浅析智能电能表的规范设计与应用

【摘要】本文对智能电能表的设计规范及应用特点进行了详细的阐述，阐述了一种对普通电能表进行的扩展，从而实现负荷控制、分时电价、支持优化线损模型的智能化电能表，并提供出规范设计要求及操作应用特点。

【关键词】智能电能表；校验；准确度；费控功能

一、引言

智能电能表是电能表产品发展到第四阶段的产物。第一阶段，机械式电能表，纯人工抄表；第二阶段，机电式电能表以及初期的电子式电能表，具有简易的数据输出装置，支持少量的数据读出；第三阶段，采用先进微电子技术的电子式电能表，可以采集、存储大量的数据，内嵌专用的多种通信接口；第四阶段，智能电能表，基于第三阶段的先进微电子技术，从理念上重新对电能表进行了定位，整合了许多新功能。智能电能表的新型特性，具有双向消耗的计量，预付费功能、应用层程序的功能、统一的通信协议和标准界面，表计可以成为其他智能家居远程数据交换的网络节点。

二、智能电能表试验、要求及技术规范

（一）电能表检验流程

1.全性能试验判定

有下列情形之一者则判定不合格：

（1）依据制造单位有效书面确认，对比产品招标前全性能试验和产品供货前全性能试验的样品，出现元器件不符、工艺简化、软件改动等情况。

（2）电能表招标前全性能试验中，依据本标准试验出现样品中任意一只任意一项不合格，即判定该批电能表不合格。

（3）电能表供货前全性能试验中，依据本标准试验项目分为A、B两类，A类为否决项，B类为非否决项。样品出现任一项A类不合格即判定该批样品不合格，出现B类不合格经整改后试验通过，判定该批样品合格。

2.抽样验收试验判定

有下列情形之一者则判定验收不合格：

（1）依据检测样品，未经招标方有效书面确认，出现元器件不符、工艺简化、软件改动等情况。

（2）电能表到货后抽样验收试验中，依据本标准试验项目分为A、B两类，A类为否决项，B类为非否决项。样品出现任一项A类不合格即判定该批样品不合格，出现B类不合格经整改后试验通过，判定该批样品合格。

（3）检测过程中发现有3只及以上样品存在因生产工艺、元器件等同一原因引起的质量隐患问题。

（二）准确度要求实验

1.试验方法

电表加额定电压Un，在功率因数1.0、0.5L正反向、0.8C正反向情况下测试负载电流变化时的误差。

2.试验目的

在表1规定的负荷范围内检电能表误差，不得超过其规定的误差极限。

（三）接地故障

试验方法：试验仅对三相四线经互感器工作的仪表。在三线中的某一线上进行模拟接地故障状态的试验中，各线电压提高至标称电压的1.1倍历时4h。试验时，电能表的中性端与电能表试验设备（MTE）的地端断开，并与MTE中模拟接地故障的一端连接。这时，没有接地的两电压端的电压则为相电压的1.9倍。试验时，电流线路设定电流为In，功率因数为1、对称性负载。试验后，仪表应无损坏并能正确地工作。当仪表回到正常工作温度时，测得的误差改变应满足下表的要求。

（四）通信模块接口带载能力测试（适用于带通信模块的电能表）

在电能表通信模块接口的VCC和地之间接入30Ω纯阻性负载（±5%精度），用电压表测量VCC与地两端电压，电压值应在+12V±1V范围内。

通信模块互换能力试验：

（1）热插拔试验

电能表施加参比电压、参比电流，在热拔插更换通信模块的情况下，电能表应能正确计量，且表内存贮的计量数据和参数不应受到影响和改变。

（2）性能影响试验

电能表接入相应的通信测试平台，施加参比电压、参比电流，互换模块插入电能表10s后，通信测试平台以10s的时间间隔对电能表的电能量和时间数据进行抄读，共抄读5次，电能表应正确应答。在通信状态下，电能表Ib点的计量误差不应超过相应准确度等级。在通信状态下测试电能表电压回路功耗，应满足电压线路功耗要求

