智能電能表費(fèi)控功能檢測異常分析

李曉斌，文建周，張建民

（1.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.臨猗供電公司，山西臨猗 044100；3.山西省電力公司計(jì)量中心，山西 太原 030001）

1 智能電能表費(fèi)控功能試驗(yàn)方法

費(fèi)控功能的實(shí)現(xiàn)分為本地和遠(yuǎn)程兩種方式：本地方式通過CPU卡、射頻卡等固態(tài)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程方式通過公網(wǎng)、載波等虛擬介質(zhì)和遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表是通過網(wǎng)絡(luò)等虛擬介質(zhì)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能的電能表。遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表試驗(yàn)是通過遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表內(nèi)嵌的安全密鑰模塊與密碼機(jī)之間的安全認(rèn)證來確保其信息交換的安全性。

在試驗(yàn)流程中如果安全認(rèn)證試驗(yàn)結(jié)束就要對電能表發(fā)起遠(yuǎn)程拉閘命令，檢查電能表是否處于拉閘狀態(tài)，如果智能電能表拉閘成功，再發(fā)起遠(yuǎn)程允許合閘命令，檢查電能表是否允許合閘。如果拉合閘結(jié)束，并且成功的話，檢定裝置就會對智能電能表發(fā)起密鑰更新操作，密鑰更新成功后，用原有密鑰對電能表執(zhí)行遠(yuǎn)程控制操作，密碼機(jī)密鑰無法執(zhí)行遠(yuǎn)程控制操作。試驗(yàn)過程中電費(fèi)計(jì)算在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成，表內(nèi)不存儲、顯示與電費(fèi)、電價(jià)相關(guān)信息。電能表接收遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)下發(fā)的拉閘、允許合閘、安全密鑰數(shù)據(jù)抄讀指令時(shí)，需通過嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證及安全認(rèn)證。在保證信息交換安全的情況下，可通過虛擬介質(zhì)對電能表內(nèi)的用電參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；不提倡通過載波通信信道實(shí)現(xiàn)費(fèi)率時(shí)段表、電價(jià)方案等用電參數(shù)的遠(yuǎn)程預(yù)置。

2 智能電能表費(fèi)控功能試驗(yàn)存在的問題

遠(yuǎn)程費(fèi)控智能電能表在費(fèi)控功能檢測過程中進(jìn)行了安全認(rèn)證的試驗(yàn)，在試驗(yàn)流程中如果安全認(rèn)證試驗(yàn)結(jié)束就要對電能表發(fā)起遠(yuǎn)程拉閘命令，發(fā)現(xiàn)部分智能電能表仍然處于拉閘狀態(tài)，再發(fā)起遠(yuǎn)程允許合閘命令，試驗(yàn)結(jié)果顯示不成功。試驗(yàn)結(jié)束后，對費(fèi)控功能的電能表進(jìn)行了顯示功能檢查，在智能電能表顯示功能檢查中發(fā)現(xiàn)電能表顯示當(dāng)前時(shí)間為12點(diǎn)05分，而當(dāng)時(shí)系統(tǒng)時(shí)間為11點(diǎn)05分。更改系統(tǒng)時(shí)間為12點(diǎn)05分后再對智能電能表進(jìn)行費(fèi)控功能測試，測試結(jié)果合格。因此推斷該智能電能表的費(fèi)控功能與電能表的顯示時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間有關(guān)聯(lián)。而智能電能表技術(shù)規(guī)范明確提出對智能電能表進(jìn)行費(fèi)控功能的拉合閘操作時(shí)不對時(shí)間進(jìn)行要求，因此如果電表時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間不一致時(shí)，將導(dǎo)致系統(tǒng)對電表的遠(yuǎn)程拉合閘無法完成，智能電能表的費(fèi)控功能也就無法實(shí)現(xiàn)。針對該現(xiàn)象，制定了檢驗(yàn)方案。

3 檢測方案的制定及測試結(jié)果分析

費(fèi)控功能測試前要將智能電表的時(shí)間統(tǒng)一設(shè)置為11點(diǎn)，通過調(diào)整試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)間觀察費(fèi)控試驗(yàn)與時(shí)間的關(guān)系。

