基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統研究

馬 源，吳金蓮，劉國鋒，陸緯彤，馬 宇

（1.國網甘肅省電力公司定西供電公司，甘肅 定西 743000；2.曉能（深圳）科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著國家電網公司智能電能表的推廣應用，遠程費控電能表已進入電力公司批量輪換周期。遠程費控電能表是通過指令對用戶電能表購電、復電環節進行遠程控制[1]。對于遠程費控電能表用戶，他們采用更加便捷的遠程在線付款方式（如微信、支付寶、網銀等）進行購電。用戶完成購電操作后，購電金額將通過售電系統推送至營銷業務系統進行電費結算，并將電費結算結果推送至用電信息采集系統，由用電信息采集系統根據電費結算結果對遠程費控電能表下發報警、停/復電等費控命令，遠程費控電能表只進行日常電量計量，響應由用電信息采集系統下發的遠程費控命令[2]。

在用戶的停/復電過程中，遠程費控電能表指令下發成功率及響應速度不高、人工復電工作模式及流程不完備、遠程費控電能表用戶用電服務質量低等問題急需解決。

如果遠程費控電能表以微功率無線方式進行控制類指令下發，成功率最高約為95%[3]。而以窄帶/寬帶電力載波方式進行指令下發，成功率、響應速度更低，無法滿足用戶快速用電的響應要求，會對電力公司的服務形象產生一定影響。

在已斷電用戶的復電過程中，由于用戶用電狀況及用電行為的復雜性，并受到用電信息采集系統現有通信信道速率的制約，無法確保用戶電能表及時響應用電信息采集主站下發的復電指令，造成遠程下發復電命令失敗的情況時有發生。而當前遠程復電命令下發失敗問題的解決，只能通過人工方式，由供電公司相關人員在現場通過手持終端對復電失敗的電能表進行現場人工復電。這種人工復電的方式對工作人員的數量需求和機動性都有較高要求，增大了供電公司業務人員的工作壓力[4]。

遠程費控電能表用戶用電服務質量有待改善。當前，國內外推廣的遠程費控電能表，在剩余金額小于或等于設定的報警金額時，用電信息采集系統會下發“報警”命令。電能表收到該命令后會點亮液晶屏背光，并在液晶屏上閃爍“請購電”。由于采用系統下行通信帶寬限制，在多業務交互操作時，系統下發的報警命令的成功率不理想及響應速度不及時，因而造成購電報警信息下發不及時，會對用戶正常用電產生影響[5]。

因此，為滿足用戶的正常的及時用電需求，提高電能表的快速響應復電，購電、復電環節就成了電力企業日常工作的重點。本文所研究的基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統，是利用NFC物聯網、互聯網技術對現有計量箱進行改進升級，并配合移動網絡通信、NFC識別、安全認證及相應的配套軟件系統，以營銷、采集、售電系統為支撐，實現用戶電能表購電后遠程復電失敗的自復電功能，而且確保用戶復電安全，提高用戶滿意度。

1 系統構成

基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統，是通過對計量箱的小幅度改造，加入NFC識別、藍牙等通信模塊、安全控制模塊，與手機端進行數據交互，從而實現本地復電功能。

1.1 業務流程設計

基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統研究，是用戶在使用互聯網完成遠程費控電能表的電費繳納充值后，用電信息采集系統在通道不暢通的情況下遠程下發電能表復電命令失敗，用戶手機通過連接電e寶等互聯網營銷業務服務軟件獲取復電加密命令，再與本地復電終端通過藍牙、NFC近場傳輸等方式進行本地通信，完成遠程費控電能表的復電操作。

1.2 系統物理架構設計

整體應用系統物理架構如圖1所示。

圖1 整體應用系統物理架構

如圖1所示，在用戶側，使用基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端，內部與智能電能表進行連接，用戶通過手機端將電能表合閘控制復電命令經復電終端下發給電能表進行復電；在通信層，使用公網、藍牙、NFC近場交互的方式對傳統的窄帶/寬帶電力載波、微功率無線進行升級，在數據鏈路上使用加密安全芯片對數據進行二次防護，以保證數據在公網下的安全性；在上層電力公司系統上，為保證內網接入的安全需求，應加入隔離裝置防火墻等，在復電服務前增加前置設備，以進行服務安全隔離。

