中国智能电表的缘起、发展与期望(第二部分:下集)
中国现代电网量测技术平台
张春晖
2017年8月20日
本文(第二部分:上集)内容提要:
三，IR46标准与现行电能表国标/IEC标准相比有哪些不同的特征或新概念？
1，IR46有功电能表国标建议的法制计量地位
2，IR46标准与现行电能表国标/IEC标准不同的特征或新概念
1)从电能表误差术语说起
2)准确度等级的新概念
3)电能表随工作电流改变的整个误差曲线，都提出准确度要求和计算公式
4)额定工作条件与基本最大误差
5)准确度要求:电能表准确度的影响因子全覆盖
6)综合误差的估计
下面叙述本文(第二部分:下集):
7)电能表的硬件分离、软件分离要求与国网‘’双芯‘’智能电表
计量器具软件，尤其是涉及贸易结算、公正计量等属于国家法制管理的计量器具软件，其可靠性和保护能力应进行控制，确保计量器具的计量特性符合法制计量要求。
IR46标准提出的计量特性保护，主要内容包括:概述、软件标识、软件保护、参数保护、电子设备和子组件的分离、软件分离、通过通信系统存储数据和传输、维护及重新配置、检查设备事件記录装置。
电能表的硬件分离、软件分离是计量特性保护的重要内容之一。
一是，电能表为何要进行硬件分离、软件分离？
‘’电表的计量关键部分——不管是软件或硬件，在未经许可情况下，不得受到电能表其他部件的影响‘’。
二是，硬件分离
——‘’应确定、定义，并使用文件记录能够发挥法律相关功能的电能表子组件或电子设备‘’。
——‘’型式试验期间，应证明子组件和电子设备的相关功能和数据不会在未经许可情况下，受到经由界面所接收命令的影响‘’。
三是，软件分离
——软件标识
•‘’在电能表的法律相关软件上，应清楚标明软件版本或其他标記。标识可包括多个部分，但至少有一部分专用于法律目的‘’。
•‘’标识应和软件不可分割，并应在要求时展示或者在运行期间显示‘’。
——软件确认
‘’应根据软件标识的描述对行使法律相关功能或包含构成法律相关电能表软件法律相关数据域的所有软件模块(程序、子程序、对象等)进行确认。如果并未对行使法律相关功能的软件模块进行标识，应认为整个软件具有法律相关性‘’。
——软件通信
•如果法律相关的软件与其他软件进行通信，应规定一个软件接口。应专门地通过此接口进行所有通信。应使用文件清楚地記录法律相关软件和接口。应对软件的所有法律相关功能和数据进行描述，以使得型式批准当局能够决定如何进行正确的软件分离‘’。
•‘’应清楚地定义并使用文件记录构成软件接口的数据域，软件接口包括从法律相关部件输出至接口数据域的代码以及从接口输入至法律相关部分的代码。不应避开公布的软件接口‘’。
•‘’软件的法律相关部分中所有开始功能或数据变更的毎个命令应有一个明确的任务分配过程。应公布并使用文件通过软件接口进行传达的命令。仅允许通过软件接口激活使用文件记录的命令。制造商应对用文件记录命令的完整性进行说明‘’。
四是，参考件:软件保护的开发水平分类
《计量器具软件测评指南(JJF1182——2007)》是参考OIML《计量器具软件通用要求(2005版)》、欧盟《MID软件指南(2005版)》和《基于MID的软件要求(2005版)》、国标《软件工程(2006版)》并结合我国法制计量工作要求制订的。
本文引用该指南的第5章‘’计量器具软件水平分类‘’中第5.2条‘’软件保护‘’，作为软件保护设计的参考。
——‘’法制相关程序和数据应被保护，以避免偶然的或无意的更改‘’。其软件开发(中等)水平要求:‘’每次对重要程序、重要数据的使用都要有减少错误的检测和恢复方法‘’。软件开发(高等/低等)水平要求:(略)。
