浅谈单相智能电量多用户远程预付费控系统优化的设计及应用_体系_暗记

关键词：单相智能；多用户；预支费掌握；微掌握器；电能表子系统；电能计量芯片；数据计量；数据存储；旗子暗记采样电路

0 弁言

在电力企业管理信息系统不断运用与遍及的背景下，对多用户预支费智能管理的需求也在不断增加，尤其是电力企业目前利用的是远程抄表系统。
如何将信息发布与开关掌握进行有机的整合，实现多用户购售电信息的共享，正成为亟需办理的问题。

现今常用的多用户远程预支费控系统紧张为基于浏览器／做事器（browser／server，B／S）架构的多用户远程预支费控系统与基于代码式电能表的多用户远程预支费控系统。
经市场调查研究创造，现有多用户远程预支费控系统中电能表子系统具有很大的局限性，只能对电表数据进行读取操作，无法对用户远程抄表、预支费进行系统的掌握，不能实现完全的电力信息掌握，存在经济效益低下的问题。
为理解决上述问题，对单相智能多用户远程预支费控系统优化设计进行研究。

现有多用户远程预支费控系统的毛病多存在于电能表子系统中。
因此，选择电能表子系统作为优化工具。
为了增加系统的智能性，设计新的单相智能预支费控电能表子系统，详细优化设计过程如下。

1.1.1 微掌握器选取

微掌握器是电能表子系统的核心掌握元件，功能为读取计量芯片电能数据、数据处理、打算脉冲计数、读取韶光、电能数据显示与报警、通信以及远程传输等。
微掌握器性能的高低直接决定电能表功能的实现效果。
为此，选取一款高性能的微掌握器，对电能表子系统功能的实现具有至关主要的浸染。

选取微掌握器时须要考虑下述几个方面：一是功耗低；二是具备串行通信接口；三是具有较大的存储空间；四是具备多个输入与输出接口；五是计数器功能强大；六是性价比高。
结合上述，选取日本公司生产的78KO系列8位微掌握器。
78KO系列微掌握用具备性价比高、功耗低、精度高档上风，广泛运用于汽车、电子、工业掌握等领域。
这次研究中，选取78K0527A微掌握器作为电能表子系统的掌握核心。
78K0527A微掌握器包含4组8位通用寄存器、1KB的随机存取存储器（random access memory，RAM）、128 KB的只读存储器（read-only memory，ROM）、看门狗定时器、时钟输出掌握器、单电源Flash存储器、低电压检测器、定时器等元件，具备按键中断功能。
微掌握器功能引脚与外围电路如图1所示。

1.1.2 电能计量芯片选取

在单相电能表中，广泛利用的是高精度的专用计量芯片。
依据多用户远程预支费控系统需求，采取ATT7053A计量芯片7。
ATT7053A本色上是一个具备串行外设接口（serial peripheral interface， SPI）的单相多功能计量芯片，事情电压范围为3.0～3.6 V，晶振频率为5.53 MHz。
电能计量芯片构造如图2所示。

图2 电能计量芯片构造图

ATT7053A电能计量芯片引脚功能表1所示。

表1 ATT7053A 电能计量芯片引脚功能表

引脚代码

引脚名字

功能解释

1

DGND

数字地

2

XTALO

晶振5.53 MHz输出

3

XTALI

晶振5.53 MHz输入

4

SPLCLK

SPI时钟旗子暗记

5

SPIDO

SPI数据输出

6

SPIDI

SPI数据输入

7

SPICS

SPI片选旗子暗记

8

IRQ

中断旗子暗记输出

9

CF1

P／Q／S脉冲输出，默认为P

10

CF2

P／Q／S脉冲输出，默认为Q

11

CF3

P／Q／S脉冲输出，默认为S

12

AGND

仿照地

13

VREF

ADC参考电压输出

14

VIN

电流利道1-输入负

15

VIP

电流利道1-输入正

16

V2N

电流利道2-输入负

17

V2P

电流利道2-输入正

18

V3N

电流利道3-输入负

19

V3P

电流利道3-输入正

20

AVCC

仿照电源输入

21

TEST

测试模式引脚

22

VDD1P8

数字1.8V电压输出

23

RST

芯片复位，低电平有效

24

DVDD

数字电源

1.1.3 旗子暗记采样电路设计

电能表供电线路为220V的高压线路，专用计量芯片处理的旗子暗记为一定范围内的电压与电流旗子暗记。
为此，须要采样高精度的电压、电流旗子暗记，保障采样值在专用计量芯片旗子暗记处理的范围之内，确保电能表的正常运作。
其余，须要完成专用计量芯片与电能表高压电力线路之间的电气隔离，以保障电能表的安全。

