Acrelプリペイド電力メーターおよびエネルギー管理システムのアプリケーション分析

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株式会社アクレ

抽象的な：本稿では、従来の IC カード プリペイド エネルギー メーターの主な機能を解説し、その応用における長所と短所を分析し、通信技術、インテリジェント制御技術を統合した後のプリペイド エネルギー メーターの機能拡張を詳細に紹介して実用価値を高め、プリペイド エネルギー メーターの今後の技術開発の傾向について説明します。

キーワード：プリペイド電力メーター、アプリケーション、分析

電気料金は電力供給企業が生産と発展を維持するための主要な資金源であり、適時に徴収できるかどうかは電力供給企業の資金循環において重要な役割を果たしています。長年にわたる「電気を先に使って後で支払う」という電力消費モデル、広範囲にわたる電力ユーザー基盤、現場での停電や電力配給といった技術的手段、そして支援規制と市場経済の不適合性は、電力供給企業が電気料金を徴収する際の大きなリスクに直接つながり、長年にわたり人力、資金、そして運営上の圧力が注ぎ込まれてきました。こうした状況下で、電力システム改革により適切に適応するために、プリペイド式電力メーターが広く普及してきました。

初期のコア関連通信技術の応用が未熟であったため、システムの互換性は、電力量計量管理における遠隔自動検針システムの普及と応用に影響を与える重要な障害となっており、特に通信プロトコルの互換性と製造基準の不一致が大きな問題となっていました。当時の環境下では、ICカード型プリペイド電力量計は、通信技術の応用ボトルネックを回避するしか選択肢がありませんでした。

1.Iカード型プリペイド電力メーター

1.1 主な機能

1.1.1 計測機能：単相有効エネルギーを計測し、履歴電力を保存し、電力凍結機能を備えています。

1.1.2 マルチ料金機能：設定時間間隔、複数の料金をプログラム可能。タイミングクロックには温度補償機能があります。

1.1.3 通信機能：RS485インターフェースと赤外線通信インターフェースを搭載。RS485インターフェースはメーター内部から電気的に絶縁されており、AC 220Vのアクセスに対する保護設計が施されています。

1.1.4. 表示機能: LCD ディスプレイ、ボタンで自動的に表示を切り替え、インターフェースには残量、総電力、現在の電気料金などが表示されます。

1.1.5. 情報コピーバック電力購入機能：メーター1台につきICカード1枚、つまりメーター1台につきICカード1枚のみ対応します。電力伝送のためにカードを挿入すると、メーター内の電力消費情報が自動的にICカードにコピーバックされます。また、再度電力を購入すると、カード内の情報が自動的にコンピュータに書き込まれ、アーカイブ化とデータ検証が行われます。

1.1.6. メーター充電リマインダー機能：一般的に、表示アラームと停電アラームがあり、負荷を遮断する機能も増加します。

1.1.7. 過負荷制御機能：電力閾値を設定することで、負荷側の過負荷による電源遮断制御を実現します。電源遮断時間は、即時電源遮断と遅延電源遮断の2通りから選択できます。ボタンを押すかカードを挿入することで電源を復旧できます。

1.1.8. プリペイド制御機能：メーターは、まず電気を購入し、次に電気を使用するという管理方式を実現しています。メーターに電気料金が残っていない場合、メーター内の負荷スイッチが自動的に負荷電源を遮断します。メーターに電気料金が残っている場合、メーターは再び閉じて負荷電源機能を回復します。継続的な改良により、オーバードラフト機能が追加され、実際の状況に応じて適度なオーバードラフトを許容できるようになりました。オーバードラフトを設定することができ、オーバードラフトが完了するとメーターの電源がオフになり、オーバードラフト分は次回メーターを再充電する際に自動的にチャージされ、減算されます。

1.1.9. 電力の溜め込み防止機能：電気料金政策のマクロ制御により、過剰な電力（量）がメーターに請求されるのを防ぐために、メーターに溜め込み電力の閾値を設定することで、顧客が一度に請求する電力（量）を制限します。

10. セキュリティ保護機能：一般的に、CPUカード技術はシステムのセキュリティ設計に用いられます。CPUカード電力量計とCPUカードのセキュリティ認証は、電力量計内のESAMモジュールを介して行われます。CPUカード電力量計のMCUは、認証プロセス中のデータ転送の役割のみを果たし、データの暗号化と復号化には関与しません。電力販売時には、一連のキー認証テストを通じて、電力購入カードの確認、電力購入カードへの情報書き込み許可、バイナリファイル消去後の書き戻し許可などの操作を実現できます。

1.2 主な利点

1.2.1 メーター検針の効率と精度の向上。RS485インターフェースと赤外線通信インターフェースを介して、対応するハンディメーター検針装置を用いて現場での一括転記が可能になります。これは、電力供給企業が管理する電力メーターの数が急増している現状に非常に重要な影響を与えます。

