基于IR46新一代物聯(lián)網(wǎng)智能電能表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

國網(wǎng)山西省電力公司營銷服務(wù)中心 賈 穎 樊勝強(qiáng) 李 靜 趙芳麗 曹 英

1 應(yīng)用需求

作為智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)高級量測體系的基礎(chǔ)元件之一，智能電表主要負(fù)責(zé)電能數(shù)據(jù)采集、計量、傳輸和處理等作業(yè)，協(xié)助智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行用電負(fù)荷管理、分布式能源計量、電能質(zhì)量監(jiān)測等環(huán)節(jié)。

碳中和大背景下，充電樁與數(shù)據(jù)中心等大規(guī)模接入、電改持續(xù)深化、終端能源電氣化加速等因素使得負(fù)荷側(cè)迎來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，原有智能電表與采集系統(tǒng)難以滿足用戶側(cè)多元化互動需求?；贗R46的新一代物聯(lián)網(wǎng)智能電表依據(jù)多芯模塊化設(shè)計理念，主要包括計量、管理、時鐘、存儲等諸多芯片[1]，結(jié)構(gòu)上可實現(xiàn)模組插拔升級、多元化配置，并搭載用電客戶狀態(tài)實時監(jiān)測、用電安全隱患分析、信息交互、節(jié)能及有序管理等功能。能有效支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)和電網(wǎng)雙碳轉(zhuǎn)型。

International Recommendation 46（以下簡稱IR46）《有功電能表》是由國際法制計量組織（OIML）修訂完成的電能表國際建議，內(nèi)容包括電能表的計量技術(shù)規(guī)范、試驗報告等內(nèi)容。

根據(jù)國網(wǎng)營銷部2019年11月12日發(fā)布的《關(guān)于開展新一代智能電能表和模組化采集終端檢定（測）能力建設(shè)的通知》及2020年國網(wǎng)及南網(wǎng)智能物聯(lián)電能表、智能網(wǎng)關(guān)終端技術(shù)規(guī)范發(fā)布，對應(yīng)的電能計量檢定系統(tǒng)將隨之要進(jìn)行適應(yīng)性升級，使其滿足IR46標(biāo)準(zhǔn)要求，并能夠測試多芯電能表事件記錄（校時、掉電、上電、清零、在線升級等）、主動上報、分鐘凍結(jié)以及雙芯分離等[2]，滿足國網(wǎng)新企標(biāo)功能要求。

2 主要做法

2.1 設(shè)計目標(biāo)

按IR46標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行“電能計量一體化檢定平臺”的規(guī)程適應(yīng)性升級，升級后的檢定平臺系統(tǒng)能夠滿足IR46新一代物聯(lián)網(wǎng)智能電能表的試驗項目要求。

升級內(nèi)容主要包括管理系統(tǒng)功能增加，檢定方案的制定與管理，檢定設(shè)備的管理配置。檢定系統(tǒng)功能包含參數(shù)解析、基本誤差試驗、電能表常數(shù)試驗、電能示值組合誤差試驗、需量示值誤差、誤差一致性等試驗及遠(yuǎn)程控制、密鑰更新、數(shù)據(jù)提交、證書打印功能。

2.2 設(shè)計方案

2.2.1 檢測對象標(biāo)準(zhǔn)差異性分析

在IR46標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用之前，我國的電能表主要是按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 17215系列標(biāo)準(zhǔn)、國網(wǎng)09版、12版智能電能表的企業(yè)規(guī)范的要求來進(jìn)行設(shè)計、制造和檢測的。IR46標(biāo)準(zhǔn)與IEC 標(biāo)準(zhǔn)相比，新增了最小電流（Imin）、轉(zhuǎn)折電流（Itr）、最大允許誤差、最大允許誤差偏移等專業(yè)術(shù)語，將IEC 標(biāo)準(zhǔn)中基于直接接入式和經(jīng)互感器接入式而定義的基本電流 Ib 和額定電流In 的術(shù)語也一并刪除了。關(guān)于精確度級別的表達(dá)，IR46規(guī)定了四個級別，即A、B、C、D 級[3]，而IEC 標(biāo)準(zhǔn)指定了2級、1級、0.5S 級、0.2S 級4個級別。IR46標(biāo)準(zhǔn)與IEC 標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)誤差極限對照表詳見表1。

