تحليل تطبيقي لعداد الطاقة مسبق الدفع من شركة Acrel ونظام إدارة الطاقة

الهاتف: +86 18702111813 البريد الإلكتروني: shelly@acrel.cn

شركة أكريلي المحدودة

خلاصة:تشرح هذه المقالة الوظائف الرئيسية لعداد الطاقة المدفوع مسبقًا ببطاقة IC التقليدية، وتحلل مزاياها وعيوبها في التطبيق؛ وتقدم بالتفصيل توسيع وظيفة عداد الطاقة المدفوع مسبقًا بعد دمج تكنولوجيا الاتصالات وتكنولوجيا التحكم الذكي وتعزيز القيمة العملية، لوصف اتجاه التطوير التقني المحتمل لعداد الطاقة المدفوع مسبقًا.

الكلمة المفتاحية:عداد الطاقة مسبق الدفع، التطبيق، التحليل

تُعدّ رسوم الكهرباء المصدر الرئيسي لتمويل شركات إمداد الطاقة، مما يُمكّنها من مواصلة الإنتاج والتطوير، ويلعب سدادها في الوقت المحدد دورًا هامًا في حركة رأس مال هذه الشركات. ونظرًا لاتباع نموذج استهلاك الكهرباء القائم على مبدأ "استخدم الكهرباء أولًا، وادفع لاحقًا" لسنوات طويلة، واتساع قاعدة مستخدمي الكهرباء، والوسائل التقنية لانقطاع التيار الكهربائي في الموقع وترشيد استهلاكه، بالإضافة إلى عدم توافق اللوائح الداعمة مع اقتصاد السوق، فقد أدى ذلك بشكل مباشر إلى زيادة مخاطر شركات إمداد الطاقة في تحصيل رسوم الكهرباء، حيث تم ضخّ القوى العاملة والموارد المالية والضغوط التشغيلية عليها على مر السنين. وفي هذا السياق، وللتكيف بشكل أفضل مع إصلاح نظام الطاقة، تم استخدام عدادات الكهرباء مسبقة الدفع على نطاق واسع.

بسبب عدم اكتمال تطبيق تقنية الاتصالات الأساسية المبكرة، أصبح توافق النظام عائقًا رئيسيًا أمام انتشار وتطبيق نظام قراءة العدادات الآلية عن بُعد لإدارة قياس الطاقة الكهربائية، وخاصةً توافق بروتوكول الاتصال وعدم اتساق معايير التصنيع. في ظل البيئة السائدة آنذاك، لم يكن أمام عداد الطاقة مسبق الدفع ببطاقة IC خيار سوى تجنب اختناقات تطبيق تقنية الاتصالات.

1. عداد الطاقة مسبق الدفع من نوع البطاقة

1.1 الوظيفة الرئيسية

1.1.1 وظيفة القياس: قياس الطاقة النشطة في مرحلة واحدة؛ توفير الطاقة التاريخية، ولديه وظيفة تجميد الطاقة.

١.١.٢ وظيفة متعددة التعريفات: فترة زمنية قابلة للبرمجة، تعريفات متعددة. ساعة التوقيت مزودة بوظيفة تعويض درجة الحرارة.

١.١.٣ وظيفة الاتصال: مع واجهة RS485 وواجهة اتصال بالأشعة تحت الحمراء. واجهة RS485 معزولة كهربائيًا عن داخل العداد، وتتميز بتصميم حماية ضد تيار متردد ٢٢٠ فولت.

1.1.4. وظيفة العرض: شاشة LCD، يمكن للزر تشغيل العرض تلقائيًا، وتعرض الواجهة معلومات مثل الكمية المتبقية، والطاقة الإجمالية، وسعر الكهرباء الحالي، وما إلى ذلك.

١.١.٥. وظيفة نسخ معلومات شراء الطاقة: لكل عداد بطاقة واحدة، أي أن كل عداد يتوافق مع بطاقة IC واحدة فقط. عند إدخال البطاقة لنقل الطاقة، تُنسخ معلومات استهلاك الكهرباء من العداد تلقائيًا إلى بطاقة IC؛ وعند شراء الكهرباء مجددًا، تُسجل معلومات البطاقة تلقائيًا في الحاسوب لحفظها والتحقق من بياناتها.

1.1.6. وظيفة تذكير إعادة شحن العداد: بشكل عام، هناك إنذار عرض وإنذار انقطاع التيار الكهربائي، كما يزيد من وظيفة قطع الحمل.

