淺析智能電能表的規(guī)范設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

智能電能表是電能表產(chǎn)品發(fā)展到第四階段的產(chǎn)物。第一階段，機(jī)械式電能表，純?nèi)斯こ?；第二階段，機(jī)電式電能表以及初期的電子式電能表，具有簡(jiǎn)易的數(shù)據(jù)輸出裝置，支持少量的數(shù)據(jù)讀出；第三階段，采用先進(jìn)微電子技術(shù)的電子式電能表，可以采集、存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌專用的多種通信接口；第四階段，智能電能表，基于第三階段的先進(jìn)微電子技術(shù)，從理念上重新對(duì)電能表進(jìn)行了定位，整合了許多新功能。智能電能表的新型特性，具有雙向消耗的計(jì)量，預(yù)付費(fèi)功能、應(yīng)用層程序的功能、統(tǒng)一的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)界面，表計(jì)可以成為其他智能家居遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

二、智能電能表試驗(yàn)、要求及技術(shù)規(guī)范

(一)電能表檢驗(yàn)流程

1.全性能試驗(yàn)判定

有下列情形之一者則判定不合格：

(1)依據(jù)制造單位有效書面確認(rèn)，對(duì)比產(chǎn)品招標(biāo)前全性能試驗(yàn)和產(chǎn)品供貨前全性能試驗(yàn)的樣品，出現(xiàn)元器件不符、工藝簡(jiǎn)化、軟件改動(dòng)等情況。

(2)電能表招標(biāo)前全性能試驗(yàn)中，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)出現(xiàn)樣品中任意一只任意一項(xiàng)不合格，即判定該批電能表不合格。

(3)電能表供貨前全性能試驗(yàn)中，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目分為A、B兩類，A類為否決項(xiàng)，B類為非否決項(xiàng)。樣品出現(xiàn)任一項(xiàng)A類不合格即判定該批樣品不合格，出現(xiàn)B類不合格經(jīng)整改后試驗(yàn)通過，判定該批樣品合格。

2.抽樣驗(yàn)收試驗(yàn)判定

有下列情形之一者則判定驗(yàn)收不合格：

(1)依據(jù)檢測(cè)樣品，未經(jīng)招標(biāo)方有效書面確認(rèn)，出現(xiàn)元器件不符、工藝簡(jiǎn)化、軟件改動(dòng)等情況。

(2)電能表到貨后抽樣驗(yàn)收試驗(yàn)中，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目分為A、B兩類，A類為否決項(xiàng)，B類為非否決項(xiàng)。樣品出現(xiàn)任一項(xiàng)A類不合格即判定該批樣品不合格，出現(xiàn)B類不合格經(jīng)整改后試驗(yàn)通過，判定該批樣品合格。

(3)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有3只及以上樣品存在因生產(chǎn)工藝、元器件等同一原因引起的質(zhì)量隱患問題。

(二)準(zhǔn)確度要求實(shí)驗(yàn)

1.試驗(yàn)方法

電表加額定電壓Un，在功率因數(shù)1.0、0.5L正反向、0.8C正反向情況下測(cè)試負(fù)載電流變化時(shí)的誤差。

2.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

在表1規(guī)定的負(fù)荷范圍內(nèi)檢電能表誤差，不得超過其規(guī)定的誤差極限。

(三)接地故障

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)僅對(duì)三相四線經(jīng)互感器工作的儀表。在三線中的某一線上進(jìn)行模擬接地故障狀態(tài)的試驗(yàn)中，各線電壓提高至標(biāo)稱電壓的1.1倍歷時(shí)4h。試驗(yàn)時(shí)，電能表的中性端與電能表試驗(yàn)設(shè)備（MTE)的地端斷開，并與MTE中模擬接地故障的一端連接。這時(shí)，沒有接地的兩電壓端的電壓則為相電壓的1.9倍。試驗(yàn)時(shí)，電流線路設(shè)定電流為In，功率因數(shù)為1、對(duì)稱性負(fù)載。試驗(yàn)后，儀表應(yīng)無損壞并能正確地工作。當(dāng)儀表回到正常工作溫度時(shí)，測(cè)得的誤差改變應(yīng)滿足下表的要求。

(四)通信模塊接口帶載能力測(cè)試(適用于帶通信模塊的電能表)

在電能表通信模塊接口的VCC和地之間接入30Ω純阻性負(fù)載(±5%精度)，用電壓表測(cè)量VCC與地兩端電壓，電壓值應(yīng)在+12V±1V范圍內(nèi)。

通信模塊互換能力試驗(yàn)：

(1)熱插拔試驗(yàn)

電能表施加參比電壓、參比電流，在熱拔插更換通信模塊的情況下，電能表應(yīng)能正確計(jì)量，且表內(nèi)存貯的計(jì)量數(shù)據(jù)和參數(shù)不應(yīng)受到影響和改變。

(2)性能影響試驗(yàn)

電能表接入相應(yīng)的通信測(cè)試平臺(tái)，施加參比電壓、參比電流，互換模塊插入電能表10s后，通信測(cè)試平臺(tái)以10s的時(shí)間間隔對(duì)電能表的電能量和時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行抄讀，共抄讀5次，電能表應(yīng)正確應(yīng)答。在通信狀態(tài)下，電能表Ib點(diǎn)的計(jì)量誤差不應(yīng)超過相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)。在通信狀態(tài)下測(cè)試電能表電壓回路功耗，應(yīng)滿足電壓線路功耗要求

(五)費(fèi)控安全試驗(yàn)