——‘’法制相关程序和数据应被保护，以避免遭到破坏或被未受权者有意识地更改‘’。其软件开发(中等)水平要求:‘’法制相关程序和数据的访问具有加密、授权等机制，重要数据具有恢复机制‘’。软件开发(高等/低等)水平要求:(略)。
——‘’只有被批准和验证了的软件允许被用于法制目的。它应清晰和明确，并且其结果的表达是由法制相关程序所产生的‘’。其软件开发(中等)水平要求:‘’软件判断其标识，可被读出或显示，不混淆法制数据结果表达和非法制数据结果表达‘’。软件开发(高等/低等)水平要求:(略)。
——‘’在软件控制硬件过程中，能够产生假测量值的功能缺陷，应能被检测到并采取措施‘’。其软件开发(中等)水平要求:‘’提供硬件的校准功能或错误的侦测功能，提供可能的计算算法‘’。软件开发(高等/低等)水平要求:(略)。
五是，引用案例
国网:《基于IR46理念的‘’双芯‘’智能电能表设计方案》提出:
——‘’双芯‘’智能电表的设计架构分为两部分:
•第一部分计量芯，包括:电压电流采样、计量芯片、计量MCU、存储器 1、RTC、时钟电池、超级电容、通信模块(RS485)等。计量芯独立运行，法制认证，不允许软件升级。
•第二部分管理芯，包括:管理MCU、停电电池、卡ESAM、显示、存储器 2、负控、通信(包括:红外、RS485、上下行模块)等
。管理芯软件允许升级。
•双芯之间通过SPI接口进行数据交换，管理芯的故障不影响计量芯的运行。
——基本功能划分
•计量芯作为基表，主要承担电能计量任务，同时具备瞬时量测量、数据存储、脉冲指令、全失压、电源异常事件检测、故障上报等功能，并且具备独立RS485通信接口，用于法制数据的溯源。
•管理芯承担整表的管理任务，主要包括:数据冻结、需量计算、结算电量、费控
、显示、对外通信、事件记录、负荷控制、软件在线升级等任务。
•两部分功能模块之间只有唯一通信通道进行数据交换。
——双芯电表功能划分总则
•计量芯功能要求未来长期保持不变，没有远程升级程序的需求。
•管理芯功能随着用电市场放开，存在多样化管理需求，可以通过远程升级程序的方式，进行管理芯功能升级。
•管理芯涉及收费的功能，可通过计量芯基楚冻结电能进行校核。
•计量芯功能简单可靠。
8) IR46标准的重要性与局限性
——IR46标准提出有功电能表的计量和技术要求、计量控制和性能试验。这些计量要求，具有国标法制计量地位。OIML成员国应最大程度实施这些建议，将成为我国制订基于IR46的智能电能表国标的重点内容、基础。但是，IR46标准是有功电能表的国标建议，其他类型电能表将在该建议的后续版本中添加。
——现行电能表国标/IEC标准:已经制订出多类型电能表标准，主要有:
•标准A:电能表的通用要求、试验和试验条件(GB/T 17215.211——2006/IEC62052——11:2006)
•标准B:1级和2级静止式有功电能表 特殊要求(GB/T17215.321——2008/
IEC62053——21:2003)
•标准C: 0.2S级和0.5S级静止式有功电能表 特殊要求(GB/T17215.322——2008/IEC62053——22:2003)
•标准D: 2级和3级静止式无功电能表 特殊要求(GB/T17215.323——2008/IEC62053——23:2003)
•标准E:多功能电能表 特殊要求(GB/T17215.301——2007)
•标准F:多费率电能表 特殊要求(GB/T15284——2002)
•标准G: 数字化电能表 特殊要求(GB/T 17215.303——2013)
由此可见:
IEC的电能表标准:已经制订出静止式有功、无功电能表标准，尚未见到多功能电能表标准。
我国的有功、无功电能表国标等同采用IEC标准，并已经制订出多功能电能表国标，主要功能是电能计量、需量测量、瞬时量测量、费率时段设置等多类型计量。
——国网智能电表系列企业标准