١.١.٧. وظيفة التحكم في الحمل الزائد: من خلال ضبط حد الطاقة، يمكن التحكم في إيقاف التشغيل عند الحمل الزائد. يمكن ضبط وقت إيقاف التشغيل بطريقتين: إيقاف التشغيل الفوري أو إيقاف التشغيل المؤجل. يمكن استعادة الطاقة بالضغط على الزر أو إدخال البطاقة.

١.١.٨. وظيفة التحكم بالدفع المسبق: يُطبّق العداد آلية إدارة شراء الكهرباء أولاً ثم استخدامها. عند عدم وجود شحن في العداد، يقوم مفتاح الحمل بقطع التيار الكهربائي تلقائيًا. بعد شحن العداد، يُعاد إغلاقه لاستعادة وظيفة إمداد الطاقة. مع التطوير المستمر، أُضيفت وظيفة السحب على المكشوف، والتي تسمح بالسحب على المكشوف بشكل معتدل وفقًا للحالة الفعلية. يمكن ضبط السحب على المكشوف. بعد اكتمال السحب على المكشوف، يُطفأ العداد، ويُشحن جزء السحب على المكشوف تلقائيًا ويُخصم عند إعادة شحن العداد في المرة التالية.

١.١.٩. وظيفة منع احتكار الطاقة: بفضل التحكم الكلي في سياسة أسعار الكهرباء، ولمنع تحميل عداد الكهرباء بكمية زائدة، يُمنع العميل من تحميل كمية زائدة من الطاقة دفعة واحدة من خلال تحديد حدّ استهلاك الطاقة في العداد.

١٠. وظيفة حماية الأمان: تُستخدم تقنية بطاقة وحدة المعالجة المركزية (CPU) بشكل عام لتصميم أمان النظام. تتم المصادقة الأمنية لعداد الطاقة الكهربائية لبطاقة وحدة المعالجة المركزية وبطاقة وحدة المعالجة المركزية من خلال وحدة ESAM في عداد الطاقة. يقتصر دور وحدة التحكم الدقيقة (MCU) في عداد الطاقة لبطاقة وحدة المعالجة المركزية على نقل البيانات أثناء عملية المصادقة، ولا تشارك في تشفير البيانات وفك تشفيرها. عند بيع الكهرباء، يمكن من خلال سلسلة من اختبارات المصادقة الرئيسية تنفيذ عمليات مثل تأكيد بطاقة شراء الطاقة، ومنح الإذن بكتابة المعلومات على بطاقة شراء الطاقة، ومنح الإذن بحذف الملفات الثنائية.

1.2 الميزة الرئيسية

١.٢.١ تحسين كفاءة ودقة قراءة العدادات. من خلال واجهة RS485 وواجهة الاتصال بالأشعة تحت الحمراء، يمكن استخدام جهاز قراءة العدادات المحمول المقابل لنسخ البيانات دفعةً واحدةً في الموقع. وهذا له تأثيرٌ بالغ الأهمية على الوضع الحالي، حيث ازداد عدد عدادات الطاقة التي تديرها شركات إمدادات الطاقة بشكلٍ ملحوظ.

١.٢.٢ حل مشكلة المتأخرات بفعالية. انخفاض ملحوظ في تكاليف تشغيل تحصيل فواتير الكهرباء، وتعزيز أمان تحصيل رسوم الكهرباء.

١.٢.٣ تخفيف تناقضات صعوبات الدفع. مع الزيادة الكبيرة في عدد العملاء وتركيز فترات الدفع نسبيًا، يُصبح من السهل جدًا أن يُسبب نموذج الشحن التقليدي ازدحامًا في عمليات الدفع. وقد أدى استخدام عدادات الطاقة مسبقة الدفع إلى تقليل الضغط على رسوم العداد ومخاطر الخدمة بشكل كبير.

1.3 مشاكل في التطبيق

١.٣.١ ضعف القدرة على مقاومة الهجمات. يُعد فقدان وتلف بطاقة الدائرة المتكاملة، وخاصة منافذ القراءة والكتابة المفتوحة، عرضةً للهجمات الخارجية. يصعب الحصول على الأدلة بعد التعرض للهجوم، مما يُسبب فشل نظام الرقابة الداخلية، كما أن النزاعات الكهربائية شائعة.

