一種基于ir46理念的智能電能表設計方案研究

1、第44卷第504期電測與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.20071基金項目：基金項目：由國家電網(wǎng)公司科技項目支撐（JLB17201600149）一種基于一種基于IR46理念的智能電能表設計方案研究理念的智能電能表設計方案研究郜波（中國電力科學研究院計量研究所，北京100192）摘要：文中從準確度等級、試驗要求以及軟件防護等方面比對了IR46與

2、我國現(xiàn)行電能表標準的差異，分析現(xiàn)有智能電能表對IR46的適用性，結(jié)合現(xiàn)有智能電能表技術水平，提出了一種滿足IR46要求的雙芯電能表技術方案，滿足了IR46對于電能表計量防護及升級方面的要求，為今后IR46在我國的落地實施提供了一種合理的解決思路。關鍵詞：IR46；智能電能表；計量防護；雙芯電能表中圖分類號：TM933文獻標識碼：B文章編號：10011390（2017）17000000Researchofsmartmeterdesigns

3、chemebasedonIR46GaoBo(MetrologyInstitute，ChinaElectricPowerResearchInstituteBeijing100192China)Abstract：:ThisarticlepapercomparesthedifferencesbetweentheInternationalRecommendation46(IR46fsht)thecurrentnationalstardsabou

4、telectricenergymeterfwhichfromtheaccuracyclassestestingrequirementsmethodssoftwareprotectionrequirementssoon.ThenationalmeteradaptabilityofIR46isanalyzedatechnicalproposalofsmartmeterwith‘doublechips’isadvancedwhichcould

5、matchthetestingsoftwareprotectionrequirementsfIR46itprovidesareasonablesolutionideafthefutureIR46implementationinourcountry.Keywds：:InternationalRecommendationIR46smartmeterprotectofmetrologyprotection‘doublechips’smartm

6、eter0引言引言InternationalRecommendation46(以下簡稱IR46)《有功電能表》[1]是由國際法制計量組織（OIML）最新修訂完成的電能表國際建議，其內(nèi)容涵蓋電能表的計量要求、技術要求和法制管理要求。IR46是針對電能表的強制性技術法規(guī)，一經(jīng)發(fā)布，包括我國在內(nèi)的所有OIML成員國必須采納并執(zhí)行。因此，我國相關的型式評價大綱、檢定規(guī)程等法制內(nèi)容在未來也將進行同步修訂。本次IR46的修訂對電能表計量防護、軟件升

7、級及技術指標方面提出了更高的要求，然而我國現(xiàn)有的智能電能表軟硬件設計較為固化，不能滿足新標準的要求。同時，智能電能表長期的運行中也暴露出硬件設計趨于完善，軟件設計仍存在漏洞、時鐘電池欠壓問題頻繁發(fā)生、擴展功能局限、未能契合大數(shù)據(jù)時代的需要等問題。因此需要提出一種新的智能電能表設計方案，來滿足未來IR46在我國落地實施的需求，并進一步完善智能電能表的功能。1現(xiàn)行智能電能表技術適應性分析現(xiàn)行智能電能表技術適應性分析目前，國內(nèi)采用的智能電能表

8、依據(jù)現(xiàn)行標準設計而成，具備雙向計量、信息存儲與處理、實時監(jiān)測、先進費控、安全加密等功能，滿足現(xiàn)階段國家電價政策、信息安全、用電可靠性等用電要求。然而，隨著IR46的發(fā)布，我國電能表相關的型式評價大綱、檢定規(guī)程等法制內(nèi)容也將與IR46同步。現(xiàn)行智能電能表能否滿足未來標準要求有待進一步分析與驗證。因此，本文將IR46與我國現(xiàn)行的電能表型評大綱JJF12452010[2]進行了比對，針對準確度等級劃分、試驗要求以及計量性能防護等主要差異點做了

9、適用性分析。1.1準確度等級及要求IR46將電能表等級劃分為：A、B、C、D四個等級，對比誤差限設置情況，可分別對應現(xiàn)行標準的2級、1級、0.5s級以及0.2s級。不同于JJF12452010中負載電流特征點InIb、Imax的表述第44卷第504期電測與儀表Vol.44No.5042007年第12期ElectricalMeasurement&InstrumentationDec.20073基金項目：基金項目：由國家電網(wǎng)公司科技項目支撐

