摘要：伴随着经济发展愈来愈快，我国电力事业获得突出的进步，电能作为现代社会生产和生活的重要能源起着越来越重要的作用。提升电能表的精度和稳定性，时时监控电能的使用情况已愈来愈成为人们关注的焦点。因此，本文在概述电子式智能卡预付费电表结构和原理的前提下，分析其带来的效益以及对用电管理的影响。
关键词：电子式；智能卡；预付费；电表；用电管理
0引言
伴随着经济体制改革的发展，我国电力行业改革也是逐渐深入，电能对人们的生活也起着愈来愈重要的作用。但因我国人口数量众多，工业化水平进展迅速，在夏季、冬季用电高峰期，用电情况依然紧张。为了鼓励居民合理、分散用电，各位供电公司采用了阶梯电价的计价方式，这就要去电表能够在不同时间段对用电情况精确统计。因此，对高性能、高精确度、多功能的电能表也成为人们关注的焦点。电能表从感应式发展到电子式，它作为目前最为先进的电能表，有效的集合了电子测量技术、单片机技术（SOC）及智能卡（IC）技术，具有防窃电、可靠性高的特点，可以收集传感器传送抄表数据，节约供电部门的抄表工作。
1电子式智能卡预付费电能表工作原理及结构
根据用途不同，交流电一般分为单相电源电及三相电源电，相应的，电子式智能卡预付费电能表主要存在两种：单相电能表及三相电能表。电能的计算是在单位时间内有功功率的累积值，单相表示有功功率的累计值，而三相表示三相电能的累计值，介于三相电能表与单相电能表的相似，本文以下部分主要介绍广泛使用在家庭中的单相电子式智能卡预付费电能表。
1.1电能表的基本工作原理
一般220V、50Hz的交流电为日常用电，它通过电压互感器和电流互感器，实现电压的转化，同时将电流转变为小电流，以便主控单片机的后续处理。然后通过数据选择开关的通断来实现对电压和电流进行采样，采样频率为500，即每经过40ns对电压、电流采样一次，数据选择开关的通断需通过单片机状态的改变进行控制。然后采样电压信号进入 A/D转换器，此时采样电压信号经过转换器后由离散变成数字信号，当其通过A/D转换器时，需将电流信号维持。然后将通过A/D转换器的电压信号及电流信号进入乘法器，实现二者的相乘，在乘法器的输出位置可以得到功率信号P=U*I，功率信号P通过电压频率转换器（V/f）的转换，得到数字脉冲信号，通过单片机对此数字脉冲信号进行累加求和，就能求出电能，即W=P*f。到此为止，我们可以求出通过电能表的电能，这个数字可以用来计算出此用户的用电情况。
图1：电能表工作原理图
1.2电能表的基本结构
1.2.1IC 卡接口
IC卡接口是用户将在供电部门买到的电通过IC卡输入到电能表的接口。当用户从当地供电部门购买到电后，购买电量的数量就通过读卡器存储在IC卡中。将IC卡插入到电能表，电能表可以读取IC卡中电量的数量并与电能表中剩余的电量相加后进行显示，并同时将IC卡中的电量进行扣减。具体的操作过程为：用电用户首先到供电公司购买电，付费后，供电公司通过IC读卡器将相应金额的电量写入到IC卡中，通过IC读卡器可以确保供电公司录入IC卡的电量是否准确。在家就可以将IC卡插入到电能表中，电能表自动识别IC卡中的电量，同时与余量相加并显示。电能表可以及时计算电量并更新余量，当电快耗尽时，电能表一般会亮红灯警示，并发出“滴滴滴”的蜂鸣声，提醒用户及时到供电部门购电，以免停电。待将带电量的IC卡插入电能表，电能表恢复正常，并停止告警，当用户电量用尽时，会自动断电。
1.2.2 键盘、显示器接口
键盘、显示器接口是人与电能表进行交互的接口。通过键盘，用户可以查询的信息录入到电能表，例如：前期的用电情况；通过显示器，电能表可以将用户查询的信息及返回的结果显示出来，显示器可以采用LCD或LED动态扫描，减少I/O接口的使用。
1.2.3 继电器开关
