延安新区北区能源小区项目远程预付费及能耗云系统的研究与应用
摘要：介绍延安新区北区-能源小区项目远程预付费及能耗云系统，采用智能预付费多用户计量箱ADF300进行远程分合控制，达到预付费使用功能，同时对现场的两间低压配电室以及各栋楼单元的总进线配电箱的多功能电表数据进行采集汇总统计分析。系统采用现场就地采集及4G无线组网的方式，组网后通讯并远传至云平台，通过AcrelCloud-3200预付费云平台系统实现对安装了ADF300多用户计量箱的配电回路用电的收费；通过Acrel-5000Cloud能源管理云平台系统实现对A、B区专变配电室及各栋楼单元用能的统计分析。
关键词：预付费电能表；Acrel-3200型；ADF300
0 概述
延安能源小区项目位于陕西省延安市新区，此项目共包含两个地块，其中A地块14栋楼，B地块10栋楼，两个地块隔了一条马路，A地块和B地块之间无法施工布线组网，物业值班室位于A地块。
本项目为延安能源小区提供解决方案。本项目共有ADF300多用户预付费计量箱101台，针对小区地下仓库用电的性质实现用电的智能化管理，以保证先收费后用电；同时现场A区专变、B区专变配电室及各栋楼单元配电总箱上合计254只多功能电表，通过对各电表的用电进行统计分析，以达到整个小区用电量及负荷的实时了解及管控帮助管理人员发现潜在的节能机会，提高能源利用效率，科学有效地管理能源使用，从而降低能源使用费用，为建立节约型社会发挥作用。
1 系统结构描述
本监控系统主要实现延安能源小区项目远程预付费及能耗云系统，对小区地下室仓库配电箱的末端用户配电系统进行收费管理及整个小区能源消耗的管理；监控现场101台ADF300多用户预付费计量箱，254只多功能仪表，各智能设备通过485总线手拉手连接到就近的数据采集箱，每台数据采集箱内配置一台4G路由器，通过4G路由器里的流量实现各处仪表与监控云平台的数据连通，完成收费管理及能耗统计分析的系统功能。
本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图所示：
A区专变网络拓扑图
B区专变网络拓扑图
A区1#、2#楼网络拓扑图
A区3#、4#楼网络拓扑图
A区6#、7#楼网络拓扑图
A区5#、8#楼网络拓扑图
A区9#、10#楼网络拓扑图
A区11#、12#楼网络拓扑图
A区13#、14#楼网络拓扑图
B区2#、3#楼网络拓扑图
B区4#、7#楼网络拓扑图
B区5#、6#楼网络拓扑图
B区8#、9#楼网络拓扑图
B区1#、10#楼网络拓扑图
间隔设备层主要为：预付费多用户计量箱ADF300以及配电柜及配电箱上安装的多功能电表。这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网至就近的数据采集箱，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：串口服务器，4G路由器。主要功能为把分散在现场的采集装置集中采集并通过4G无线网传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有阿里云服务器、工控机、显示器、打印机等设备。远程预付费及能耗云系统部署在阿里云服务器上，集中采集现场设备运行状况，在工控机的对应网页上以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据传输速率为10Mbps。
RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达30个设备，传输距离为1.2km。
2 B/S架构远程预付费云电能管理系统主要功能
本系统包括五大模块，分别是登陆模块、系统配置模块、用户（商铺）管理模块、售电管理模块、报表中心模块。
集中抄表服务程序常年运行在阿里云服务器上，不间断定时对所有表进行远程抄表；远程预付费系统包含所有开户、售电、遥控及报表功能。主要特点如下：
a. 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；
b. 远程集中抄表：免去人工抄表，电表状态实时性可准确到3分钟以内；
c. 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；
d. 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；
e. 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；
f. 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；
g. 能耗分析及查询：用户和管理员都可查询预付费表或各类接入的计量仪表每天的用能状况；
传统的IC卡预付费售电管理系统实现了先交费后用电的管理模式，但由于抄收电表数据依赖于购电卡，用户用电数据滞后于发生时间，不仅需要人工抄表，也无法有效进行用电管理、监控和实时控制。
