Anwendungsanalyse des Prepaid-Energiezählers und Energiemanagementsystems von Acrel

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Acrel Co., Ltd.

Abstrakt:In diesem Artikel werden die Hauptfunktionen des herkömmlichen Prepaid-Energiezählers mit IC-Karte erläutert, seine Anwendungsvorteile und -nachteile analysiert, die Funktionserweiterung des Prepaid-Energiezählers durch die Integration von Kommunikationstechnologie, intelligenter Steuerungstechnologie und Förderung des praktischen Werts detailliert vorgestellt und die möglichen technischen Entwicklungstrends des Prepaid-Energiezählers beschrieben.

Stichwort:Prepaid-Energiezähler, Anwendung, Analyse

Stromgebühren sind die wichtigste Finanzierungsquelle für Energieversorgungsunternehmen, um Produktion und Entwicklung aufrechtzuerhalten. Die rechtzeitige Zahlungsfähigkeit spielt eine wichtige Rolle für den Kapitalfluss der Energieversorgungsunternehmen. Das langjährige Stromverbrauchsmodell „Strom zuerst nutzen, später bezahlen“, die breite Nutzerbasis, die technischen Möglichkeiten von Stromausfällen und Stromrationierung vor Ort sowie die Unvereinbarkeit der unterstützenden Vorschriften mit der Marktwirtschaft führen direkt zu einem enormen Risiko für die Energieversorgungsunternehmen bei der Erhebung von Stromgebühren. Über die Jahre wurden Personal, finanzielle Ressourcen und operativer Druck in die Gebührenerhebung investiert. In diesem Zusammenhang werden Prepaid-Stromzähler häufig eingesetzt, um sich besser an die Reform des Stromsystems anzupassen.

Aufgrund der unausgereiften Anwendung der frühen Kernkommunikationstechnologie wurde die Systemkompatibilität zu einem wichtigen Hindernis für die Verbreitung und Anwendung des Fernablesungssystems für die Verwaltung der Strommessung, insbesondere die Kompatibilität des Kommunikationsprotokolls und die Inkonsistenz des Fertigungsstandards. Unter den damaligen Bedingungen blieb dem Prepaid-Stromzähler mit IC-Karte nichts anderes übrig, als den Anwendungsengpass der Kommunikationstechnologie zu umgehen.

1.I Kartentyp Prepaid-Energiezähler

1.1 Hauptfunktion

1.1.1 Messfunktion: Einphasige Messung der Wirkenergie; Speicherung des historischen Stromverbrauchs und Funktion zum Einfrieren des Stromverbrauchs.

1.1.2 Multitariffunktion: Programmierbare Einstellzeiträume, mehrere Tarife. Die Zeitschaltuhr verfügt über eine Temperaturkompensationsfunktion.

1.1.3 Kommunikationsfunktion: mit RS485-Schnittstelle und Infrarot-Kommunikationsschnittstelle. Die RS485-Schnittstelle ist grundsätzlich vom Messgeräteinneren elektrisch isoliert und gegen Zugriffe durch Wechselstrom (220 V) geschützt.

1.1.4. Anzeigefunktion: LCD-Anzeige, die Taste ermöglicht einen automatischen Anzeigewechsel, die Schnittstelle zeigt beispielsweise die verbleibende Menge, die Gesamtleistung, den aktuellen Strompreis usw. an.

1.1.5. Funktion zum Zurückkopieren von Informationen beim Stromkauf: Ein Zähler und eine Karte, d. h. ein Zähler kann nur einer IC-Karte entsprechen. Beim Einstecken der Karte zur Stromübertragung werden die Stromverbrauchsinformationen des Zählers automatisch auf die IC-Karte zurückkopiert. Beim nächsten Stromkauf werden die Informationen der Karte zur Archivierung und Datenüberprüfung automatisch in den Computer geschrieben.

1.1.6. Erinnerungsfunktion zum Aufladen des Zählers: Im Allgemeinen gibt es einen Anzeigealarm und einen Stromausfallalarm sowie eine zusätzliche Funktion zum Abschalten der Last.

