智能电能表费控功能检测异常分析

李晓斌，文建周，张建民

（1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206；2.临猗供电公司，山西临猗 044100；3.山西省电力公司计量中心，山西 太原 030001）

1 智能电能表费控功能试验方法

费控功能的实现分为本地和远程两种方式：本地方式通过CPU卡、射频卡等固态介质实现，远程方式通过公网、载波等虚拟介质和远程售电系统实现。

远程费控智能电能表是通过网络等虚拟介质远程实现费控功能的电能表。远程费控电能表试验是通过远程费控电能表内嵌的安全密钥模块与密码机之间的安全认证来确保其信息交换的安全性。

在试验流程中如果安全认证试验结束就要对电能表发起远程拉闸命令，检查电能表是否处于拉闸状态，如果智能电能表拉闸成功，再发起远程允许合闸命令，检查电能表是否允许合闸。如果拉合闸结束，并且成功的话，检定装置就会对智能电能表发起密钥更新操作，密钥更新成功后，用原有密钥对电能表执行远程控制操作，密码机密钥无法执行远程控制操作。试验过程中电费计算在远程售电系统中完成，表内不存储、显示与电费、电价相关信息。电能表接收远程售电系统下发的拉闸、允许合闸、安全密钥数据抄读指令时，需通过严格的密码验证及安全认证。在保证信息交换安全的情况下，可通过虚拟介质对电能表内的用电参数进行设置；不提倡通过载波通信信道实现费率时段表、电价方案等用电参数的远程预置。

2 智能电能表费控功能试验存在的问题

远程费控智能电能表在费控功能检测过程中进行了安全认证的试验，在试验流程中如果安全认证试验结束就要对电能表发起远程拉闸命令，发现部分智能电能表仍然处于拉闸状态，再发起远程允许合闸命令，试验结果显示不成功。试验结束后，对费控功能的电能表进行了显示功能检查，在智能电能表显示功能检查中发现电能表显示当前时间为12点05分，而当时系统时间为11点05分。更改系统时间为12点05分后再对智能电能表进行费控功能测试，测试结果合格。因此推断该智能电能表的费控功能与电能表的显示时间和系统时间有关联。而智能电能表技术规范明确提出对智能电能表进行费控功能的拉合闸操作时不对时间进行要求，因此如果电表时间和系统时间不一致时，将导致系统对电表的远程拉合闸无法完成，智能电能表的费控功能也就无法实现。针对该现象，制定了检验方案。

3 检测方案的制定及测试结果分析

费控功能测试前要将智能电表的时间统一设置为11点，通过调整试验系统时间观察费控试验与时间的关系。

3.1 试验方案及测试结果

针对智能电能表费控功能试验存在的问题，选择了一只费控功能测试不合格的电能表，通过更改系统时间和电表时间来进行试验。

3.2 试验结果分析

从试验数据分析系统时间比智能电能表的时间晚的话，智能电能表的费控功能都合格，如果系统时间比智能电能表的时间早1 h以内也合格，超出1 h智能电能表的费控功能都不合格。针对原始记录测试情况工作人员对测试系统给智能电能表发送的报文进行了分析。根据智能电能表的类型，费控命令支持两种类型的安全控制策略，以帧的密级PA来作区分。报文的N1为控制命令类型，N1=1AH代表跳闸，N1=1BH代表合闸允许，N1=2AH代表报警，N1=2BH代表报警解除，N1=3AH代表保电，N1=3BH代表保电解除；N2保留；N3—N8代表命令有效截止时间，数据格式为ssmmhhDDMMYY。

a）对于普通电能表，PA=02。在这种控制策略下，控制命令将以明文的方式下发，电表验证对应密级的密码P0—P2，验证通过后按照明文定义的指令执行相应操作；在这种情况下，m=8，N3—N8代表命令有效截止时间，当电表当前时间已经超过这个时间时，该命令将被认为无效，不被执行，命令有效截止时间由主站根据信道的时延特性进行设置。

b）对于费控表，PA=98H。在这种控制策略下，P0—P2无效，数据区N1—Nm将以密文填充，具体数据长度由加密算法来决定；电表接收到命令后，通过安全密钥进行解密，解密后的明文格式定义和普通表一样，即由N1—N8组成，如果解密成功，以解密后对应的明文所定义的命令执行相应的控制操作。

c）异常应答时，将错误信息字Bit2置1，即“密码错/未授权”，因此从费控功能的控制命令进行分析。

d）对智能电表进行跳合闸、保电、报警控制的命令在应用层进行费控功能过程中，主站向电表发送的请求帧，本命令无须硬件配合。不带安全认证密级为02，N1—Nm为明文；带安全认证密级为98，N1—Nm为密。

其中可以看出在主站向智能电能表发送的报文里，N3—N8代表命令有效截止时间，由主站根据信道的时延特性进行设置。由于主站和智能电能表是通过RS485进行通信，而RS485通信是通过本地连接，因此通信速率很快。所以智能电能表对接收命令的有效截止时间为1 h，从而导致智能电能表在延迟1 h之内依然能进行费控功能测试。如果智能电能表时间超前系统时间的话，在帧结构里用户数据区的识码法无法被识别，导致智能电能表费控功能测试无响应。

4 结论

智能电能表在进行费控功能测试前应读取电表接收命令的有效截止时间，确定了系统时间和电表时间在有效截止时间之内再进行费控功能测试，否则无法进行该项测试。而在智能电能表检定技术规范里并没有体现要对有效截止时间进行读取的试验，所以在进行智能电表全性能的试验过程中，由于部分电能表里有效截止时间设置不一致，导致费控试验失败。解决该现象发生的措施就是在进行费控功能试验之前先对电表进行直观检查，确定电表的显示时间，如果一致再进行费控试验，不一致就要先对电表进行校时试验，校时成功后再进行费控试验，以确保智能电能表的费控功能得以实现。