10、（JLB17201600149）能需求，如沒有成熟可靠的軟件在線更新機制，每一次的功能更新或者注入新的費率政策均需要重新更換電能表將會耗費大量的人力物力，大量增加了運維的成本。綜上，現(xiàn)行的智能電能表雖然能夠滿足IR46中準確度以及各類影響量試驗的技術要求，但不具備計量性能防護與軟件升級功能，為適應IR46標準的落地要求，本文在原有技術水平基礎上，創(chuàng)新的提出了一種雙芯智能電能表的設計思路，計量部分與管理部分相互獨立，可保障計量的準確性與軟

11、件的可升級可擴展要求，滿足標準要求。設計的同時也考慮到了智能電能表多年運行以來，其自身技術條件已無法滿足日益增長的功能需求，如時鐘電池問題[4]、用戶交互問題以及“多表集抄”問題。雙芯智能電能表應在滿足IR46要求的基礎上，同時滿足未來電價政策、用戶需求擴展以及新能源政策的開展實施[57]。2基于基于IR46要求的雙芯智能電能表設計方案要求的雙芯智能電能表設計方案2.1總體框架雙芯智能電能表的總體設計思路是將電能表的計量部分（計量MCU

12、）與管理部分（管理MCU）進行獨立設計，在智能電表中劃分出隔離的區(qū)域，通過獨立的MCU進行計量功能的實現(xiàn)，其余管理相關的擴展功能通過另外的MCU實現(xiàn)?？梢灶惐扔趥鹘y(tǒng)電能表的運行模式，計量部分簡單、可靠，由計量芯實現(xiàn)，實現(xiàn)傳統(tǒng)機械表的計量功能；非計量部分靈活、可擴展升級，由管理芯實現(xiàn)，類似于傳統(tǒng)的抄表工人。計量部分作為基表，主要承擔電能計量任務，存儲每分鐘的電量并加上時標，同時具備時間源、脈沖指示、全失壓、電源異常事件檢測等功能。管理部分

13、承擔整表的管理任務，負責收集計量芯記錄的電量信息，并進行計費，還包括費控顯示、對外通信、事件記錄、數(shù)據(jù)凍結(jié)、負荷控制等任務。兩部分之間只有唯一通信通道進行數(shù)據(jù)交換。雙芯智能電能表的設計框圖見圖1。計量部分管理部分電電壓流采采樣樣計量芯片數(shù)據(jù)總線計量MCU存儲器1RTC管理MCU存儲器2停抄電池雙芯智能表框圖紅外系統(tǒng)電源超級電容時鐘電池RS485費控通信RS485卡ESAM圖1雙芯智能電能表原理框圖Fig.1Schematicdiagra

14、mof‘doublechips’smartmeter雙芯智能電能表的劃分原則是，計量芯部分所實現(xiàn)的功能簡單可靠，負責電壓電流采樣，并記錄最原始的帶時標的電能量數(shù)據(jù)，該部分功能長期沒有修改的需求。管理芯負責諸如計費、通信、費控等功能，所需要的原始數(shù)據(jù)均從計量芯讀取，該部分功能可以通過遠程進行受控的升級，并在升級或者正常運行過程中不影響計量芯的工作。2.2電源方案雙芯智能電能表不僅要在功能上實現(xiàn)隔離，其物理接口，尤其是電源部分也應當實現(xiàn)隔離

15、，以確保在管理部分受到干擾的情況下，電源部分能夠正常工作。雙芯智能電能表在工作時的主電源由電網(wǎng)提供，經(jīng)由3個穩(wěn)壓模塊進行電壓變換后轉(zhuǎn)換為各模塊所需要的電源，穩(wěn)壓模塊之間相互隔離，使得計量模塊與管理模塊的電源獨立，互不干擾。同時，為了保證智能電能表停電后時鐘的準確性，設置時鐘電池與超級電容在停電時為RTC供電，并加入二極管，防止主電源上電后由于電壓的升高向時鐘電池反向充電。具體電源部分的設計框圖見圖2。該方案的優(yōu)點在于不僅解決了現(xiàn)行智能電

16、能表時鐘電池欠壓的問題，還確保了在管理部分電源出現(xiàn)故障時不影響計量部分電源，保障計量部分的正常運行。時鐘電池停抄電池主電源變壓器穩(wěn)壓模塊2超級電容穩(wěn)壓模塊1RTCMCU存儲器計量芯片計量模塊計量單元MCU存儲器通信單元管理模塊管理單元紅外背光蜂鳴器穩(wěn)壓模塊3圖2雙芯智能電能表電源設計框圖Fig.2Designblockdiagramof‘doublechips’SsmartMetermeterpowersupplierpart2.3通信