（五）费控安全试验

1.费控功能总体要求

本地费控电能表是在智能电能表本地实现费控功能的电能表。本地费控电能表支持CPU卡、射频卡等固态介质进行充值及参数设置，同时也支持通过虚拟介质远程实现充值、参数设置及控制功能的电能表，即本地预付费与远程预付费是本地费控电能表所应具有的两种预付费方式，本地费控电能表的费控功能都是在智能电能表内部实现的。

2.安全认证功能

智能电能表均应支持安全认证功能，应通过电能表内嵌安全模块采用加密保护方式进行身份认证、红外认证、对传输数据进行加密保护和MAC验证，做到数据机密性和完整性保护，有效防止重放攻击和非法操作。

3.费控功能检测

（1）初始化功能

本地费控电能表应支持初始化功能，远程费控电能表应不支持该功能。测试初始化功能时，至少应测试如下内容：

1）参数预置卡初始化功能；

2）密钥状态、购电次数、囤积金额限值、合闸允许金额限值等参数对初始化功能的影响；

3）开户状态、卡片序列号、非法插卡次数、远程跳闸状态、远程报警状态、客户编号和保电状态等状态信息的清除情况；

4）参数预置卡的参数更新功能执行情况；

5）电能表清零记录和购电记录；

6）电能表的跳合闸状态。

（2）开户功能检测

本地费控电能表应支持该功能，远程费控电能表应不支持该功能。测试开户功能时，至少应测试如下内容：

1）远程开户功能和本地开户功能；

2）表号、客户编号、卡片序列号、购电次数、囤积金额限值等参数对开户功能的影响；

3）开户状态、客户编号、卡片序列号等信息的保存；

4）用户卡的返写功能执行情况；

5）参数更新功能执行情况；

6）购电记录；

7）未开户电能表，购电卡和补卡的执行情况。

（3）充值功能检测

本地费控电能表应支持该功能，远程费控电能表应不支持该功能。测试充值功能时，至少应测试如下内容：

1）本地充值功能和远程充值功能；

2）未开户电能表的充值功能执行情况；

3）表号、客户编号、卡片序列号、购电次数、囤积金额限值等参数对充值功能的影响；

4）用户卡的返写功能执行情况；

5）参数更新功能执行情况；

6）购电记录；

7）电能表的跳合闸状态。

（4）费控结算功能

本地费控电能表应支持该功能，远程费控电能表应不支持该功能。测试费控结算功能时，至少应测试如下内容：

1）费率和阶梯的切换和执行情况；

2）互感器变比对计费功能的影响；

3）报警金额、透支金额限值、合闸允许金额限值等参数对该功能的影响；

4）执行过程中的液晶显示和背光提示功能；

5）电能表的跳合闸状态；

6）事件记录和冻结记录。

三、结语

随着国家大力提倡节能减排方针，并且伴随着信息技术的发展，本文以述智能电能表规范设计与应用为切入点，以展示智能电能表广阔之前景，智能电能表所监测的峰谷电价、线损模型数据支持、需求侧管理等，无一不是对用电信息采集建设的巨大考验，而智能电能表就是最坚实的基础，智能电能表的规范设计将而又牢牢掌握着电能表时代进步发展的过程，随着时间的延续，智能电能表将会充分体现出其本身的意义。

参考文献

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[2]IEC62053-22：电能测量设备特殊要求21部分：0.2S级和0.5S级静止式有功电能表.

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[4]GB/T 15284-2002：多费率电能表特殊要求.

[5]DL/T 614-2007：多功能电能表.

[6]DL/T 645-2007：多功能电能表通信协议及备案文件.

[7]Q/GDW 205-2008：电能计量器具条码.

[8]Q/GDW 206-2008：电能表抽样技术规范.