在实际运用中，常采取电压与电流互感器仿照并采集电压与电流旗子暗记。
个中，电压互感器是一个带有铁芯的变压器，由一次线圈、二次线圈、铁芯以及绝缘体构成。
根据变压器事理可知，通过改变一次或者二次绕组的匝数，能够产生不同的电压比，即可构成不同比例的电压互感器。
电压互感器的功能是将较高的电压值依据特定比例转换为较低的电压值。
电流互感器依据电磁事理构成，由绕组与闭合铁芯组成。
比较之下，二次绕组匝数较多。
当电流互感器事情时，绕组通过串接办法与丈量仪表电路连接。
电流互感器事情状态靠近于短路，缘故原由是二次回路在事情状态下始终闭合，在丈量交变电流时，电流互感器功能为电气隔离与变流。

电压旗子暗记采样时，利用电压互感器分压的办法实现。
电压旗子暗记采样后，采取电能专用计量芯片进行干系处理。
电压旗子暗记采样电路如图3所示。

图3 电压旗子暗记采样电路图

利用电流互感器实现电流旗子暗记采样，将采集的电流旗子暗记通过两路差分输入旗子暗记端传输至电能专用计量芯片进行处理。

上述过程完成了电能表子系统的硬件设计。
为实现多用户远程预支费的有效掌握，须要设计电能表子系统软件。

在系统硬件设计的根本上，进行单相智能预支费控电能表子系统软件设计，紧张包括主程序、电能数据计量与处理程序以及用电数据存储程序设计，详细设计过程如下。

1.2.1 子系统主程序设计

电能表子系统主程序设计步骤如下所示。

①电能表子系统初始化。

②脉冲旗子暗记采集 10

③在时钟模块读取当前时候，包括尖时候、峰时候、平时刻以及谷时候。

④将上述采集的尖时候、峰时候、平时刻以及谷时候电量进行累加。

⑤用户用电数据存储。

⑥显示用户用电数据。

⑦判断子系统是否收到通信命令，若收到通信命令，转至步骤⑧；若未收到通信命令，转至步骤②。

⑧实行通信模块，输出电能表处理结果。

图4为电能表子系统主程序设计流程。

图4 电能表子系统主程序设计流程图

上述过程完成了电能表子系统主程序的设计，为作电能数据计量与处理程序、数据存储程序的设计作准备

1.2.2 电能数据计量与处理程序设计

电能数据计量与处理是多用户远程预支费控系统的关键环节，功能为实时读取时钟读数2，实现用户电能的分时计量。
以此为根本，实现存储用户电能表用电数据信息、判断剩余金额、电能报警以及预支费掌握等功能。
电能数据计量与处理程序中包括通信中断模块。
该模块依据用户的剩余金额对用户供电情形进行掌握。
当剩余金额大于零时，保障用户的供电；若剩余金额较少时，提醒用户缴费；若剩余金额小于零时，继电器断开，割断该用户的供电。
当用户续交用度后，系统通过远程售电子系统，利用RS-486通信，下发许可合闸命令，规复用户的供电。
电能数据计量与处理程序如图5所示

图5 电能数据计量与处理程序图

1.2.3 用电数据存储程序设计

在单相智能预支费控电能表子系统中，用户用电数据的存储是通过 EEPROM

实现的。
EEPROM能够保障在多种成分影响下，若发生掉电征象，存储的用电数据不会消逝，并可以永劫光保存。
用电数据存储利用的是AT24C256芯片，存储器吸收微掌握器的

数据读写命令，从而完成用电数据的存储写入。

用电数据存储程序步骤如下：

①启动PC时序：

②下发读写地址：

③微掌握器吸收到存储器发出的确认旗子暗记：

④下发存储单元地址：

⑤微掌握器吸收到存储器发出的确认旗子暗记，停滞旗子暗记时序。

通过上述硬件与软件的设计，完成了单相智能预支费控电能表子系统的设计，实现了单相智能多用户远程预支费控系统的优化，为电力企业供应更加有效的系统支撑。

为了验证优化系统的有效性与经济效益，设计仿真比拟试验。
试验中的比拟系统为基于B／S架构的多用户远程预支费控系统（系统1）和基于代码式电能表的多用户远程预支费控系统与优化系统（系统2）。
经济效益紧张由电费催收本钱决定。
常规情形下，电费催收本钱越小，表明系统的经济效益越好。
试验硬件参数如表2所示。