١.٣.٢ تُعدّ الإدارة صعبة. نظرًا لسرعة وعشوائية شراء الطاقة من بطاقات IC، زاد قسم إمداد الطاقة من ضغط بيعها. في الوقت نفسه، ولضمان أمان البيانات، تُستخدم بطاقات وحدة المعالجة المركزية الذكية على نطاق واسع حاليًا. يضمن نظام COS ومصادقة المفاتيح الديناميكية أمان البيانات، كما يزيدان من عبء إدارة قسم إدارة الطاقة. علاوة على ذلك، يُزيد عرض الروابط المتعددة من احتمالية حدوث أعطال غير متوقعة.

١.٣.٣ لا تتسم سياسة تعديل أسعار الكهرباء بالمرونة الكافية. يُحدد سعر الكهرباء ويُسجل في عداد الطاقة مسبق الدفع عند شراء الكهرباء. ونظرًا لعدم إمكانية تعديل سعر الكهرباء المُخزّن في عداد الطاقة مسبق الدفع المزود ببطاقة IC بشكل فوري، فإن كل تعديل في السعر يُثقل كاهل شركة تزويد الطاقة، مما قد يُثير تساؤلات لدى العملاء.

١.٣.٤ جمع البيانات لا يتم في الوقت المناسب. فهو لا يعكس حالة استهلاك الكهرباء للعميل في الوقت الفعلي، ولا يرصد سرقة الكهرباء بفعالية، ولا يلبي احتياجات الإدارة اللحظية لأتمتة إدارة الكهرباء.

١.٣.٥ لا تتمتع طريقة شراء الطاقة بقابلية عالية للتوسع الوظيفي. يصعب على نظام الدفع المسبق الذي يستخدم بطاقات IC كوسيلة لنقل البيانات ربطها بفعالية مع الخدمات المصرفية عبر الهاتف والإنترنت وغيرها من طرق شراء الكهرباء. غالبًا ما يشتري العملاء الكهرباء من منافذ البيع بالبطاقات، مما يقلل من جودة خدمة تسويق الكهرباء ويزيد من عبء العمل على شركات توريد الطاقة. لذلك، ولحل مشاكل وعيوب التطبيق الفعلي لعدادات الطاقة مسبقة الدفع ببطاقات IC، تم حل مشكلة توافق نظام الاتصالات. يوفر اختراق اختناقات التكنولوجيا الأساسية مساحة واسعة قد لا يمكن تصورها لتطبيق عدادات الطاقة مسبقة الدفع عن بُعد.

2- دمج عداد الطاقة المدفوع مسبقًا ونظام قراءة العداد عن بعد

٢.١ تشمل طرق الاتصال الأساسية في نظام قراءة العدادات عن بُعد بشكل رئيسي اتصالات الألياف الضوئية، واتصالات خطوط الهاتف، وناقل RS485، وكابل التلفزيون، والإنترنت، واتصالات ناقل الطاقة، وناقل الأجهزة، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وشبكات GPRS وCDMA، وغيرها. لكل طريقة اتصال مزاياها وعيوبها وجوانب تطبيقها. مع خصائص صناعة شركات إمداد الطاقة، والتطبيق العملي لنطاق انتشار ناقل الطاقة منخفض الجهد، وتقنية القفز الترددي، والتوجيه، والترحيل (يمكن ضبط عداد الناقل ديناميكيًا كموجه أو مستجيب بواسطة المكثف المحلي عبر خط الطاقة)، ​​والتطبيق العملي للرقائق الخاصة، يعتمد نظام قراءة العدادات التلقائية عن بُعد منخفض الجهد بشكل أساسي على طريقة قراءة العدادات المركزية لناقل الطاقة، ونقل GPRS عن بُعد، وسلسلة الحلول التقنية لعدادات الطاقة مسبقة الدفع.

٢.٢ هيكل النظام: يتكون نظام قراءة العدادات المركزية لحامل خطوط الكهرباء من محطات قراءة رئيسية مركزية، ومجمعات، ومكثفات، وعدادات، ومعدات أخرى. وفقًا لظروف الموقع، تُنشأ شبكة مخصصة، وتُجرى قراءة العدادات والتحكم في استهلاك الكهرباء وإدارته من خلال برنامج. يتكون النظام من ثلاث طبقات مادية وطبقتي وصل. يعتمد جمع بيانات المحطة الرئيسية على هيكل نجمي، أي أن مركز إدارة استهلاك الطاقة هو طبقة إدارة لمجمعات متعددة؛ تتصل المحطة الرئيسية بمجمع البيانات عبر شبكة GPRS؛ تتصل المجمعات عبر خطوط كهرباء منخفضة الجهد، وتُثبت في صندوق العداد، وتتصل المجمعات وعدادات طاقة العميل بالتوازي عبر واجهة RS485 لتشكيل طبقة العميل.

