在科学生产力快速发展的当今社会，数字化、网络化、信息化、智能化在各方面的应用已成为社会经济发展的新趋势。中山供电局面对管理庞大的低压用户，若继续采用通过IC卡等介质读取电表数据，不仅人工成本大、效率低，而且出错风险高、不利于营销管理及当下分时电价、预支电费等先进模式的发展，有必要推广无卡式预付费电能表使人员从过去繁琐的低压管理收费工作中解放出来，为客户提供更优质的服务。
一、推广使用预付费电能表的必要性
（一）确保电费回收是供电企业营销的首要任务。客户电费回收，是供电企业营销的重中之重。在租户或信誉度较低的客户中采取预购电的方式能有效降低回收风险。
（二）丰富交费方式,客户可以根据用电需求预购电量，不必像过去一样每月按合同约定的固定电量缴交预付电费，减少资金积压，方便省时。
（三）规避政策风险，当调整电价时，管理者可对剩余电量进行折算重新下发，避免了供电企业或客户的损失。
（四）目前对欠费客户采取限电或停电措施，在用户侧安装预购电装置的方式投资大且工作任务繁重。
（五）在营销系统、计量自动化系统和需求侧决策管理与分析系统的基础上，不增加硬件设备投资，实现预购电功能及对预付费电能表远程抄控的研究具有一定的必要性。
二、传统卡式预付费存在的缺点
卡式预购电系统解决了收费难的问题，但还存在以下缺点：
（一）用电数据的采集不够及时。若不派人上门抄表，则只有当用户购电时，才能将用户的用电情况传输上来，数据存在滞后性，难以实现对实际用电量的统计和线损计算。
（二）当根据国家相关政策调整电价时，对于供电企业来说，虽然可以采用限制囤积电量等方式，但调价后仍采用预售的电价结算，会对供电企业或客户造成一定的损失。
（三）无法进行实时监控管理，出现问题不能及时发现和处理，一旦发生用电计量差错，容易造成供电方与用电方的电费结算纠纷。
三、无卡式预付费的原理
（一）无卡式预付费的基本概念
与传统的有卡式预购电或后付费不同，无卡式预购电方式，可由客户选择合适的付费方式，同时还具有自动抄表功能。无卡式预购电将自动抄表和预购电的特点和优势有机结合，具有丰富的应用功能和灵活性，能有效解决单独的预购电所存在的缺点。
（二）无卡式购电系统构成原理图
图1中，整个无卡式预付费流程主要由营销系统、计量一体化平台、主站前置机、集中器、采集终端、预购电电能表等组成。营销主站通过互联网以加密方式与银行联网，然后通过WebServices接口经过计量自动化平台及主站前置机进行指令数据收发,而后主站前置机通过移动公司专用网络（GPRS/CDMA信道）与系统终端集中器通信，主站系统将加密的预付电费数据下发至集中器，集中器通过电力线载波到采集终端将数据传送到RS485电能表或直接通过电力线载波将数据直接传送至载波电能表读取密钥，然后集中器通过密钥进行加密发送购电数据到电能表，电能表接收由主站下发的预付电费数据同时通过标准加密算法解释并判断所收到数据是否为合法数据并执行相应的操作或返回相关数据，主站下发的指令数据可以是充值金额或对电能表远程控制等，该系统有别于一般的IC卡预购电系统，IC卡预购电电表充值跟开通都必需通IC卡来实现。
图1 无卡式购电系统网络结构图
集中器下行通信信道可选择电力线载波方式（Power Line Carrier Method），微功率无线射频方式或专线方式连接采集终端或者无卡式预付费电能表，采集终端下行信道以RS485通信方式连接具有RS485通信接口的预付费电能表。
四、无卡式预付费硬件设备
（一）预付费电能表
预付费电能表是本系统的重要的组成部分之一，它是一个直接面对最终客户的终端设备。
1、数据存储量大。电能表终端直接进行计量、统计用户多项用电信息，如电量的小时冻结数、日冻结数、月冻结数，用户购电记录日志信息，透支记录日志信息信息，用户可以通过电能表终端可以直接了解到自己最近一个收费周期的用电量信息，免除了用户到结算时才知道自身用电情况的出现。
2、数据传输可靠性强。每个无卡式电能表终端内部具有一个密钥计算方式，对重要的用电信息操作时需要多次的通信握手才能进行，并且使用可靠的加密算法对重要数据进行加密处理，提高系统的安全性，可靠性。
3、功能设置人性化。电能表可以根据每个居民用户的用电状况的不同在营销系统的配合下，用户可以自行设置剩余电量的报警阈值，当剩余电量少于设定阈值时，系统通过短信平台系统可以直接及时地通知用户。
（二）集中器
在集中器原本功能的基础上增加了对电能表的电量下发，剩余电量查询、报警等功能满足无卡式预购电系统的功能需求，同时满足《DL/T698-1997低压电力用户集中抄表系统技术条件》及《广东电网公司低压电力用户集中抄表系统集中器上行通讯规约（1003版）》的要求。
1、通信性能可靠、稳定。集中器通过对由主站发出的GPRS信号进行接收、处理，并通过载波通道或者是485通道对下属的电能表的电量信息进行抄读、参数下发等功能，在传输的过程中对重要信息进行加密处理，保证数据的准确性与安全性。
2、对用电信息进行有效监控。集中器对各个电能表终端的电量信息进行定时监控，对重要信息进行多次比对，当发现用户剩余的用电量不足时，会以报警信息的形式上报到后台主站，配合营销系统进行催缴工作。这样可以减轻了一线营销员工的工作强度，并有效降低了电费回收风险。
五、无卡式预付费电能表总体设计
（一）硬件设计
无卡式预付费电能表的硬件设计如图3所示，硬件部分主要包括微控制器、电能计量、LCD显示、磁保持继电器驱动、通信接口和电源模块。现将主要的几部分作一些简要介绍。
图2 预付费电能表硬件设计
电能计量部分：在本设计中，选用Analog Devices公司的高性能单相电能计量芯片ADE7755，用这一计量芯片设计的电能表质量可靠，性能优于国际标准IEC10356中的规范。
控制部分：为整个电表能的心脏，实现电能脉冲的计数、掉电信号、数据通信、存储器的读写、LCD显示的控制和磁保持继电器的驱动等功能。
上行通信模块：在本设计中，电能表除了RS485通信口外，还包括负责与集中器通信的上行通信模块，模块的通信方式可选电力线载波或者微功率无线。
（二）软件设计
系统上电后，首先要进行初始化，初始化包括微处理器的特殊功能寄存器的设置，时钟/定时器参数的设置，中断的设置，随后读取EERPOM的数据。
电表内部中断负责电量的记录。当有电量脉冲到来时，中断服务程序对电量寄存器加1，随后退出中断，在主程序循环完成电计量功能。程序每0.5秒对剩余电量进行判断，如果小于零则置欠费标志，LCD及LED告警；如果大于零，判断剩余电量是否少于设定的告警阈值，少于设定阈值置低剩余电量标志，LED告警，如果大于设定阈值则继续处理计量数据。
六、结束语
无卡式预付费电能表主要针对已接入低压集中抄表系统的低压用户，以系统网络与计算机技术监测用电户的用电量，复核用电户预存电费的结余，并对低结余、零结余或负结余的用电户进行提醒、警告或停电等措施。在推广使用智能电能表工作中，可借鉴推广使用无卡式预付费电能表的经验，规避推广使用传统的卡式预付费电能表所遇到的问题和困难。应加强客户宣传、技术培训、业务管理等工作，从而在有序推进智能电能表应用的同时，有效提升供电企业优质服务的良好形象。
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