1.1.7. Überlastkontrollfunktion: Durch Einstellen der Leistungsschwelle kann die Lastseite bei Überlast abgeschaltet werden. Die Abschaltzeit kann auf zwei Arten eingestellt werden: sofortige Abschaltung oder verzögerte Abschaltung. Die Stromversorgung kann durch Drücken der Taste oder Einstecken der Karte wiederhergestellt werden.

1.1.8. Prepaid-Kontrollfunktion: Der Zähler ermöglicht die Verwaltung, zuerst Strom zu kaufen und dann zu verbrauchen. Liegt kein Strom mehr im Zähler, unterbricht der Lastschalter im Zähler automatisch die Laststromversorgung. Nach dem Laden schaltet sich der Zähler wieder ein, um die Laststromversorgung wiederherzustellen. Im Zuge der kontinuierlichen Verbesserung wurde eine Überziehungsfunktion hinzugefügt, die je nach Situation eine moderate Überziehung ermöglicht. Die Überziehung kann eingestellt werden. Nach Abschluss der Überziehung wird der Zähler ausgeschaltet und der Überziehungsbetrag beim nächsten Laden automatisch berechnet und abgezogen.

1.1.9. Anti-Stromhortungsfunktion: Um zu verhindern, dass zu viel Strom (Menge) in den Zähler geladen wird, wird der Kunde durch die Makrosteuerung der Strompreispolitik daran gehindert, zu viel Strom (Menge) auf einmal zu laden, indem der Stromhortungsschwellenwert im Zähler eingestellt wird.

10. Sicherheitsschutzfunktion: CPU-Kartentechnologie wird üblicherweise für die Systemsicherheit eingesetzt. Die Sicherheitsauthentifizierung des CPU-Karten-Stromzählers und der CPU-Karte erfolgt über das ESAM-Modul im Stromzähler. Die MCU des CPU-Karten-Stromzählers übernimmt lediglich die Datenübertragung während des Authentifizierungsprozesses und ist nicht an der Ver- und Entschlüsselung der Daten beteiligt. Beim Stromverkauf können durch eine Reihe von Schlüsselauthentifizierungstests Vorgänge wie die Bestätigung der Strombezugskarte, die Berechtigung zum Schreiben von Informationen auf die Strombezugskarte und die Berechtigung zum Rückschreiben und Löschen von Binärdateien realisiert werden.

1.2 Hauptvorteil

1.2.1 Verbesserung der Effizienz und Genauigkeit der Zählerablesung. Über die RS485-Schnittstelle und die Infrarot-Kommunikationsschnittstelle kann das entsprechende Handmessgerät zur Stapeltranskription vor Ort genutzt werden. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die aktuelle Situation, da die Anzahl der von Energieversorgungsunternehmen verwalteten Energiezähler stark zugenommen hat.

1.2.2 Wirksame Lösung des Zahlungsrückstandsproblems. Deutlich reduzierte Betriebskosten für die Stromrechnungseinziehung und verbesserte Sicherheit bei der Stromgebühreneinziehung

1.2.3 Linderung des Widerspruchs der Zahlungsschwierigkeiten. Angesichts der stark gestiegenen Kundenzahl und der relativ konzentrierten Zahlungszeitfenster kann es beim herkömmlichen Abrechnungsmodell sehr leicht zu Zahlungsüberlastungen kommen. Der Einsatz von Prepaid-Stromzählern hat den Druck auf die Schaltergebühren und die Servicerisiken erheblich reduziert.

1.3 Probleme bei der Anwendung

1.3.1 Schlechte Abwehrfähigkeit. Der Verlust und die Beschädigung der Chipkarte, insbesondere der offenen Lese- und Schreibports, machen sie anfällig für externe Angriffe. Nach einem Angriff ist es schwierig, Beweise zu sichern, was zum Ausfall des internen Kontrollsystems führt, und es kann leicht zu Stromstreitigkeiten kommen.