1.2.2 滞納問題を効果的に解決し、電気料金徴収にかかる運用コストを大幅に削減し、電気料金徴収のセキュリティを強化します。

1.2.3 支払い困難という矛盾を緩和する。顧客数の大幅な増加と支払い時間帯の集中により、従来の課金モデルでは支払い混雑が発生しやすくなっています。プリペイド式電力メーターの導入により、カウンター料金への負担とサービスリスクが大幅に軽減されました。

1.3 アプリケーションの問題

1.3.1 攻撃耐性が低い。ICカードの紛失や破損、特に開放されたICカードの読み取り・書き込みポートは外部からの攻撃に対して脆弱であり、攻撃を受けた後に証拠を入手することが困難で、内部統制システムの機能不全を引き起こし、電力紛争が発生しやすい。

1.3.2 管理が困難。ICカードによる電力購入は突発的でランダムなため、電力供給部門は電力販売のプレッシャーが高まっています。同時に、データセキュリティを確保するために、現在ではスマートCPUカードが広く使用されています。そのCOSシステムと動的キー認証はデータセキュリティを確保しますが、同時に電力管理部門の管理負荷も増加させます。さらに、マルチリンクデモンストレーションは予期せぬ障害の発生を増加させます。

1.3.3 電気料金政策の調整能力が弱い。電気料金は、電力購入時に決定され、プリペイド式電力メーターに書き込まれている。ICカード式プリペイド式電力メーターに記録された電気料金はリアルタイムで調整できないため、価格調整のたびに電力供給会社に多大な負担がかかり、顧客からの疑問も生じやすい。

1.3.4 データ収集がタイムリーではないため、顧客の電力消費状況をリアルタイムに反映できず、盗電を効果的に監視できず、電力管理自動化のリアルタイム管理ニーズを満たすことができません。

1.3.5 電力購入方法の機能拡張性は高くありません。ICカードをデータ伝送媒体とするプリペイドシステムは、テレフォンバンキング、オンラインバンキングなどの電力購入方法との有効な連携が容易ではありません。顧客は電力販売店でカードを使って電気を購入することが多く、電力販売のサービス品質が低下し、電力供給会社の作業負荷が増加します。そのため、ICカードプリペイド電力メーターの実際の応用における問題と欠点を解決するために、通信システムの互換性の問題を解決しました。コア関連技術のボトルネックを突破することで、プリペイド電力メーターの遠隔応用に想像を絶する広大な空間が生まれます。

2 プリペイド電力メーターと遠隔メーター読み取りシステムの統合

2.1 遠隔検針システムにおける基本的な通信方式は、主に光ファイバー通信、電話線通信、RS485バス、TVケーブル、インターネット、電力線搬送通信、計器バス、衛星通信、GPRS、CDMAなどです。 各種通信方式には、それぞれ長所と短所、適用面があります。 電力供給企業の業界特性と合わせて、低圧電力線搬送スペクトル拡散、周波数ホッピング、転送、中継（電力線を介してローカルコンセントレータによって搬送メータがルータまたはトランスポンダとして動的に設定できる）技術と専用チップの実用化を進めています。 現在、低圧遠隔自動検針システムでは、主に電力線搬送集中検針方式+GPRS遠隔伝送+プリペイド電力量計シリーズの技術ソリューションを採用しています。

2.2システム構造電力線搬送集中検針システムは、集中検針マスターステーション、コレクター、コンセントレータ、メーターなどの機器で構成されています。現場の状況に応じて専用ネットワークを構築し、ソフトウェアでメーターの検針、制御、電力消費量管理を行います。このシステムは、3つの物理層と2つのリンク層で構成されています。マスターステーションのデータ収集はスター構造を採用しており、1つの電力消費管理センターが複数のコンセントレータの管理層となります。マスターステーションはGPRSネットワークを介してデータコンセントレータに接続されます。コレクターは低圧電力線を介して接続され、コレクターはメーターボックスに設置され、コレクターと顧客エネルギーメーターはRS485インターフェイスを介して並列に接続され、顧客層を形成します。

2.3 システムの特徴

2.3.1 PLC（電力線搬送）通信方式を採用：電力網トポロジー構造を有効活用し、構築が簡単。

2.3.2 基本データグループ：集中コピーシステムに含まれるすべての顧客を選択してコピー（ポイントコピー、フルコピー）し、マルチポイントコピーして基本データグループを形成し、さまざまな分析（回線損失、マルチレート、負荷など）を実行して、顧客のさまざまなインテリジェント管理のニーズを満たすことができます。

2.3.3 ソフトウェアとハ​​ードウェアの融合：システム設計はユーザーのニーズと利便性を十分に考慮しています。固定ハードウェアをベースに、システム機能の補償、管理変更、操作追加（リモート制御電源）はすべてバックグラウンドソフトウェアによって完了します。

