基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统研究

马 源，吴金莲，刘国锋，陆纬彤，马 宇

（1.国网甘肃省电力公司定西供电公司，甘肃 定西 743000；2.晓能（深圳）科技有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

随着国家电网公司智能电能表的推广应用，远程费控电能表已进入电力公司批量轮换周期。远程费控电能表是通过指令对用户电能表购电、复电环节进行远程控制[1]。对于远程费控电能表用户，他们采用更加便捷的远程在线付款方式（如微信、支付宝、网银等）进行购电。用户完成购电操作后，购电金额将通过售电系统推送至营销业务系统进行电费结算，并将电费结算结果推送至用电信息采集系统，由用电信息采集系统根据电费结算结果对远程费控电能表下发报警、停/复电等费控命令，远程费控电能表只进行日常电量计量，响应由用电信息采集系统下发的远程费控命令[2]。

在用户的停/复电过程中，远程费控电能表指令下发成功率及响应速度不高、人工复电工作模式及流程不完备、远程费控电能表用户用电服务质量低等问题急需解决。

如果远程费控电能表以微功率无线方式进行控制类指令下发，成功率最高约为95%[3]。而以窄带/宽带电力载波方式进行指令下发，成功率、响应速度更低，无法满足用户快速用电的响应要求，会对电力公司的服务形象产生一定影响。

在已断电用户的复电过程中，由于用户用电状况及用电行为的复杂性，并受到用电信息采集系统现有通信信道速率的制约，无法确保用户电能表及时响应用电信息采集主站下发的复电指令，造成远程下发复电命令失败的情况时有发生。而当前远程复电命令下发失败问题的解决，只能通过人工方式，由供电公司相关人员在现场通过手持终端对复电失败的电能表进行现场人工复电。这种人工复电的方式对工作人员的数量需求和机动性都有较高要求，增大了供电公司业务人员的工作压力[4]。

远程费控电能表用户用电服务质量有待改善。当前，国内外推广的远程费控电能表，在剩余金额小于或等于设定的报警金额时，用电信息采集系统会下发“报警”命令。电能表收到该命令后会点亮液晶屏背光，并在液晶屏上闪烁“请购电”。由于采用系统下行通信带宽限制，在多业务交互操作时，系统下发的报警命令的成功率不理想及响应速度不及时，因而造成购电报警信息下发不及时，会对用户正常用电产生影响[5]。

因此，为满足用户的正常的及时用电需求，提高电能表的快速响应复电，购电、复电环节就成了电力企业日常工作的重点。本文所研究的基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统，是利用NFC物联网、互联网技术对现有计量箱进行改进升级，并配合移动网络通信、NFC识别、安全认证及相应的配套软件系统，以营销、采集、售电系统为支撑，实现用户电能表购电后远程复电失败的自复电功能，而且确保用户复电安全，提高用户满意度。

1 系统构成

基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统，是通过对计量箱的小幅度改造，加入NFC识别、蓝牙等通信模块、安全控制模块，与手机端进行数据交互，从而实现本地复电功能。

1.1 业务流程设计

基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统研究，是用户在使用互联网完成远程费控电能表的电费缴纳充值后，用电信息采集系统在通道不畅通的情况下远程下发电能表复电命令失败，用户手机通过连接电e宝等互联网营销业务服务软件获取复电加密命令，再与本地复电终端通过蓝牙、NFC近场传输等方式进行本地通信，完成远程费控电能表的复电操作。

1.2 系统物理架构设计

整体应用系统物理架构如图1所示。

图1 整体应用系统物理架构

如图1所示，在用户侧，使用基于NFC物联网的智能电表本地复电终端，内部与智能电能表进行连接，用户通过手机端将电能表合闸控制复电命令经复电终端下发给电能表进行复电；在通信层，使用公网、蓝牙、NFC近场交互的方式对传统的窄带/宽带电力载波、微功率无线进行升级，在数据链路上使用加密安全芯片对数据进行二次防护，以保证数据在公网下的安全性；在上层电力公司系统上，为保证内网接入的安全需求，应加入隔离装置防火墙等，在复电服务前增加前置设备，以进行服务安全隔离。