3.1 試驗(yàn)方案及測試結(jié)果

針對智能電能表費(fèi)控功能試驗(yàn)存在的問題，選擇了一只費(fèi)控功能測試不合格的電能表，通過更改系統(tǒng)時(shí)間和電表時(shí)間來進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)時(shí)間比智能電能表的時(shí)間晚的話，智能電能表的費(fèi)控功能都合格，如果系統(tǒng)時(shí)間比智能電能表的時(shí)間早1 h以內(nèi)也合格，超出1 h智能電能表的費(fèi)控功能都不合格。針對原始記錄測試情況工作人員對測試系統(tǒng)給智能電能表發(fā)送的報(bào)文進(jìn)行了分析。根據(jù)智能電能表的類型，費(fèi)控命令支持兩種類型的安全控制策略，以幀的密級PA來作區(qū)分。報(bào)文的N1為控制命令類型，N1=1AH代表跳閘，N1=1BH代表合閘允許，N1=2AH代表報(bào)警，N1=2BH代表報(bào)警解除，N1=3AH代表保電，N1=3BH代表保電解除；N2保留；N3—N8代表命令有效截止時(shí)間，數(shù)據(jù)格式為ssmmhhDDMMYY。

a）對于普通電能表，PA=02。在這種控制策略下，控制命令將以明文的方式下發(fā)，電表驗(yàn)證對應(yīng)密級的密碼P0—P2，驗(yàn)證通過后按照明文定義的指令執(zhí)行相應(yīng)操作；在這種情況下，m=8，N3—N8代表命令有效截止時(shí)間，當(dāng)電表當(dāng)前時(shí)間已經(jīng)超過這個時(shí)間時(shí)，該命令將被認(rèn)為無效，不被執(zhí)行，命令有效截止時(shí)間由主站根據(jù)信道的時(shí)延特性進(jìn)行設(shè)置。

b）對于費(fèi)控表，PA=98H。在這種控制策略下，P0—P2無效，數(shù)據(jù)區(qū)N1—Nm將以密文填充，具體數(shù)據(jù)長度由加密算法來決定；電表接收到命令后，通過安全密鑰進(jìn)行解密，解密后的明文格式定義和普通表一樣，即由N1—N8組成，如果解密成功，以解密后對應(yīng)的明文所定義的命令執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。

c）異常應(yīng)答時(shí)，將錯誤信息字Bit2置1，即“密碼錯/未授權(quán)”，因此從費(fèi)控功能的控制命令進(jìn)行分析。

d）對智能電表進(jìn)行跳合閘、保電、報(bào)警控制的命令在應(yīng)用層進(jìn)行費(fèi)控功能過程中，主站向電表發(fā)送的請求幀，本命令無須硬件配合。不帶安全認(rèn)證密級為02，N1—Nm為明文；帶安全認(rèn)證密級為98，N1—Nm為密。

其中可以看出在主站向智能電能表發(fā)送的報(bào)文里，N3—N8代表命令有效截止時(shí)間，由主站根據(jù)信道的時(shí)延特性進(jìn)行設(shè)置。由于主站和智能電能表是通過RS485進(jìn)行通信，而RS485通信是通過本地連接，因此通信速率很快。所以智能電能表對接收命令的有效截止時(shí)間為1 h，從而導(dǎo)致智能電能表在延遲1 h之內(nèi)依然能進(jìn)行費(fèi)控功能測試。如果智能電能表時(shí)間超前系統(tǒng)時(shí)間的話，在幀結(jié)構(gòu)里用戶數(shù)據(jù)區(qū)的識碼法無法被識別，導(dǎo)致智能電能表費(fèi)控功能測試無響應(yīng)。

4 結(jié)論

智能電能表在進(jìn)行費(fèi)控功能測試前應(yīng)讀取電表接收命令的有效截止時(shí)間，確定了系統(tǒng)時(shí)間和電表時(shí)間在有效截止時(shí)間之內(nèi)再進(jìn)行費(fèi)控功能測試，否則無法進(jìn)行該項(xiàng)測試。而在智能電能表檢定技術(shù)規(guī)范里并沒有體現(xiàn)要對有效截止時(shí)間進(jìn)行讀取的試驗(yàn)，所以在進(jìn)行智能電表全性能的試驗(yàn)過程中，由于部分電能表里有效截止時(shí)間設(shè)置不一致，導(dǎo)致費(fèi)控試驗(yàn)失敗。解決該現(xiàn)象發(fā)生的措施就是在進(jìn)行費(fèi)控功能試驗(yàn)之前先對電表進(jìn)行直觀檢查，確定電表的顯示時(shí)間，如果一致再進(jìn)行費(fèi)控試驗(yàn)，不一致就要先對電表進(jìn)行校時(shí)試驗(yàn)，校時(shí)成功后再進(jìn)行費(fèi)控試驗(yàn)，以確保智能電能表的費(fèi)控功能得以實(shí)現(xiàn)。