表2 试验硬件参数

序号

配置项

参数

1

操作系统

UNIX操作系统（64位）

2

处理器

E7-4850V4（16核）

3

内存

32 GB TruDDR4 2 133 MHz内存

4

系统硬盘

1 TB

5

网络适配器

Intel i7

6

网卡

板载ML2四端口千兆以太网卡

7

光驱

外置光驱

为了保障仿真比拟试验的顺利进行，紧张的任务便是设置试验流程。
试验流程如图6所示。

图6 试验流程图

依据图6所示的试验流程进行仿真比拟试验。

单相智能多用户远程预支费控系统可以很大地提升电力企业的事情效率，为干系单位供应一种全新的抄、催、收模式。
试验以某一台区为工具，比拟不同系统电费回收所用韶光，电费回收所用韶光打算公式为：T=T+T+T,

式中：T为电费回收所用总韶光；T为抄表所用韶光；T.为核算所用韶光；T，为收费所用韶光。

单相智能多用户远程预支用度掌握系统在运行过程中会受到静电和快速瞬变脉冲群等滋扰成分的影响。
为了全面验证优化系统的性能，以上述两种滋扰成分作为条件条件，进行比拟验证。

①静电滋扰。
在设计智能电能表系统的过程中，由于利用了大量的电子元器件，因此在很大程度上受到静电的滋扰。
除此之外，智能电能表在利用的过程中，会通过手工打仗产生静电。
静电滋扰下电费回收所用韶光比拟如图7所示。

图7 静电滋扰下电费回收所用韶光比拟图

由图7可知，在不同静电数值下，优化系统的电费回收韶光均低于系统1和系统2，解释该系统能够抵御静电滋扰，有效降落电费回收所用韶光。
这是由于该系统在优化过程中，选取了220V的高压线路，其能够保障采样值在专用计量芯片旗子暗记处理的范围之内，进而保障电能表的正常运作。

②快速瞬变脉冲群。
在碰着恶劣景象时，电能表所处的供电线路极易产生瞬间的尖峰电压。
除此之外，电网中的各种电力设备受各种成分影响会发生突发故障。
针对上述故障进行电网系统维修时，同样会产生瞬时尖峰电压。
在此条件下，比拟不同系统的电费回收所用韶光。
瞬变脉冲滋扰下电费回收所用韶光比拟结果如图8所示。

图8 瞬变脉冲滋扰下电费回收所用韶光比拟图

由图8可知，与静电滋扰比较，不同系统的瞬变脉冲滋扰下电费回收所用韶光均有所降落，但是优化系统的上风仍旧十分明显，其所用韶光较高值仅为44s。
通过不同条件下的电费回收所用韶光比拟结果可知，优化系统的运用效果更佳。

为进一步验证该系统的实际运用效果，以电费催收本钱作为比拟指标，电费催收本钱比拟情形如表3所示。

表3 电费催收本钱比拟情形表

系统

试验次数

系统1

系统2

优化系统

1

135.8

154.6

100.2

2

127.4

148.9

105.7

3

118.9

153.3

98.9

4

132.4

160.0

102.3

5

125.1

174.2

102.4

注：表中数据单位为元

如表3所示，5次试验中，优化系统的电费催收本钱均小于现有系统1和系统2，优化系统的电费催收本钱较小值为98.9元，而系统1的电费催收本钱较小值为118.9元，系统1的电费催收本钱较小值为148.9元。
这解释优化系统的经济效益代价较高，充分验证了该系统的运用代价。

将上述试验结果与现有代表系统比较较，优化系统的电费催收本钱与电费回收所用韶光较低。
这充分解释优化单相智能多用户远程预支费控系统经济效益较高，可以为电力企业带来更高的利润，也可以为用户供应更加优质的做事。

AcrelCloud-3200预支费水电云平台是安科瑞公司研制的与DDSY-1352单相电子式预支费电能表及DTSY-1352三相电子式预支费电能表配套的售电管理系统。
其余可以选配远传阀控水表组成水电一体预支费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。
紧张完成电能表/水表参数设置，商户售电/售水管理及能耗管理事情，操作简便，实现物业公司远程实时操作实时监控，具有良好的人机界面，能够有效的统计和管理数据。
安装方便，是用电管理部门、商业广场和物业小区，提高用电用水管理水平，办理收费难问题的空想产品。

本平台适用于公寓出租户、商业广场 、公寓酒店 、物业小区、写字楼、物流仓储、高校、连锁超市、聪慧园区、农贸市场等场所。

3.4.1房间监控

清晰简洁的展示所有房间状态信息，所属楼栋楼层，在线失落连情形，用度状态等，进入房间详情可对房间当前实时信息进行查看，并可理解当天用电量和利用金额情形，可对房间内的电表进行各种远程掌握操作，比如开户、电价设置，售电、退电、报警金额设置、分合闸操作等等。