1.3.2 Die Verwaltung ist schwierig. Aufgrund der plötzlichen und zufälligen Stromkäufe per IC-Karte steigt der Druck auf die Stromversorgungsabteilung, Strom zu verkaufen. Gleichzeitig werden zur Gewährleistung der Datensicherheit häufig intelligente CPU-Karten eingesetzt. Deren COS-System und dynamische Schlüsselauthentifizierung gewährleisten zwar die Datensicherheit, erhöhen aber gleichzeitig den Verwaltungsaufwand der Energieverwaltungsabteilung. Zudem erhöht die Multi-Link-Demonstration das Risiko unerwarteter Ausfälle.

1.3.3 Die Anpassungsfähigkeit der Strompreispolitik ist gering. Der Strompreis wird beim Stromkauf ermittelt und in den Prepaid-Stromzähler eingetragen. Da der im IC-Karten-Prepaid-Stromzähler gespeicherte Strompreis nicht in Echtzeit angepasst werden kann, bedeutet jede Preisanpassung einen erheblichen Arbeitsaufwand für das Energieversorgungsunternehmen und birgt zudem die Gefahr von Kundenfragen.

1.3.4 Die Datenerfassung erfolgt nicht zeitnah. Sie kann den Stromverbrauch des Kunden nicht in Echtzeit wiedergeben, Stromdiebstahl nicht effektiv überwachen und die Echtzeit-Management-Anforderungen der Strommanagement-Automatisierung nicht erfüllen.

1.3.5 Die funktionale Skalierbarkeit der Strombezugsmethode ist nicht hoch. Das Prepaid-System mit Chipkarten als Datenübertragungsmedium lässt sich nur schwer mit Telefonbanking, Online-Banking und anderen Strombezugsmethoden verknüpfen. Kunden kaufen Strom häufig mit Karten an Stromverkaufsstellen, was die Servicequalität im Stromvertrieb mindert und den Arbeitsaufwand der Energieversorgungsunternehmen erhöht. Um die Probleme und Nachteile bei der praktischen Anwendung von Prepaid-Stromzählern mit Chipkarten zu beheben, wird daher das Kompatibilitätsproblem des Kommunikationssystems gelöst. Die Beseitigung des Engpasses in der Kerntechnologie eröffnet einen bislang unvorstellbar großen Spielraum für die Fernanwendung von Prepaid-Stromzählern.

2 Integration von Prepaid-Energiezähler und Zählerfernauslesung

2.1 Die grundlegenden Kommunikationsmethoden im Fernablesungssystem für Zähler umfassen hauptsächlich Glasfaserkommunikation, Telefonleitungskommunikation, RS485-Bus, Fernsehkabel, Internet, Stromleitungsträgerkommunikation, Instrumentenbus, Satellitenkommunikation, GPRS und CDMA usw. Alle Arten von Kommunikationsmethoden haben ihre Vor- und Nachteile sowie ihre anwendbaren Aspekte. Kombiniert mit den Branchenmerkmalen von Energieversorgungsunternehmen und der praktischen Anwendung der Niederspannungs-Stromleitungsträger-Spreizspektrum-, Frequenzsprung-, Weiterleitungs- und Relaistechnologie (der Trägerzähler kann vom lokalen Konzentrator über die Stromleitung dynamisch als Router oder Transponder eingestellt werden) und der praktischen Anwendung spezieller Chips. Derzeit verwendet das Niederspannungs-Fernablesungssystem für automatische Zähler meist eine Reihe technischer Lösungen aus den Bereichen Stromleitungsträger-Zentralablesung + GPRS-Fernübertragung + Prepaid-Energiezähler.

2.2 Systemstruktur Das zentrale Zählerablesungssystem des Stromleitungsträgers besteht aus zentralen Ablesezentralen, Kollektoren, Konzentratoren, Zählern und weiteren Geräten. Je nach Standortbedingungen wird ein dediziertes Netzwerk eingerichtet, und die Zählerablesung, Steuerung und Verwaltung des Stromverbrauchs erfolgt über Software. Das System besteht aus drei physikalischen Schichten und zwei Verbindungsschichten. Die Datenerfassung der Zentrale erfolgt sternförmig, d. h. ein Stromverbrauchsmanagementzentrum fungiert als Verwaltungsebene für mehrere Konzentratoren; die Zentrale ist über GPRS mit dem Datenkonzentrator verbunden; die Kollektoren sind über Niederspannungsleitungen verbunden, im Zählerkasten installiert und die Kollektoren und Kundenenergiezähler über eine RS485-Schnittstelle parallel geschaltet, um die Kundenschicht zu bilden.