利用远程预付费电能管理系统，无需IC卡，可以实现计算机远程集中抄表、实时监控、远程充值和远程控制，物管部门即可完成整个抄表、收费、控制和核查工作，实现高度信息化和自动化，大大提高用电营销管理效率和水平，节约人力物力的同时，也提高了经济效益，同时还具有防信息泄露防窃电的安全功能。
3 案例分析
延安能源小区项目地下室分配电箱采用安科瑞公司多用户预付费计量箱ADF300，该仪表主要测量电度值、剩余电量、剩余金额等电参量。
现场实现了以下功能：
1.集中抄表服务系统
集中抄表服务程序包含三大模块，除了常年运行的定时对所有仪表进行集中远程抄表以外，还集成了报警短信发送服务，能将电费金额预警和欠费预警自动生成手机短信自发送给对应的用户，该功能需要与阿里云短信推送服务配合使用。
系统默认半小时对所有表进行一次远程集中抄表，时间间隔支持个性化配置。
2.远程预付费电能管理系统
本系统包括五大模块，分别是登陆模块、系统配置模块、用户（商铺）管理模块、售电管理模块、报表中心模块，主要功能如下：
1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；
2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；
3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；
4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；
5）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。
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需要；同时支持和解决了项目改造后新老表切换时，老表金额转入的问题；支持峰谷电价，支持一表一电价；可对单表设置功率过载的阈值，也支持设置单表金额报警的两级阈值。
批量远程操作场景中，系统提供了多项功能，针对开户、报警1、报警2、欠费、未开户、失联状态都有不同的颜色显示；并且支持远程对仪表进行遥控，遥控的命令类型如下：
1.电价下发；2.设置下发（下发报警金额阈值和过载功率阈值）；3.保电（强制仪表合闸）；4.恢复预付费（欠费自动跳闸的模式）；5.拉闸（强制断电）；6.抄表导出（导出当前所有表状态为EXCEL）
系统还将电能计量仪表接入系统，进行远程集中抄表后，提供了辅助的能耗查询报表，为能耗分析、用能比对和安全用电提供强有力的依据。
系统还提供了多个报表以供查询，分别是日/月/年财务销售统计报表、失联表/通讯管理机查询报表、能耗查询报表、实时报警/历史报警查询报表，支持导出。以下是财务报表和预付费表日用能查询报表：
售电查询界面
电销售报表界面
电综合报表界面
4 B/S架构能耗云管理系统主要功能
综合能耗主界面
当日电用能曲线
反映建筑物当年用能各分类能耗和折算为标准煤的综合能耗，并计算得到单位面积能耗；
通过表计计量的主要为电能消耗，界面下方显示电能的当日逐时用能曲线；单击每个分类能耗的上部区域，可跳转到该分类能耗的用能分析主界面；
可通过下拉框切换建筑物，建筑物图片可根据项目要求替换；
分类能耗主界面
反映某分类能耗（例如电）当日及昨日同期、当月及上月同期、当年及上年同期的用能及对比，增长百分比及增加值；
反映某分类能耗过去48小时、过去31天、过去12个月、过去3年的用能趋势；
反映某分项能耗的当月用能饼图；
反映某分类能耗当年各月用能同比分析图；
分类能耗支路用能统计报表
可灵活选择支路，并统计某段时间内支路用能的日、月、周、季、年用能；
通过透视表功能强大，用户可进行多种数据统计，并对数据进行组合排序；
统计数据可通过柱状图、点线图、堆积图、饼图等多种图表展示；
统计数据可导出至Excel；
分类能耗支路非工作日用能
统计对各支路工作日和非工作日用能，非工作日可通过系统灵活设置
统计数据可导出至Excel；
分类能耗支路同比分析
统计各支路当年每月用能及去年同期用能；
分类能耗支路用能集抄
查询各支路任意两个时间的表计读数，并计算出差值；
时间精度到分钟；
分类能耗支路分时段用能趋势分析
可查询任一支路某段时间内的用能参数（例如电压、电流、功率、功率因数等），具体可查询的参数与安装的仪表和系统配置有关，查询时不可跨月；
数据以图表或表格的形式显示，图表可通过鼠标操作放大、缩小、移动；可对数据进行排序（大值、小值）；
数据可导出至Excel;
5 结束语
随着社会生产的进步，在商业及小区用电量不断增长、对供电质量要求不断提高的同时，也存在大量拖欠电费的情况，加重了物业的经营风险。为了提高电费收缴率，规避恶意欠费造成的经济损失，我公司特提供远程预付费解决方案，系统不但可以预收电费，实现“先交钱、后用电”，又可针对用户有选择性的进行限电。现场通过远程预付费的系统，实现了先交费后用电，可以避免延安能源小区物业电费垫资问题，从而缓解了物业运营的资金压力，防止了私接偷电的问题；同时对能源小区的用电进行统计分析，帮助管理人员发现潜在的节能机会，提高能源利用效率，科学有效地管理能源使用，从而降低能源使用费用，为建立节约型社会发挥作用。做能源小区项目的节能工作，对促进和带动节能工作，实现节能减排目标具有重要意义。