1.費(fèi)控功能總體要求

表1 全電子式有功電能表百分?jǐn)?shù)誤差限（三相為平衡負(fù)載）

表2 全電子式有功電能表百分?jǐn)?shù)誤差限（三相為平衡負(fù)載）

本地費(fèi)控電能表是在智能電能表本地實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能的電能表。本地費(fèi)控電能表支持CPU卡、射頻卡等固態(tài)介質(zhì)進(jìn)行充值及參數(shù)設(shè)置，同時(shí)也支持通過虛擬介質(zhì)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)充值、參數(shù)設(shè)置及控制功能的電能表，即本地預(yù)付費(fèi)與遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)是本地費(fèi)控電能表所應(yīng)具有的兩種預(yù)付費(fèi)方式，本地費(fèi)控電能表的費(fèi)控功能都是在智能電能表內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。

2.安全認(rèn)證功能

智能電能表均應(yīng)支持安全認(rèn)證功能，應(yīng)通過電能表內(nèi)嵌安全模塊采用加密保護(hù)方式進(jìn)行身份認(rèn)證、紅外認(rèn)證、對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)和MAC驗(yàn)證，做到數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性保護(hù)，有效防止重放攻擊和非法操作。

3.費(fèi)控功能檢測(cè)

(1)初始化功能

本地費(fèi)控電能表應(yīng)支持初始化功能，遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表應(yīng)不支持該功能。測(cè)試初始化功能時(shí)，至少應(yīng)測(cè)試如下內(nèi)容：

1)參數(shù)預(yù)置卡初始化功能；

2)密鑰狀態(tài)、購電次數(shù)、囤積金額限值、合閘允許金額限值等參數(shù)對(duì)初始化功能的影響；

3)開戶狀態(tài)、卡片序列號(hào)、非法插卡次數(shù)、遠(yuǎn)程跳閘狀態(tài)、遠(yuǎn)程報(bào)警狀態(tài)、客戶編號(hào)和保電狀態(tài)等狀態(tài)信息的清除情況；

4)參數(shù)預(yù)置卡的參數(shù)更新功能執(zhí)行情況；

5)電能表清零記錄和購電記錄；

6)電能表的跳合閘狀態(tài)。

(2)開戶功能檢測(cè)

本地費(fèi)控電能表應(yīng)支持該功能，遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表應(yīng)不支持該功能。測(cè)試開戶功能時(shí)，至少應(yīng)測(cè)試如下內(nèi)容：

1)遠(yuǎn)程開戶功能和本地開戶功能；

2)表號(hào)、客戶編號(hào)、卡片序列號(hào)、購電次數(shù)、囤積金額限值等參數(shù)對(duì)開戶功能的影響；

3)開戶狀態(tài)、客戶編號(hào)、卡片序列號(hào)等信息的保存；

4)用戶卡的返寫功能執(zhí)行情況；

5)參數(shù)更新功能執(zhí)行情況；

6)購電記錄；

7)未開戶電能表，購電卡和補(bǔ)卡的執(zhí)行情況。

(3)充值功能檢測(cè)

本地費(fèi)控電能表應(yīng)支持該功能，遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表應(yīng)不支持該功能。測(cè)試充值功能時(shí)，至少應(yīng)測(cè)試如下內(nèi)容：

1)本地充值功能和遠(yuǎn)程充值功能；

2)未開戶電能表的充值功能執(zhí)行情況；

3)表號(hào)、客戶編號(hào)、卡片序列號(hào)、購電次數(shù)、囤積金額限值等參數(shù)對(duì)充值功能的影響；

4)用戶卡的返寫功能執(zhí)行情況；

5)參數(shù)更新功能執(zhí)行情況；

6)購電記錄；

7)電能表的跳合閘狀態(tài)。

（4)費(fèi)控結(jié)算功能

本地費(fèi)控電能表應(yīng)支持該功能，遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表應(yīng)不支持該功能。測(cè)試費(fèi)控結(jié)算功能時(shí)，至少應(yīng)測(cè)試如下內(nèi)容：

1)費(fèi)率和階梯的切換和執(zhí)行情況；

2)互感器變比對(duì)計(jì)費(fèi)功能的影響；

3)報(bào)警金額、透支金額限值、合閘允許金額限值等參數(shù)對(duì)該功能的影響；

4)執(zhí)行過程中的液晶顯示和背光提示功能；

5)電能表的跳合閘狀態(tài)；

6)事件記錄和凍結(jié)記錄。

三、結(jié)語

隨著國家大力提倡節(jié)能減排方針，并且伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，本文以述智能電能表規(guī)范設(shè)計(jì)與應(yīng)用為切入點(diǎn)，以展示智能電能表廣闊之前景，智能電能表所監(jiān)測(cè)的峰谷電價(jià)、線損模型數(shù)據(jù)支持、需求側(cè)管理等，無一不是對(duì)用電信息采集建設(shè)的巨大考驗(yàn)，而智能電能表就是最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，智能電能表的規(guī)范設(shè)計(jì)將而又牢牢掌握著電能表時(shí)代進(jìn)步發(fā)展的過程，隨著時(shí)間的延續(xù)，智能電能表將會(huì)充分體現(xiàn)出其本身的意義。

[1]IEC62053-21:電能測(cè)量設(shè)備特殊要求21部分:1級(jí)和2級(jí)靜止式有功電能表.

[2]IEC62053-22:電能測(cè)量設(shè)備特殊要求21部分:0.2S級(jí)和0.5S級(jí)靜止式有功電能表.

[3]JJG596—2012:電子式交流電能表檢定規(guī)程.

[4]GB/T 15284-2002:多費(fèi)率電能表特殊要求.

[5]DL/T 614-2007:多功能電能表.

[6]DL/T 645-2007:多功能電能表通信協(xié)議及備案文件.

[7]Q/GDW 205-2008:電能計(jì)量器具條碼.

[8]Q/GDW 206-2008:電能表抽樣技術(shù)規(guī)范.