3.4.2电户开表

系统针对商铺开户不仅支持一户一表，也支持一户挂多表的须要;支持自定义电价方案，单一电价、尖峰平谷电价、阶梯电价等:支持预先设置开户信息后期一键开户;支持设置电表合额告警默认三级告警，告警金额和次也可以自定义，推送办法支持手机短信，APP推送，邮件、语音外呼、"大众年夜众号推送等。

3.4.3充电缴费

可以对已开户的电表进行远程充值，电费实时下发到电表。
电表会根据电度走字实时扣除电费同时系统也支持早台计费，金额下发到系统账户，到账快速稳定。

3.4.4财务管理

订单总览，包含系统里所有水电充值退费记录，以及物业费扣费流水记录。
收入概况，可以从日，月，年，韶光跨度平分歧维度统计水电费收入情形，收入组成。

3.4.5报表

系统还供应了多个报表以供查询。
用电综合报表，帮助财务统计每个月商铺总用电量，尖峰平谷用电量以及电费，能耗同比剖析，可以比较每个月份与去年同期比较的用能差距。
能耗日月年报表，按日，月，年三个不同维度查询电表每个阶段的用能情

3.4.6批量操作

为了方便用户对大量仪表进行管理和设置，可以在系统中新建批量操作任务，比如设置电价、电表掌握、仪表设置、充值等，批量任务可以立即实行，也可以定时实行。

3.4.7自定义收费方案

为了灵巧应对用户多种多样的收费方案，比如物业费，房租，做事费等，系统支持用户自定义收费项目。
收费办法可设置直接从账户扣除或者天生催缴账单，可设置周期性收费或者一次性收费，可以按固定金额收费或者按房间面积换算等等。

3.4.8公共区域用电分摊

指定某块表为主表，然后分配关联子表，系统每个月自动将主表的用电按比例换算成电费从子表中扣除，这样可以剩余人工统计的麻烦。
公摊办法多样，可以根据比例公摊，按房间面积公摊，按用量公排，收费办法有直接扣费或者天生维费账单。

3.4.9后付费模式

按日期天生后付用度户周期用电用度，对数据进行确认后天生缴费账单方便追踪客户缴费情形可导出缴费账单以及欠费账单关照客户。

3.4.10"大众年夜众号在线支付

用户可以在微信小程序或者微信"大众年夜众号自助查询电表利用情形以及缴费。

3.5系统硬件配置

运用处所

型 号

图片

功能

预支费水电

云平台

AcrelCloud-3200

紧张完成电能表/水表参数设置，商户售电/售水管理及能耗管理事情，操作简便，实现物业公司远程实时操作实时监控，具有良好的人机界面，能够有效的统计和管理数据。
安装方便，是用电管理部门、商业广场和物业小区，提高用电用水管理水平，办理收费难问题的空想产品。

通讯管理机

Anet-1E2S1-4G

1、电力抄表，数据转发，断点续传，边缘打算，命令透传

2、通讯办法:下行2路RS485通讯上行网口/4G

Anet-2E4SM

1.电力抄表，数据转发，断点续传，边缘打算，命令透传

Anet-2E4SM

2.通讯办法:下行4路RS485通讯，上行2路以太网通讯

Anet-2E8S1

1.电力抄表，数据转发，断点续传，边缘打算，命令透传

Anet-2E4SM

2.通讯办法:下行4路RS485通讯，上行2路以太网通讯

AWT100-4G

1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口

AF-GSM500-4G

1.内置嵌入式系统，数据采集支持2或6路RS485总线接入

2.支持LORA无线通讯

3.数据上传支持MODBUS TCP/MQTT/HJ212等多种协议

4.可选择RJ45或4G上传办法

5.具备协议转换、断点续传、断电报警等功能

6.内嵌8G SD卡，用于数据存储和事宜记录

物联网电表

DDSY1352-NK

单相预支费电表

1.支持全电力参数丈量(U、I、P、Q、S、PF、F)

DDSY1352-NK 2.支持双向有功、无功、复费率电能计量

单相预支费电表 3.支持最大需量及发生韶光统计;4支持两路开关量输出 5.内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸

6.Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应

7.充值办法:支持刷卡充值和远程充值;8.支持预支费功能; 9.支持时控功能;

10.支持恶性负载识别功能

11.支持强控功能:

12.通讯办法:RS485/4G/NB

DDSY1352-NK

三相预支费电表

DDSY1352-nDM

1.预支费管理掌握

2.支持岔路支路韶光管理掌握

3.支持岔路支路负载管理掌握

4.远程充值

5.支持岔路支路强控

6.夜间小功率掌握

7.支持空调模式

8.支持白名单设置

9.支持全电力参数丈量（U、I、P、Q、S、PF、F）；

10.支持总电能计量，岔路支路电能计量

11.跳闸记录查询

12.通讯办法：RS485/4G

ADF300L

多用户计量箱

1.支持全电力参数丈量(U、I、P、Q、S、PF、F)2.支持双向有功、无功、复费率电能计量物联网电表

3.支持最大需量及发生韶光统计;

4支持两路开关量输出

5内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸

6.Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应 7.充值办法:支持刷卡充值和远程充值;8支持预支费功能9.支持时控功能;10.支持恶性负载识别功能11.支持强控功能; 12.通讯办法:RS485/4G

ADF400L

多用户计量箱

1.支持全电力参数丈量(U、I、P、Q、S、PF、F)

2.支持双向有功、无功、复费率电能计量物联网电表

3.支持最大需量及发生韶光统计;

4支持两路开关量输出

5内置100A大容量磁保持继电器，可实现内部分合闸

6.Modbus RTU规约/DL/T645-07规约可自适应

7.充值办法:支持刷卡充值和远程充值;

8支持预支费功能

9.支持时控功能;

10.支持恶性负载识别功能

11.支持强控功能;

12.通讯办法:RS485/4G

物联网水表

LXSY-O-M/NB

1.预支费功能

2.阀门自动掩护功能

3.防水设计

4.防强磁滋扰功能

5.低功耗设计

6.通讯办法:MBUS/NB

针对现有系统仅对电表数据进行读取操作时存在的本钱较高和耗时较长的问题，提出单相智能多用户远程预支费控系统优化设计方法。
微掌握器实现读取计量芯片电能数据、数据处理、打算脉冲计数等功能。

通过220V的高压线路保障采样值在专用计量芯片旗子暗记处理的范围之内，实现电能表的正常运作。
在此根本上，通过系统软件设计，实现用电数据的存储、写入与保存等功能。
试验结果表明，该系统能够有效抑制滋扰成分的影响、降落电费回收所用韶光和电费催收本钱、提升单相智能多用户远程预支费控系统运用性能，具有较高的运用代价与实用代价。

[1]刘必勇.基于智能电网的配电自动化磋商.信息记录材料，2018,19(1):20-21.

[2]罗孝羚，蒋阳升，吴奇，等.基于IC卡识别通勤客流的公交线路多模式调度．工业工程，2018,21（5）：85-90．

[3]李涵，陶鹏，李翀，等.智能电能表时钟电池欠压剖析及关键计量指标影响．河北电力技能，2018,37（2）：26-29．

[4]马润.电气工程及其自动化低压电器中继电器的运用D］.南方农机，2018,49（1）：97-99．

[5]赵宏，刘大虎.海阳核电站反应堆功率掌握系统的旗子暗记剖析和试验．核安全，2018,17（5）：19-24．

[6]张晓剑，王利强，周丽，等．8254定时器的计数系统改进研究．电子设计工程，2020,28（1）：129-133．

[7]王鹏．基于ADE7758的电力监测仪设计及研究．自动化仪表，2019,40（8）：70-73．

[8]唐超，柴继文，王海，等.基于L-M算法的电压互感器状态监测］．数学的实践与认识，2018,48（7）：206-213．

[9]杨剑雄．电流互感器对电能计量的影响．通讯天下，2018,334(3):239-240.

[10]胡永建，黄衍福，李显义．钻井液脉冲旗子暗记自动去噪与识别算法．石油勘探与开拓，2019,46（2）：188-194．

[11]夏慧钧．预支费电能表移动终端掩护系统的设计．电脑编程技巧与掩护，2018,39（4）：80-82．

[12]刘馨然，尚莹，康丽雁，等．电力营销中远程实时费控的实际运用研究．东北电力技能，2019,40（4）：25-27．

[13]张江安，杨洪柏．高竞争力的电能计量芯片相位偏差校正方法D］．电子器件，2019,42（3）：604-607．

[14]宋洪儒，王宜怀，杨凡．ARM Cortex-MO＋内核KL．25微掌握器TSI构件设计方法研究．赤峰学院学报（自然科学版），2018,34(3):35-38.

[15]黄成．单相智能费控光纤网络电能表的设计与运用．电测与仪表，2019,56（9）：148-152．

[16]罗世刚.单相智能多用户远程预支费控系统优化设计

[17]安科瑞电气企业微电网设计与运用手册2020.06版