量專用芯片.目前已在單相電子表內(nèi)廣泛應用，而且評價不錯.由ade775向cpu提供電量脈沖信號和電流方向信號

　　顯示單元采用led專用屏顯示.一方面考慮到目前使用預付費電能表的用戶集中在北方地區(qū)，冬天氣溫較低，如采用lcd顯示屏，工作溫度范圍較難達到要求;另一方面，led顯示不需要特別的驅(qū)動電路，成本上占有一定優(yōu)勢.而且，一般單相電能表的安裝使環(huán)境亮度較暗，lcd屏在沒有背光的情況下，亮度不夠，而led屏則沒有這些問題.如在lcd屏加裝背光，則成本受限制.

　　通訊部分主要包括rs485和紅外兩個部分.rs485部分采用隔離電源獨立供電.485芯片采用美國ti公司的3082芯片.紅外通訊部分采用美國德律風根的紅外收發(fā)管組件.

　　主處理單元是電表的核心，所有的工作都是由它來完成的.本方案中，cpu采用美國motorla公司的最新mc68hc908系列單片機作為主處理芯片.它功能強大、指令靈活，最重要的是它的電磁兼容性優(yōu)越，令整機的性能大大提高.時鐘芯片采用日本epson公司的r8025，此款芯片帶有溫度補償很難達到要求.最近，浙江省電力工業(yè)局于2004年02月25日印發(fā)了一份《關(guān)于公布居民分時電能表鐘溫度特性抽測結(jié)果的通知》，《通知》中明確指出11種采用溫度補償?shù)碾姳硗ㄟ^測試，而3種未采用溫度補償?shù)碾姳砣砍鲆蠓秶⒔ㄗh居民分時電表加裝溫度補償電路.存貯電路采用鐵電存貯器，此種eeprom存取速度快，功耗低，適用于大數(shù)據(jù)量的存取場合.而且可縮短數(shù)據(jù)由電卡到存貯器的讀寫時間，一定程序上起到防止插拔卡過快的作用.

　　接口部分主要包括ic卡接口、計量脈沖輸出接口、秒信號輸出接口、rs485通訊接口等.接口部分一般均可直接接觸，最容易受到攻擊，因此應當重點加保護路，并與處理單元隔離.

　　電源部分采用線性電源，分三組輸出并互相隔離，分別供給計量單元、主處理單元和rs485通訊單元使用.電源輸入回路除了加一般的磁珠、電容等保護措施外，串接熱敏電阻以保證高壓時電表達式不被損壞.

　　電表的工作原理是這樣的：計量芯片ade7755根據(jù)電壓、電流輸入信號生產(chǎn)電能量脈沖信號和電流方向信號送給cpu進行處理.cpu對電量脈沖進行累計，計算出沖電量并存貯，同時根據(jù)當前費率對剩余購電進行減法處理，并判斷是否告警或斷電.cpu不斷讀時鐘，并決定當前運行的費率;同時，定期讀取溫度傳感器的當前溫度參數(shù)，并依據(jù)當前溫度對實時時鐘的溫度補償系數(shù)進行調(diào)整.另外，cpu還監(jiān)測rs485和紅外通訊信號，接收或響應命令，進行串行通訊.另外電表還監(jiān)測繼電器狀態(tài)和電池電壓、功率等參數(shù)，對非正常狀態(tài)告警和記錄.

　　預付費分時表的主要具有以下一些功能： 信

　　●累計總電量的及分時電量，反向電量及過零電量

　　●按照預定費率對購電量進行減法處理

　　●最多可設定3個費率10時段，時段可跨越00：00

　　●可通過ic卡接口或串行通訊接口修改費率時段等電表參數(shù)

　　●對于不同費率可設定不同功率上限值，超負荷自動斷閘，在設定時間后自動合閘或插卡合閘

　　●可設定超負荷次數(shù)限定，超負荷超過設定次數(shù)將不允許用電，提請用電增容

　　●記錄最大負荷及其發(fā)生時刻

　　●可設定兩級告警門限，告警間隔可設置

　　●允許用戶設定或取消預裝電量和最大賒欠電量

　　●可以設定用戶的最大購電量，防止用戶囤積電量

　　●有超負荷記錄、繼電器異常記錄、異常插卡記錄以及反向用電等事件的發(fā)生次數(shù)和發(fā)生時間

　　●有電池電壓、繼電器狀態(tài)、eeprom檢查、時鐘檢測等自檢信息

　　●可設置允許或禁止通過rs485對電表進行合閘、斷閘處理

　　●可設置允許或禁止通過rs485下發(fā)購電數(shù)據(jù)

　　四、預付費分時表的一些使作問題 信

　　預付費分時表在使用中有一些問題值得探討，如果有些問題處理不好會給使造成不方便或留下隱患.

　　首先是數(shù)據(jù)安全問題.包括加密，即如何防止被解密，防止非法人侵和合法入侵，還包括售電軟件的數(shù)據(jù)庫安全等等.國家標準gb/t18460.2-2001《ic卡預付費倍電系統(tǒng)第2部分：ic卡及其管理》中對數(shù)據(jù)安全及密鑰管理、密鑰驗證有明確規(guī)定.這里要提到是ic卡加密問題，因為卡在用戶手中，失密的可能性相對大一些.現(xiàn)在常用的ic卡有普遍存貯卡、邏輯加密卡和cpu智能卡等.普能存貯卡上的數(shù)據(jù)讀寫不受限制，加密主要靠加密算法進行保護，一旦算法被解，數(shù)據(jù)就會被解密.邏輯加密卡一般均有自鎖功能，一定次數(shù)的非法訪問后卡將會禁止修改或讀出數(shù)據(jù)，安全性相對較高，但容易因誤操作產(chǎn)生報廢卡片.cpu智能卡的安全性最高，必須有極嚴格的密碼驗證過程才能訪問數(shù)據(jù)，但其價格也相對高一些.綜合比較而言，采用加密邏輯卡比較適合預付費分時表，靠邏輯密碼進行第一層保護，再用加密算法對數(shù)據(jù)進行加密處理.

　　購電信息傳遞過程中，有一個很實際的問題就是下傳購電量還是下傳購電金額.以往預付費電表兩者均可行，其中使作電量傳遞信息的很多，但在預付費分時表中購電量不太實用.因為預付費分時表有多種費率，每種費率均要有購電量，增加了數(shù)據(jù)量，而且各種費率的購電量如何分配也是問題，有可能出現(xiàn)用戶尚有購電量但由于費率不一致不能用電的情況，而且如遇電價調(diào)整，以前的所購電量不能相應調(diào)整.如采用傳遞購電金額加電價單價的辦法，則不存在這些問題.

　　ic卡在使用中很容易受到靜電和潮濕腐蝕等侵害，并要考慮到意外折斷的情況.現(xiàn)在有的地方采用異型卡加保護套的方法，不僅可以保護ic卡，還能防止插錯方向等情況，值得提倡.

　　五、結(jié)束語

　　預付費分時電能表作為一個新產(chǎn)品目前還滑得到廣泛應用，但因其自身的優(yōu)勢，必將會贏得市場.

　　目前一些有遠見的公司已開始了預付費分時表的研發(fā)和生產(chǎn)，并開始小規(guī)模的應用.相信在不久的將來，當預付費分時表大量應用時，這些公司也將成為業(yè)界領(lǐng)跑者并從中獲益.

　　參考文獻:

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　　[2]motorolauserdatasheet2000.12

　　[3]gb/t15284-2002多費率電能表特殊要求

（轉(zhuǎn)載）