表1 IR46標(biāo)準(zhǔn)與IEC 標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)誤差極限對照

以百分?jǐn)?shù)誤差極限的要求為依據(jù)，IR46標(biāo)準(zhǔn)下的四個等級與IEC 標(biāo)準(zhǔn)四個等級之間大致是一一對應(yīng)的，不同之處主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是在接入方式上，IR46標(biāo)準(zhǔn)中的四個精度等級既可以采用直接接入方式，又可以經(jīng)互感器接入方式，而IEC 標(biāo)準(zhǔn)中的0.5S 級、0.2S 級沒有直接接入式，而只能采取互感器的接入方式。另一方面是在IR46標(biāo)準(zhǔn)中Itr、Imin 與Ib 或者In 之間的對應(yīng)與接入方式和精度等級存在相關(guān)性，即Itr=0.1Ib 或者0.05In，Imin=0.05Ib，Imin=0.02In（2級or1級）或0.01In（0.5S 級or0.2S 級）。

測試方面，IR46標(biāo)準(zhǔn)電能測試完成需對電能表的組合誤差進(jìn)行評估，判斷IR46的綜合誤差評估有兩種類型：一是根據(jù)該建議要求進(jìn)行最大允許誤差的綜合評估。二是根據(jù)形式特定條件和測試結(jié)果的組合誤差進(jìn)行評估。IR46標(biāo)準(zhǔn)可試驗的內(nèi)容有：最大容許誤差符合度的測試（5項）、影響量的測試（16項）等。

2.2.2 IR46檢定系統(tǒng)設(shè)計

一是業(yè)務(wù)構(gòu)架。IR46檢定系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示，IR46檢定系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)由檢定方案管理、檢定試驗過程、證書打印、檢定數(shù)據(jù)管理及與SG186營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)、MDS 計量生產(chǎn)調(diào)度平臺或第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口等構(gòu)成。

圖1 IR46檢定系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

二是應(yīng)用框架。IR46檢定系統(tǒng)應(yīng)用框架如圖2所示，IR46檢定系統(tǒng)應(yīng)用框架包括系統(tǒng)應(yīng)用層、協(xié)議通信層、工控設(shè)備層等部分。其中：應(yīng)用層主要是依據(jù)IR46標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗設(shè)備、檢定標(biāo)準(zhǔn)、檢定人員、檢定方案、檢定試驗、檢定結(jié)果、證書打印等軟件功能的實現(xiàn)；協(xié)議通信層主要負(fù)責(zé)與檢定裝置的通信控制、數(shù)據(jù)采集等功能；工控設(shè)備層主要為基于IR46的檢定設(shè)備，通過協(xié)議通信層與應(yīng)用層進(jìn)行交互。

圖2 IR46檢定系統(tǒng)應(yīng)用框架

三是數(shù)據(jù)架構(gòu)。為避免檢定工作中“信息孤島”的現(xiàn)象，必須實現(xiàn)地區(qū)模式下的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)大集中。這樣既實現(xiàn)了檢定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的信息共享，也為管理人員進(jìn)行計量器具質(zhì)量分析、檢定過程管控等工作的開展，提供技術(shù)方法和支持。該系統(tǒng)使用的是一個內(nèi)部局域網(wǎng)，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)主機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，在檢定工作的過程中，采用集中存儲計量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；并在此基礎(chǔ)上，利用安全機(jī)制的接口與其他系統(tǒng)采集檢定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)了檢定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化共享。

數(shù)據(jù)采用實時存儲、集中存儲、集中管理的架構(gòu)模式，管理系統(tǒng)和檢定系統(tǒng)都存儲數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，各檢定客戶端臨時數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中，有效檢定數(shù)據(jù)全部實時存儲與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。