2.3 Systemfunktionen

2.3.1 Übernahme der PLC-Kommunikationsmethode (Power Line Carrier): effektive Nutzung der Stromnetztopologiestruktur, einfacher Aufbau.

2.3.2 Basisdatengruppe: Alle im zentralisierten Kopiersystem enthaltenen Kunden können zum Kopieren (Punktkopien, Vollkopien), zum Mehrpunktkopieren zur Bildung einer Basisdatengruppe und für verschiedene Analysen (Leitungsverlust, Mehrfachrate, Auslastung usw.) ausgewählt werden, um den Anforderungen verschiedener intelligenter Kundenverwaltungen gerecht zu werden.

2.3.3 Kombination von Software und Hardware: Das Systemdesign berücksichtigt die Bedürfnisse und den Komfort der Benutzer vollständig. Auf der Grundlage fester Hardware werden alle Systemfunktionskompensationen, Verwaltungsänderungen und Betriebserweiterungen (Fernsteuerung) von der Hintergrundsoftware durchgeführt.

2.3.4 Es bietet die Vorteile einer bequemen Installation, hohen Zuverlässigkeit, guten Sicherheit und guten Wartungsfreundlichkeit. Gleichzeitig sind die Projektkosten niedrig, die Systemwartung einfach und die Betriebskosten niedrig.

2.4 Anwendung der Hauptfunktionen

Der Energiezähler mit Fernvorauszahlung arbeitet mit dem Stromverbrauchsmanagementsystem zusammen, um Funktionen wie Fernablesung des Zählers, Fernvorauszahlung, Verhinderung von Stromdiebstahl und Lastmanagement zu realisieren.

2.4.1 Zählerfernauslesung

Die Zentrale kann stichprobenartige Zählerablesungen durchführen und anhand der ausgelesenen Daten feststellen, ob der Energiezähler vor Ort defekt ist oder der Stromverbrauch des Kunden anormal ist. Die Zentrale kann den Zähler außerdem gemäß der Zählerableseroutine ablesen und die ausgelesenen Daten zur Berechnung der Stromkosten an das Stromvermarktungsmanagement-Informationssystem übermitteln. Gleichzeitig kann die Zentrale den Stromzähler per Ferneinstellung regelmäßig über die Felddaten informieren.

2.4.2 Remote-Prepaid

Kunden können Strom in verschiedenen Formen beziehen, um Zahlungsspitzen effektiv zu vermeiden. Bei einem Restbetrag im Zähler des Kunden gibt dieser ein Auslösesignal aus, das das interne Relais oder den externen Lastschalter aktiviert und die Stromzufuhr unterbricht, um Zahlungsrückstände zu vermeiden. Die Fernvorauszahlung ist sicher und zuverlässig und vermeidet Fehler wie das Nichtlesen der Karte und Informationsfehler bei der Informationsübertragung über die Chipkarte. Gleichzeitig können bei einer Strompreisanpassung die Strompreisparameter im Energiezähler vor Ort zeitnah und stapelweise über die Zentrale angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Strompreisparameter im Energiezähler vor Ort mit der Preisanpassung synchronisiert sind.

2.4.3 Diebstahlschutz

Wenn sich die Parameter des Stromzählers vor Ort ändern oder Störungen wie Spannungsverlust, Stromausfall oder falsche Verkabelung auftreten, kann der Stromzähler automatisch an die Hauptstation gemeldet werden. Besuchen Sie die Baustelle zur Inspektion. Diese Funktion kann effektiv Strom stehlen und Probleme verhindern, bevor sie auftreten.