2.3 ميزات النظام

2.3.1 اعتماد طريقة الاتصال PLC (حامل خط الطاقة): الاستخدام الفعال لهيكل طوبولوجيا شبكة الطاقة، والبناء السهل.

2.3.2 مجموعة البيانات الأساسية: يمكن تحديد جميع العملاء المدرجين في نظام النسخ المركزي للنسخ (نسخ النقاط، النسخ الكامل)، والنسخ متعدد النقاط لتشكيل مجموعة بيانات أساسية، والتحليلات المختلفة (فقدان الخط، معدل متعدد، الحمل، وما إلى ذلك)، لتلبية احتياجات الإدارة الذكية المختلفة للعملاء.

٢.٣.٣ دمج البرمجيات والأجهزة: يُراعي تصميم النظام احتياجات المستخدمين وراحتهم بشكل كامل. بالاعتماد على برمجيات ثابتة، تُنجز جميع عمليات تعويض وظائف النظام، وتعديلات الإدارة، وإضافة العمليات (مثل التحكم عن بُعد) بواسطة برامج خلفية.

2.3.4 يتميز بسهولة التركيب، والموثوقية العالية، والسلامة العالية، وسهولة الصيانة. كما يتميز بانخفاض تكلفة المشروع، وسهولة صيانة النظام، وانخفاض تكلفة التشغيل.

2.4 تطبيق الوظائف الرئيسية

يتعاون عداد الطاقة المدفوع مسبقًا عن بعد مع نظام إدارة استهلاك الطاقة لتحقيق وظائف مثل قراءة العداد عن بعد والدفع المسبق عن بعد ومنع سرقة الكهرباء وإدارة الحمل.

2.4.1 قراءة العداد عن بعد

تستطيع المحطة الرئيسية قراءة العداد عشوائيًا، وتحديد ما إذا كان عداد الطاقة في الموقع معطلًا أو استهلاك الكهرباء غير طبيعي بناءً على بيانات القراءة. كما تستطيع المحطة الرئيسية قراءة العداد وفقًا لروتين القراءة، وإرسال بيانات القراءة إلى نظام معلومات إدارة تسويق الطاقة لحساب تكلفة الكهرباء. وفي الوقت نفسه، تستطيع المحطة الرئيسية أيضًا تمكين عداد الطاقة الكهربائية من إرسال بيانات الموقع بانتظام عبر الإعدادات عن بُعد.

2.4.2 الدفع المسبق عن بعد

يمكن للعملاء شراء الكهرباء بأشكال مختلفة لتجنب فترات الذروة في الدفع. عندما يكون الرصيد المتبقي في عداد العميل صفرًا، يُصدر العداد إشارة فصل لإيقاف التيار الكهربائي عن طريق المُرحّل الداخلي أو مفتاح التحكم في الحمل الخارجي، مما يُجنّبهم التأخير في الدفع. تُعد طريقة الدفع المسبق عن بُعد آمنة وموثوقة، حيث تُجنّبهم حالات فشل مثل عدم قراءة البطاقة وأخطاء المعلومات الناتجة عن نقل المعلومات عبر بطاقة IC. في الوقت نفسه، عند تعديل سعر الكهرباء، يُمكن تعديل مُعاملات سعر الكهرباء في عداد الطاقة في الموقع على دفعات وفي الوقت المناسب من خلال المحطة الرئيسية، وذلك لضمان مزامنة مُعاملات سعر الكهرباء في عداد الطاقة في الموقع مع تعديل السعر.

2.4.3 مكافحة السرقة

عند تغير معلمات عداد الطاقة الكهربائية في الموقع أو وجود أعطال مثل فقدان الجهد والتيار أو سوء التوصيل، يمكن إبلاغ المحطة الرئيسية تلقائيًا بالعداد. توجه إلى الموقع لإجراء فحص. هذه الميزة تُمكّن من توفير الكهرباء بفعالية ومنع المشاكل قبل وقوعها.