2 “互聯網+”創新復電業務模式

通過與營銷售電系統移動互聯網連接，實現遠程電費繳納、用電信息查詢和管理。用戶在使用互聯網完成遠程費控電能表的電費繳納充值后，如果用電信息采集系統在通道不暢通的情況下遠程下發電能表復電命令失敗，則用戶手機通過連接電e寶等互聯網營銷業務服務軟件獲取復電加密命令后，再與本地復電終端通過藍牙、NFC近場傳輸等方式進行本地通信，完成遠程費控電能表的復電操作。多業務模式構成如圖2所示。

圖2 多業務模式構成圖

如圖2所示，在用戶復電環節上，利用“互聯網+”及NFC近場識別技術實現了用戶自主復電的業務模式。該模式真正體現了用戶體驗至上的宗旨，增強了用電服務的核心競爭力。

3 智能復電終端

基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統，一是通過對計量箱的小幅度改造，加入NFC識別、藍牙等通信模塊、安全控制模塊，與手機端進行數據交互，從而實現本地復電的功能。二是基于NFC/藍牙物聯網的本地復電終端進行研發。

3.1 基于NFC物聯網的智能電表計量箱升級

基于NFC物聯網的智能電表復電終端，即在現有計量箱上加裝NFC識別、藍牙通信功能模塊，在上行通道利用移動通信網絡與營銷系統進行數據交互；在本地通過NFC、藍牙方式與用戶手機進行交互，并通過RS485接線將復電指令下發至智能電表。

通過對試點臺區計量箱的升級改造，引入“互聯網+”模式，通過NFC技術、藍牙通信、移動網絡以及安全控制技術保證數據安全，滿足用戶自主復電的使用需求，提升遠程費控電能表應用效果，減少用戶復電失敗的投訴。

3.2 基于NFC/藍牙物聯網的本地復電終端研發

基于NFC物聯網的本地復電終端，用于解析處理安卓、iOS手機端（用藍牙方式連接）發送的復電加密報文，并可配合互聯網電力營銷業務平臺聯合完成用戶購電、復電工作，同時可通過復電終端與營銷等業務系統進行互聯，使用戶及時獲取用電信息。在服務端進行數據庫、服務主站、前置機及防火墻部署，安全上形成內外網隔離，并為本地復電提供數據服務。本地復電終端采用國家電網公司智能電能表ESAM芯片，手機端通過移動互聯網連接營銷業務系統獲取的復電命令為加密命令。手機端通過NFC或藍牙通信的方式發送給本地復電終端時，終端將對加密復電指令進行安全認證，確保終端與電能表進行復電操作通信過程傳輸的指令均為加密報文，復電指令傳輸全過程安全可靠。

通過復電終端、后臺服務系統、安全防護隔離硬件的數據交互傳輸，實現復電指令通過移動網絡傳輸，為用電用戶提供自助購電、復電渠道。計量箱表面光刻印刷二維碼信息，用戶掃描二維碼可跳轉至電費信息查詢和自助復電頁面。其中，電費信息查詢頁面與營銷業務售電系統連接，為用戶提供自家電表用電信息查詢服務；自助復電頁面與用電信息采集系統連接，允許用戶遠程接收用電信息采集主站系統下發的復電加密報文。這兩個頁面滿足遠程費控電能表用戶日常用電查詢和自助復電需求，后期可根據用戶反饋意見增加相關功能，提升用戶與電網企業的信息交互體驗，強化電網營銷服務質量。

4 復電數據安全加密方法

用戶手機發出的復電申請在進入SG186營銷業務系統前，必須先接入國網安全接入平臺進行檢測，采集主站下發的復電指令會通過用采2.0安全網關對數據進行加密[6]。同時，復電終端本身的ESAM數據安全加密芯片也會對復電指令數據進行安全認證，確保復電申請和復電指令在內外網傳輸過程中均安全可靠，不會被破解或篡改。該復電數據安全加密方法屬于國內首創，確保用戶、復電終端、采用系統三者之間的數據傳輸安全。

5 結 論

本文所述基于NFC物聯網的智能電表本地復電終端系統的研究應用，是針對遠程電能表的用電用戶，在豐富電能表的通信渠道的基礎上，提升購電、復電環節的響應能力。通過NFC通信、藍牙方式、安全控制對原始紅外通信方式進行擴展，在保證數據安全的基礎上，使用電用戶對復電具有一定自主性，有效降低因復電帶來的用電不及時和安全問題，提高遠程費控表復電合閘成功率（從現有的85%～90%提升至99.9%），減少電力公司工作人員疲于現場奔波的壓力，提升企業服務質量、精益化管理水平和客戶滿意度。