2 “互联网+”创新复电业务模式

通过与营销售电系统移动互联网连接，实现远程电费缴纳、用电信息查询和管理。用户在使用互联网完成远程费控电能表的电费缴纳充值后，如果用电信息采集系统在通道不畅通的情况下远程下发电能表复电命令失败，则用户手机通过连接电e宝等互联网营销业务服务软件获取复电加密命令后，再与本地复电终端通过蓝牙、NFC近场传输等方式进行本地通信，完成远程费控电能表的复电操作。多业务模式构成如图2所示。

图2 多业务模式构成图

如图2所示，在用户复电环节上，利用“互联网+”及NFC近场识别技术实现了用户自主复电的业务模式。该模式真正体现了用户体验至上的宗旨，增强了用电服务的核心竞争力。

3 智能复电终端

基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统，一是通过对计量箱的小幅度改造，加入NFC识别、蓝牙等通信模块、安全控制模块，与手机端进行数据交互，从而实现本地复电的功能。二是基于NFC/蓝牙物联网的本地复电终端进行研发。

3.1 基于NFC物联网的智能电表计量箱升级

基于NFC物联网的智能电表复电终端，即在现有计量箱上加装NFC识别、蓝牙通信功能模块，在上行通道利用移动通信网络与营销系统进行数据交互；在本地通过NFC、蓝牙方式与用户手机进行交互，并通过RS485接线将复电指令下发至智能电表。

通过对试点台区计量箱的升级改造，引入“互联网+”模式，通过NFC技术、蓝牙通信、移动网络以及安全控制技术保证数据安全，满足用户自主复电的使用需求，提升远程费控电能表应用效果，减少用户复电失败的投诉。

3.2 基于NFC/蓝牙物联网的本地复电终端研发

基于NFC物联网的本地复电终端，用于解析处理安卓、iOS手机端（用蓝牙方式连接）发送的复电加密报文，并可配合互联网电力营销业务平台联合完成用户购电、复电工作，同时可通过复电终端与营销等业务系统进行互联，使用户及时获取用电信息。在服务端进行数据库、服务主站、前置机及防火墙部署，安全上形成内外网隔离，并为本地复电提供数据服务。本地复电终端采用国家电网公司智能电能表ESAM芯片，手机端通过移动互联网连接营销业务系统获取的复电命令为加密命令。手机端通过NFC或蓝牙通信的方式发送给本地复电终端时，终端将对加密复电指令进行安全认证，确保终端与电能表进行复电操作通信过程传输的指令均为加密报文，复电指令传输全过程安全可靠。

通过复电终端、后台服务系统、安全防护隔离硬件的数据交互传输，实现复电指令通过移动网络传输，为用电用户提供自助购电、复电渠道。计量箱表面光刻印刷二维码信息，用户扫描二维码可跳转至电费信息查询和自助复电页面。其中，电费信息查询页面与营销业务售电系统连接，为用户提供自家电表用电信息查询服务；自助复电页面与用电信息采集系统连接，允许用户远程接收用电信息采集主站系统下发的复电加密报文。这两个页面满足远程费控电能表用户日常用电查询和自助复电需求，后期可根据用户反馈意见增加相关功能，提升用户与电网企业的信息交互体验，强化电网营销服务质量。

4 复电数据安全加密方法

用户手机发出的复电申请在进入SG186营销业务系统前，必须先接入国网安全接入平台进行检测，采集主站下发的复电指令会通过用采2.0安全网关对数据进行加密[6]。同时，复电终端本身的ESAM数据安全加密芯片也会对复电指令数据进行安全认证，确保复电申请和复电指令在内外网传输过程中均安全可靠，不会被破解或篡改。该复电数据安全加密方法属于国内首创，确保用户、复电终端、采用系统三者之间的数据传输安全。

5 结 论

本文所述基于NFC物联网的智能电表本地复电终端系统的研究应用，是针对远程电能表的用电用户，在丰富电能表的通信渠道的基础上，提升购电、复电环节的响应能力。通过NFC通信、蓝牙方式、安全控制对原始红外通信方式进行扩展，在保证数据安全的基础上，使用电用户对复电具有一定自主性，有效降低因复电带来的用电不及时和安全问题，提高远程费控表复电合闸成功率（从现有的85%～90%提升至99.9%），减少电力公司工作人员疲于现场奔波的压力，提升企业服务质量、精益化管理水平和客户满意度。