2.4.4 إدارة الحمل

تجمع محطة التحكم الرئيسية بيانات الجهد والتيار والقدرة والكهرباء وغيرها من عداد الطاقة في الموقع لتحليل الأحمال وإدارتها. بناءً على البيانات الحالية، يُرسم منحنى الحمل لمراقبة تغيرات الحمل الكهربائي. بناءً على بيانات الجهد، يُحسب معدل تأهيل الجهد. من خلال ضبط حد الطاقة النشطة في عداد الطاقة، يمكن التحكم في استهلاك الطاقة الزائد للعميل.

تحليل المكسب 2.5

٢.٥.١ بفضل استخدام قراءة العدادات عن بُعد، يُمكن توفير قدر كبير من تكاليف القوى العاملة لقارئي العدادات. وفي الوقت نفسه، يُمكن تجنب أخطاء القراءة اليدوية للعدادات، واكتشاف أعطال العدادات في الوقت المناسب، مما يُحسّن مستوى الخدمة.

2.5.2 بفضل تنفيذ الدفع المسبق، تم تقليص المتأخرات بشكل كبير، وتحسين معدل استرداد رسوم الكهرباء، وتخفيض تكاليف تشغيل استعادة الكهرباء في الموقع في إدارة استرداد رسوم الكهرباء.

2.5.3 نظرًا لأنه يمكن إجراء مراقبة عبر الإنترنت لحالة تشغيل عداد الطاقة الكهربائية في الموقع، فإنه يمكن أن يمنع سرقة الكهرباء بشكل فعال ويقلل من فقدان الكهرباء غير المعروف.

2.5.4 بفضل التحكم التلقائي في الحمل، يتم القضاء على حدوث حرق عداد الحمل الزائد، وفي الوقت نفسه، يتم تجنب ظاهرة عدم قيام العملاء بإجراء تقييم لسعر الكهرباء حسب وقت الاستخدام ومعدل الطاقة بسبب عدم الإبلاغ عن سعة استهلاك الطاقة.

3. سيناريو تطبيق منتجات Acrel Prepaid

3.1 الوظيفة

تحصيل رسوم عدادات الكهرباء المدفوعة مسبقًا والتحكم فيها وسداد المتأخرات؛ توفير وحدة إدارة الدفع اللاحق؛ وحدة تحليل استهلاك الطاقة؛

تحصيل الإيجارات ورسوم العقارات والمتأخرات؛

رسوم الكهرباء المشتركة في الأماكن العامة؛

إمكانية قراءة العدادات والقياس في الأماكن العامة ومحطات الكهرباء الفرعية؛

الدفع المسبق + استهلاك الطاقة في المباني، نظام متكامل لقياس الطاقة المصنفة والبنود الفرعية؛

الإدارة المالية المركزية والسيطرة على مجموعات الممتلكات/العقارات، وسلطة منفصلة للعقارات الفرعية؛

الحل اللاسلكي سهل التعديل وسهل التصحيح

4. اختيار المنتج

5. الخاتمة

على الرغم من تزايد عيوب عدادات الطاقة التقليدية مسبقة الدفع، والتي قد تحول دون تلبية احتياجات إدارة الكهرباء الحديثة، إلا أنها لا تزال تحظى بقدر من التطبيق على المدى القصير، وخاصة في المناطق ذات قاعدة المشتركين المتفرقة. من ناحية أخرى، ومع التطور المستمر للمجتمع، ستتكامل عدادات الطاقة مسبقة الدفع بشكل أوثق مع تكنولوجيا الاتصالات والتحكم الذكي (على سبيل المثال، قد تحل عدادات الطاقة مسبقة الدفع عن بُعد، القائمة على تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة، محل عدادات الطاقة التقليدية مسبقة الدفع التي تعمل ببطاقة IC تمامًا). بالنسبة لعدادات الطاقة مسبقة الدفع، يُعدّ اعتماد خاصية "التحكم الذكي عن بُعد في الوقت الفعلي" اتجاهًا تكنولوجيًا حتميًا للتوسع. بالنسبة لشركات إمدادات الطاقة، سيساهم تعميم وتطبيق خاصية "التحكم الذكي عن بُعد في الوقت الفعلي" في تحسين مستوى إدارة وجودة خدمة استهلاك الكهرباء اليومي بشكل مستمر.

مراجع:

[1] دليل تصميم وتطبيق شبكات الطاقة الصغيرة من Acrel Enterprise. الإصدار 2022.05