基于OIML R46國際建議的智能電能表設(shè)計(jì)分析

金華峰

摘 要： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對于電力能源的需求逐年增加，在很大程度上也促進(jìn)了電力行業(yè)的迅速發(fā)展?；贠IML R46國際建議的智能電能表融合了當(dāng)前的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，在滿足當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展需求同時(shí)，還遵循國際建議的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。該表采用“雙芯”設(shè)計(jì)，即計(jì)量芯與管理芯的雙重優(yōu)化，且各自能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，可滿足各種通信資源以及遠(yuǎn)程升級等多方面需求。

關(guān)鍵詞： OIML R46國際建議;智能電能表;設(shè)計(jì)思路;計(jì)量

【中圖分類號】TM933.4 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0163-01

前言：OIML是國際法制計(jì)量機(jī)構(gòu)，且所發(fā)布的IR類相關(guān)文件屬于國際性法規(guī)文件，要求所有成員國必須執(zhí)行。就目前現(xiàn)狀來看，OIML R46國際建議和我國的智能電能表標(biāo)準(zhǔn)體系有著很大的差異，其要求計(jì)量和其他相關(guān)功能之間要實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，軟件可進(jìn)行在線升級，且不會(huì)對計(jì)量的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性造成影響。但是目前我國標(biāo)準(zhǔn)體系對于智能電能表的整體要求相對固化，主要是采用一體化的設(shè)計(jì)，如果想要改變功能或者增加計(jì)費(fèi)方式，必須要對整表進(jìn)行更換，而OIML R46智能電能表能夠有效滿足當(dāng)前我國智能電網(wǎng)的快速轉(zhuǎn)型與穩(wěn)定發(fā)展。

1 需求簡述

（1）可更換電池：由于電能表存在功耗設(shè)計(jì)以及自身電池質(zhì)量等相關(guān)因素的影響，以往的智能電能表因無法更換電池，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)電池電壓不足的問題。而“雙芯”設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)電池的隨時(shí)更換，從而有效解決以往智能電能表出現(xiàn)電池問題后必須整表更換等缺陷。

（2）可變更功能需求：當(dāng)前國內(nèi)對于智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)體系要求相對固化，主要是一體化設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)發(fā)生需求變更時(shí)，必須要更換整表。而該設(shè)計(jì)方案可對計(jì)量與電量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行有效保存，當(dāng)發(fā)生需求或功能改變時(shí)，可進(jìn)行軟件升級，不需要更換整個(gè)電能表，從而有效節(jié)約成本，保障運(yùn)行穩(wěn)定性。由于計(jì)量芯和管理芯之間是相互獨(dú)立運(yùn)行的，軟件升級也不會(huì)對計(jì)量造成影響。

（3）實(shí)現(xiàn)四表集抄：以往的電能表不具備擴(kuò)展性，通常只有一個(gè)通信模塊，各項(xiàng)功能比較有限。該設(shè)計(jì)方案可支持無線連接以及上下行通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交互，能有效改善當(dāng)前四表集抄存在的問題[1]。

2 整體功能設(shè)計(jì)

2.1 硬件功能設(shè)計(jì)

硬件主要是由電源、管理芯以及計(jì)量芯共同組成，計(jì)量芯當(dāng)中主要包含了存儲器、時(shí)鐘電池、計(jì)量芯片以及電容、回路等，是獨(dú)立運(yùn)行的，不支持軟件升級。管理芯主要包含停抄電池、顯示、存儲器、通信接口等，且支持軟件升級。兩者之間主要是通過SPI接口完成數(shù)據(jù)交換，通信連接的建立以及解除都是由主站進(jìn)行控制，管理芯一旦出現(xiàn)故障，不會(huì)對計(jì)量芯的正常運(yùn)行造成影響。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

功能模塊和硬件設(shè)計(jì)大致類似，也是由計(jì)量芯與管理芯組成，計(jì)量芯主要負(fù)責(zé)的是電能數(shù)據(jù)計(jì)量工作，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲以及電源檢測，也具備相對獨(dú)立的通信接口。管理芯需對整表進(jìn)行任務(wù)管理，其中包含事件記錄、通信、數(shù)據(jù)以及顯示等控制任務(wù)。兩個(gè)功能模塊之間的通信通道是唯一的，也是數(shù)據(jù)交換的重要渠道。