四是技術(shù)架構(gòu)。技術(shù)架構(gòu)是以B/S 和C/S 相結(jié)合的模式。應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S 模式，部署在省營銷服務(wù)中心的應(yīng)用服務(wù)器中，采用人員、角色、權(quán)限模式展示功能模塊。檢定系統(tǒng)采用C/S 模式，采用設(shè)備驅(qū)動模塊模式，應(yīng)用接口、基類、子類、反射等技術(shù)實現(xiàn)操作統(tǒng)一性。

五是基于IR46新一代物聯(lián)網(wǎng)智能電能表檢定平臺升級方案。根據(jù)在IR46標(biāo)準(zhǔn)與 GB/T 17215標(biāo)準(zhǔn)檢定差異性分析，檢定平臺升級主要涉及基本誤差試驗、起動試驗、潛動試驗、電能表常數(shù)試驗、電能示值組合誤差試驗、日計時誤差、需量示值誤差試驗項目。

具體更新升級內(nèi)容包括：電能表檢定方案制定。檢定方案中涉及基本誤差、起動、潛動、電能表常數(shù)試驗、電能示值組合誤差、日計時誤差、需量示值誤差、誤差一致性等試驗項目依據(jù)2020版智能電能表技術(shù)規(guī)范更改，其余項目仍采用原有國家規(guī)程。檢定方案制作原依據(jù)的有功2.0級、1.0級、0.5S 級、0.2S 級，更改為A 級、B 級、C 級、D 級；檢測試驗項目開發(fā)。按IR46標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行基本誤差試驗、電能示值組合誤差試驗、日計時誤差、需量示值誤差、測量重復(fù)性試驗等項目的開發(fā)；檢定裝置規(guī)約調(diào)試。開發(fā)IR46檢定裝置控制規(guī)約，保證能夠?qū)ε_體各等級電壓、電流、功率因數(shù)、誤差數(shù)據(jù)采集等功能進(jìn)行控制；資產(chǎn)錄入模塊與數(shù)據(jù)提交模塊更改。資產(chǎn)錄入模塊需要依據(jù)IR46智能電表技術(shù)規(guī)范要求對檢定基本誤差項目要求的等級、基本電壓、電流等試驗參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換解析?；菊`差試驗完成后的試驗數(shù)據(jù)需要根據(jù)現(xiàn)有MDS 數(shù)據(jù)接口要求進(jìn)行封裝、格式化、重新計算等要求，進(jìn)行中間庫數(shù)據(jù)寫入如服務(wù)提交；檢定報表模塊更改。依據(jù)IR46智能電表技術(shù)規(guī)范重新編制，制定證書格式、原始記錄格式、檢定通知書格式等。

3 結(jié)語

按照IR46技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程，對計量管理的工作過程進(jìn)行了規(guī)范化處理，提高了計量服務(wù)的透明度，從而使電能計量更加公平、公正。集中數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計分析，減輕人工統(tǒng)計工作量。

一是統(tǒng)一了檢定操作過程，檢定人員只需按照管理人員制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行檢定任務(wù)，開展“一人多機(jī)”模式的檢定工作，同時操作多臺設(shè)備開展檢定工作，極大地提高了檢定工作效率。

二是實現(xiàn)了檢定數(shù)據(jù)集中存儲、統(tǒng)一管理，解決了原有檢定數(shù)據(jù)單機(jī)存儲，數(shù)據(jù)安全風(fēng)險極大的“信息孤島”現(xiàn)象，保障了數(shù)據(jù)安全與共享，為電能計量公平、公正提供了可靠的數(shù)據(jù)來源和查詢依據(jù)。

三是統(tǒng)一了檢定工作操作流程，使得管理人員對檢定工作的統(tǒng)一管理控制更加便捷；對檢定工作相關(guān)數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一管理，同時根據(jù)實際管理工作定制了多種分析統(tǒng)計功能，極大地提高了檢定管理考核方面的工作效率；對外提供統(tǒng)一的檢定相關(guān)報表，使得檢定管理工作在規(guī)范化道路上邁上了一個新臺階。