2.3.4 設置が簡単で信頼性が高く、安全性が高く、保守性も優れているという利点があります。同時に、プロジェクトコストが低く、システムメンテナンスが簡単で、運用コストも低くなります。

2.4 主な機能の応用

遠隔前払いエネルギーメーターは、電力消費管理システムと連携して、遠隔メーター読み取り、遠隔前払い、盗電防止、負荷管理などの機能を実現します。

2.4.1 遠隔メーター読み取り

親局はランダム検針を実施し、そのデータに基づいて現場の電力メーターの故障や顧客の電力消費量の異常を判定します。また、親局は検針ルーチンに従ってメーターを読み取り、そのデータを電力販売管理情報システムに送信して電気料金を計算します。同時に、親局は遠隔設定を通じて電力メーターに現場データ情報を定期的に報告させることもできます。

2.4.2 リモートプリペイド

顧客は様々な方法で電気を購入することで、支払いピークを効果的に回避できます。顧客のメーター残量が0になると、メーターはトリップ信号を出力し、内部リレーまたは外部負荷制御スイッチを作動させて電力を遮断し、滞納行為を回避します。遠隔前払い方式は安全で信頼性が高く、ICカードを介した情報伝送によるカード読み取り未完了や情報エラーなどの障害を回避します。同時に、電気料金の調整時には、マスターステーションを介してオンサイトエネルギーメーターの電気料金パラメータをタイムリーに一括変更できるため、オンサイトエネルギーメーターの電気料金パラメータが価格調整と同期していることが保証されます。

2.4.3 盗難防止

現場の電力量計のパラメータが変化したり、電圧低下、電流低下、配線ミスなどの故障が発生した場合、電力量計は自動的にメインステーションに報告されます。現場に出向いて点検を受けてください。この機能により、盗電を効果的に防ぎ、問題を未然に防ぐことができます。

2.4.4 負荷管理

マスターステーションは、現場のエネルギーメーターから電圧、電流、電力、電気量などのデータを収集し、負荷分析と管理に活用できます。電流データに基づいて負荷曲線を描き、電力負荷の変化を監視できます。電圧データに基づいて電圧適格率を算出できます。エネルギーメーターに有効電力制限を設定することで、顧客の過負荷電力消費を抑制できます。

2.5 ゲイン分析

2.5.1 遠隔検針により、検針員の人件費を大幅に削減できます。同時に、手作業による検針ミスを回避し、メーターの故障を早期に発見できるため、サービスレベルが向上します。

2.5.2 前払いの実施により、滞納金が大幅に削減され、電気料金の回収率が向上し、電気料金の回収管理における現地復旧の運用コストが削減されました。

2.5.3 現場の電力量計の動作状況をオンラインで監視できるため、盗電を効果的に防止し、未知の電力損失を削減できます。

2.5.4 自動負荷制御により、過負荷メーターの焼損の発生が解消され、同時に、顧客が電力消費容量を過小報告することにより時間帯別電気料金や電力料金の査定を行わないという現象が回避されます。

3. Acrelプリペイド製品の適用シナリオ

3.1 機能

プリペイドメーターの電気料金徴収、管理、滞納トリップ、後払い管理モジュールの提供、エネルギー消費分析モジュール。

家賃、不動産料金、滞納金の徴収。

公共エリアでの電気料金の共有。

公共エリアおよび変電所におけるメーターの読み取りおよび計測へのアクセス。

前払い＋建物エネルギー消費量、分類・細目エネルギー測定統合システム。

不動産グループの集中的な財務管理と制御、サブプロパティに対する個別の権限。

ワイヤレスソリューションは変更やデバッグが容易です

4. 製品の選択

5. 結論

従来のプリペイド式電力メーターは、現代の電力管理のニーズを満たせないという多くの欠点がますます顕著になっていますが、短期的には、特に顧客基盤が比較的分散している地域では、依然として一定の応用範囲があります。一方、社会の継続的な発展に伴い、プリペイド式電力メーターは通信技術やインテリジェント制御技術とより密接に融合していくでしょう（例えば、モバイル通信技術を基盤とするリモート式プリペイド式電力メーターは、従来のICカード式プリペイド式電力メーターを完全に置き換える可能性があります。電力メーターの適用範囲）。プリペイド式電力メーターにとって、「リモートリアルタイムインテリジェント制御」機能を搭載することは、より広い分野への展開を目指す上で避けられない技術開発の潮流です。電力供給企業にとっても、「リモートリアルタイムインテリジェント制御」機能の普及と応用は、日常の電力消費量に対する管理レベルとサービス品質を継続的に向上させることにつながります。

参考文献:

[1] Acrelエンタープライズマイクログリッド設計およびアプリケーションマニュアル。バージョン2022.05