3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1 計(jì)量芯

針對OIML R46規(guī)定要求，計(jì)量芯部分軟件是無法升級的，需要進(jìn)行軟件認(rèn)證，并且和能夠升級的部分進(jìn)行分離。計(jì)量部分如需修改都是需要進(jìn)行重新認(rèn)證的，法制計(jì)量部分應(yīng)當(dāng)保障高精度[2]。

3.1.1 計(jì)量方案

近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速更新與發(fā)展，計(jì)量芯片的精確度顯著提高，能夠有效滿足當(dāng)前智能電能表的綜合設(shè)計(jì)需求。與計(jì)量芯片相配合，能夠大幅度提升寬負(fù)載變化范圍及準(zhǔn)確性，有效解決電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中電流過大等問題。通過優(yōu)化軟硬件設(shè)計(jì)方案，能夠有效提高整體計(jì)量性能。當(dāng)前國內(nèi)智能電能表具有成熟度高、批量運(yùn)行等經(jīng)驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，但主流的互感器線性目前還無法滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)當(dāng)采用線性補(bǔ)償進(jìn)行處理。

3.1.2 時(shí)鐘設(shè)計(jì)在智能電能表當(dāng)中，時(shí)鐘和計(jì)量數(shù)據(jù)是同等重要的，并且和計(jì)費(fèi)的精準(zhǔn)性密切相關(guān)，雙芯設(shè)計(jì)方案，為了保障實(shí)際精準(zhǔn)性，要對電池、電源以及電容量進(jìn)行嚴(yán)格把控，停電的情況下由電池與電容提供保障。如果沒有電池，超級電容能夠保障時(shí)鐘在7天之內(nèi)正常進(jìn)行工作。為了充分保障時(shí)鐘的整體精準(zhǔn)性與安全性，系統(tǒng)只接受5分鐘之內(nèi)的時(shí)鐘誤差，在實(shí)際運(yùn)行過程中，軟時(shí)鐘應(yīng)當(dāng)和硬時(shí)鐘同步，當(dāng)停電時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)存儲數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行恢復(fù)判斷。

3.2 管理芯設(shè)計(jì)

3.2.1 模組化設(shè)計(jì)

該模塊設(shè)計(jì)主要是由主程序以及子過程將結(jié)果與流程進(jìn)行描述，并對不同框架之間的關(guān)系進(jìn)行定義與調(diào)試，這樣能夠有效降低整體復(fù)雜程度，使得對程序的調(diào)試與設(shè)計(jì)相關(guān)操作流程逐漸簡化。并且智能電能表中的通信、顯示、事件等功能之間實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，不同功能之間不會(huì)受到影響，對軟件升級提供支持[3]。

3.2.2 軟件升級

“雙芯”智能電能表可通過當(dāng)前的紅外、載波、微功率等通信信道進(jìn)行遠(yuǎn)程升級，在升級過程當(dāng)中也不會(huì)對計(jì)量產(chǎn)生影響。可對于進(jìn)行遠(yuǎn)程下載的數(shù)據(jù)及時(shí)存儲，完成下載后，通過驗(yàn)證之后可升級，當(dāng)出現(xiàn)升級失敗情況時(shí)也能夠及時(shí)恢復(fù)之前的軟件狀態(tài)。單一功能進(jìn)行升級的時(shí)候可有效減少整體時(shí)間，提高效率，通信協(xié)議在擴(kuò)展的同時(shí)，能夠有效滿足當(dāng)前軟件升級的需求。

4 結(jié)束語

基于OIML R46的智能電能表設(shè)計(jì)能夠有效彌補(bǔ)以往智能表存在的缺陷和不足，可滿足未來計(jì)量、柔性電價(jià)以及通信等多方面需求，隨著該設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步實(shí)施，“雙芯”智能電能表的應(yīng)用前景也會(huì)變得更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚力. 基于OIML R46國際建議的智能電能表設(shè)計(jì)[J]. 電測與儀表， 2017， 054（016）：95-99.

[2] 沈建良， 李亦龍， 吳劍芳. 智能電能表大容量數(shù)據(jù)安全存儲的方法研究[J]. 電測與儀表， 2017， 054（021）：92-95.