国网智能电表系列企业标准是电网运行智能电表的设计、制造、招标、验收用技术规范。其2013版智能电表系列企业标准(6项)，包括:智能电能表功能规范、三相/单相智能电能表技术规范、三相/单相智能电能表型式规范、智能电表能信息交换安全认证技术规范。这些标准(6项)的编号，详见本文第一部分。
国网智能电表系列企业标准的准确度要求，主要参照现行电能表国标/IEC标准。其主要内容是扩展多类型计量的多方位应用功能和提出电能表设计、测试新要求。其多功能要求(25项)，包括: 电能计量、需量测量、时钟、费率和时段、电量 /需量清零、数据存储、测量时间和测量值的冻结、事件记录、通信、信号输出、显示、瞬时量测量及监测、安全保护、费控功能、负荷记录、阶梯电价、停电抄表及显示、保电功能、报警、辅助电源、安全认证、电能表软件比对功能、恒定磁场监测及事件记录功能、电源异常事件记录功能、负荷开关误动作检测功能。
——据了解，国标上，欧盟的计量器具指令(MID)已经先期采用IR46理念。IEC的电能表标准正在按IR46标准的要求进行制、修订工作。国产电能表出口欧盟市场，已经积累起多种计量特性保护方案的设计经验。我国基于IR46的智能电表国标制订，可以汇集、借鉴欧盟、IEC和国产出口欧盟电表的经验，研究将IR46有功电能表国标建议，全面推广到多类型电能表标准制、修订工作中去。这是道难題，需要电表行业合作研究，下功夫去汇集、论证、测试和对不同意见的争论，才能提出符合国情又有技术水准的基于IR46的智能电表国标。
9)如何将IR46标准融入现行电能表国标？
前面已经叙述，现行电能表国标分为标准A/B/C/D，与IR46标准的架构不同:
一是，现行电能表国标的架构:
——标准A:电能表的通用要求、试验和试验条件。其主要内容:术语和定义、标准电量值、机械要求、气候条件、电气要求(部分电气要求项目提出试验后的准确度要求)、型式试验、附录。
——标准B/C/D:静止式有功/无功电能表 特殊要求。其主要内容:电气补充要求、准确度要求、附录。
——可见，现行电能表国标将‘’电能表的通用要求、试验和试验条件‘’，与‘’特殊要求‘’分成两部分标准。
二是，IR46标准的第1部分:计量和技术要求(包括:准确度要求、计量特性保护)和第2部分:计量控制和性能试验，融合在同一标准内。
三是，近据了解，我国基于IR46的智能电表国标的制订，还是采用‘’通用要求、试验和试验条件‘’与‘’特殊要求‘’两部分格局。因此，本文作者建议:
——现行电能表国标的标准A:‘’通用要求、试验和试验条件‘’，需要按IR46标准修订:
•电能表的术语和定义
•电能表的准确度等级及表达方式
•电气要求中具有准确度要求的试验项目，要划入基于IR46的智能电表国标的‘’特殊要求‘’标准中
•部分机械要求、防尘和防水、气候条件的试验项目，需划入基于IR46的智能电表国标‘’特殊要求‘’标准中
•新提出:计量软件保护的设计要求
——现行电能表国标的标准B/C:‘’特殊要求‘’中，需按IR46标准修订:
•补充:额定工作条件，修订影响量项目，补充:干扰量的试验项目
•准确度要求:改为基本最大允许误差、影响量的允许偏差、干扰量的允许影响。
•将现行电能表国标的标准A中的部分机械要求、防尘和防水、气候条件的试验项目，划入基于IR46的智能电表国标的‘’特殊要求‘’标准中
——现行电能表国标的标准D: ‘’2级和3级静止式无功电能表 特殊要求‘’如何修订？需要先征询国际法制计量组织(OIML)有关静止式无功电能表国际建议制订情况，再研究国内电表行业合作进行该国标的修订事宜。
3，IR46标准在中国落地实施的进程
据了解，我国是国标法制计量组织(OIML)的成员国。，参与了IR46标准的制订讨论过程。