继电器开关是一个动作开关，当用户的电量使用完时或剩余电量低于阈值时，电能表会自动切断电路，用户需到供电部门购电后再次接通电路，按下继电器开关，才可继续使用。
1.2.4主控单片机
主控单片机作为整个电能表的核心部件，负责调度电能表各部件的协同工作，按照相应的程序进行精确调控。
2需达到性能及带来的效益
2.1 需达到的性能
第一，电表与IC卡一一对应。为了加强电表的控制，在生产时，每块电能表都应有其相应的IC卡，IC卡只能在其对应的电能表上使用，各IC卡不可以互换。同时，需提升IC卡的密保措施，降低IC卡被破解的几率，若丢失需到电力部门进行补办。第二，电表可以软升级。现在电表都是一体化IC电表，具有高精度的特征，待电能表的基本功能发挥后，后期可以通过软件进行升级改进：a.可以实现电力公司的远程自动抄表。b.抄表数据可以实现回传电力公司后台数据库，对用户电量使用情况实时掌握。c.实现不同时段的不同计费。d.农村区域实现一表多用户。
2.2 带来的效益
第一，社会效益。将电作为商品，纳入到市场经济轨道，通过智能电能表使阶梯定价的实现成为可能，使供电关系进入良性循环；当然采用这种电表，还能提升电费回收率，减少因收电费难造成的损失；可以通过统计用户不同时段用电的不同，提高供电的质量。第二，用户效益。通过预付费的电能表，用户可以实时掌握用电情况，针对用电时段不同进行用电调整，节约用电费用。第三，供电部门效益。在非预付费的电表使用中，存在收付费难的问题，预付费电能表的使用，解决了这一难题，同时，预付费电能表的使用在一定程度上还可以降低用户窃电的问题，针对用户非法接电的情况能够记录、统计，便于电力公司的后期核查；IC卡作为电费承载的工具，可以掌握用户的用电习惯、用电信息，实现用电的集中分析；电子式电能表还具有远程抄表功能，不但提升人为抄表出错的可能，而且减少抄表成本，提升率电力公司的运营效率。
3用电管理
用电管理一般通过IC卡来实现，这时还需建立相应的IC卡管理系统。IC卡管理系统，作为用户、电力公司、IC卡之间的桥梁，需具备以下功能：IC卡的开户（用户建档）、密码重置、电量的度数的写入、用户使用电量的管理、电费收费等。要实现以上的功能，需要具有计算机科学技术、串行通信技术、数据库、编程语言的支持。针对较小的区域，可以在供电公司单台计算机上实现，而在管理范围较大的区域和地区，需以供电管理部门为中心，利用电信网络与各IC卡网点进行相互连接，各网点可以完成各管辖片区用户电量使用及销售等数据的收集与管理，便于电力管理部门的管理与调度，减少管理费用及资金流程，提升电力公司现代化管理水平。电子式预付费电表用电管理系统如图2。
图2：电子式预付费电表用电管理系统图
4结语
电子式智能卡预付费电表通过先售后用的方式，降低电力公司的坏账率，目前此类电能表在许多地区进行推广使用，未来会有更广阔前景。因此，本文在概述该电表工作原理的前提下，重点分析了其带来的效益及对用电管理的影响，以期对电力行业的发展有所益处。
致谢
本篇技师论文是在老师的指导下写作完成的。该论文从选题到成稿，老师都给予了耐心而细致地指导。老师认真、仔细、严谨的品质时刻影响着我，让我有动力完成该篇论文。当然老师不仅在学业上给我帮助，在生活中更是给我无微不至的关怀。论文完成之际，由衷感谢老师对我所有的帮助和关心。
参考文献：
[1] 张本哲，刘鹏.电子式电能表的特点及校验要点分析[J].大科技，2017（4）.
[2] 王争艳.电子式电能表校验问题分析及改善措施[J].城市建设理论研究，2016（13）.
论文作者:沈韬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/20
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