2.4.4 Lastmanagement

Die Masterstation erfasst Spannung, Stromstärke, Leistung, Elektrizität und weitere Daten des Energiezählers vor Ort zur Lastanalyse und -steuerung. Anhand der aktuellen Daten lässt sich die Lastkurve erstellen, um die Veränderung der Stromlast zu überwachen. Anhand der Spannungsdaten lässt sich die Spannungsqualifizierungsrate berechnen. Durch die Einstellung der Wirkleistungsgrenze im Energiezähler lässt sich der Überlaststromverbrauch des Kunden steuern.

2.5 Verstärkungsanalyse

2.5.1 Durch die Fernablesung von Zählern können erhebliche Personalkosten für die Ableser eingespart werden. Gleichzeitig können Fehler bei der manuellen Ablesung vermieden und Zählerfehler rechtzeitig erkannt werden, wodurch der Servicegrad verbessert wird.

2.5.2 Durch die Einführung der Vorauszahlung konnten die Zahlungsrückstände erheblich reduziert, die Rückgewinnungsrate der Stromgebühren verbessert und die Betriebskosten für die Wiederherstellung der Stromversorgung vor Ort im Rahmen des Rückgewinnungsmanagements der Stromgebühren gesenkt werden.

2.5.3 Da der Betriebszustand des Stromzählers vor Ort online überwacht werden kann, lässt sich Stromdiebstahl wirksam verhindern und der unvorhergesehene Stromverlust verringern.

2.5.4 Durch die automatische Laststeuerung wird das Auftreten von Überlastzählerdurchbrüchen verhindert und gleichzeitig wird das Phänomen vermieden, dass Kunden aufgrund einer Unterberichterstattung über die Stromverbrauchskapazität keine zeitabhängige Strompreis- und Stromtarifberechnung durchführen.

3. Anwendungsszenario für Acrel Prepaid-Produkte

3.1 Funktion

Erfassung, Kontrolle und Rückstandsbeseitigung von Stromgebühren über Prepaid-Zähler; Bereitstellung eines Moduls zur Nachzahlungsverwaltung; Modul zur Analyse des Energieverbrauchs;

Einzug von Miete und Grundsteuer sowie Zahlungsrückständen;

Gemeinsame Stromgebühren in öffentlichen Bereichen;

Zugang zur Zählerablesung und Messung in öffentlichen Bereichen und Umspannwerken;

Vorauszahlung + Gebäudeenergieverbrauch, klassifiziertes und untergeordnetes Energiemesssystem;

Zentralisiertes Finanzmanagement und Kontrolle von Immobilien-/Immobiliengruppen, separate Zuständigkeit für Unterimmobilien;

Die drahtlose Lösung lässt sich leicht modifizieren und debuggen

4. Produktauswahl

5. Fazit

Obwohl die vielen Nachteile herkömmlicher Prepaid-Stromzähler, die den Anforderungen moderner Stromwirtschaft nicht gerecht werden, immer deutlicher werden, gibt es kurzfristig, insbesondere in Regionen mit verstreuter Kundenbasis, noch eine gewisse Anwendungsbreite. Mit der fortschreitenden gesellschaftlichen Entwicklung werden Prepaid-Stromzähler jedoch immer stärker mit Kommunikationstechnologie und intelligenter Steuerungstechnik integriert (beispielsweise könnten ferngesteuerte Prepaid-Stromzähler auf Basis mobiler Kommunikationstechnologie herkömmliche IC-Karten-Prepaid-Stromzähler vollständig ersetzen. Anwendungsbereich des Stromzählers). Für Prepaid-Stromzähler ist die Einführung der Funktion der intelligenten Fernsteuerung in Echtzeit ein unvermeidlicher technologischer Entwicklungstrend, um ihre Verbreitung zu erweitern. Für Energieversorgungsunternehmen wird die Verbreitung und Anwendung der Funktion der intelligenten Fernsteuerung in Echtzeit zudem dazu beitragen, das Management und die Servicequalität des täglichen Stromverbrauchs kontinuierlich zu verbessern.

Quellen:

[1] Acrel Enterprise Microgrid Design- und Anwendungshandbuch. Version 2022.05