1) 2014年，全国电磁计量技术委员会电能工作组会议
针对IR46有功电能表国际建议在中国执行问题，会议达成如下共识:
——尽快完成IR46有功电能表国际建议的翻译版本
——中国贯彻执行IR46标准有两个方案:
•电能表国家标准、规程及大纲等均根据IR46同步进行重新制订或修订
•现行电能表国标、规程及大纲维持不变。待条件成熟后，再根据IR46制订或修订我国电能计量技术规范。目前，按照用户出口市场等需求，开展依据IR46的检测能力建议
——建议由中国计量院牵头开展我国电能计量技术规范体系的制订工作。
近据了解，基于IR46的电能表国家检定规程正在制订过程中。
2) 基于IR46的智能电表国标体系制、修订情况
——2014年7月，全国电工仪器仪表标准化技术委员会发出通知，组建‘’基于IR46的国家标准制、修订专项研究工作组‘’
——2014年10月，‘’AMI国家标准体系"WG05工作组会议纪要:
•江苏林洋公司:《"IR46国际建议"的研究情况》
•会议通过"智能电表 特殊要求"标准架构。其基本思路:将现行国网
、南网、国际标准中高于现行国标的纳入，IR46标准的成熟要求，有选择性纳入，提高智能电表的性能和功能，适应现在和未来的应用要求。
•会议提出基于IR46的智能电表国标论证测试題目:准确度要求、机械要求、电气要求、计量特性保护、功能要求、可靠性、智能电表外形和安装尺寸等，由工作组成员单位分工后，按IR46的要求进行国网、南网电表测试，并向工作组提出测试报告。
——2016年11月，在2016年第33届电磁测量技术、标准、产品国际研讨会上，介绍了基于IR46的智能电表国标制、修订工作进程。
——近据了解，基于IR46的智能电表国标已经完成"通用要求"、"特殊要求"两项标准的修订稿。原定2017年8月进行讨论，现在估计要延期到2017年底或2018年初讨论定稿后，再进入报批程序。
3)国网:基于IR46理念的"双芯"智能电表开发工作情况
•2015年1月，国网下发《关于全面深化计量精益管理提升智能化应用水平的意见(国家电网营销［2015］53号)》提出:开展IR46电能表国际建议的应用研究。
——2016年9月，国网发布《基于IR46理念的"双芯"智能电能表设计方案》，并组织面向电表企业的宣贯会议。
——2016年11月，国网计量中心在全国电表行业会议上作报告:《IR46解读以及"双芯"智能电表的构思》
——进入2017年，国内一批有实力的电表企业已经开发出"双芯"智能电表，并准备往国网计量中心送检。原计划，国网计量部门将组织制订国网"双芯"智能电表系列企业标准。但是，由于国网情况有变化，下一步"双芯"智能电表标准制订工作进程尚不明朗。
4) 基于IR46标准的单相电能表检定装置已经推出
——2015年初，在国内率先由重庆市电科院和郑州万特公司合作研制出基于IR46的单相电能表检定装置。
——该检定装置系统软件可实现的IR46标准要求的试验项目(19项): ，主要有:初始固有误差、固有误差、温度改变影响、大幅度电压变化、电压和电流线路中的谐波、电流线路中的次谐波、电流线路中的奇次谐波、外部恒定(DC)磁场、外部磁场(交流、工频)、交流电流线路中的直流电、综合误差估计等。
——由试验结果表明:该检定装置无论是测试方法，还是对检定数据分析处理及检定结果的评定，都明显优于传统的检定装置。同时，经比较，IR46标准与现行电能表国标/IEC标准的检定方法有很大的差异，需要认真研究引用。
最后说明:以上是IR46标准第1部分 "计量和技术要求"的解读与引用研究情况。IR46标准第2部分"计量控制和性能试验"的解读与引用研究，本文作者将另撰写专題文稿。
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