基于嵌入式系统的智能电能表研究展望

黄瑞，肖宇，曾伟杰，胡红利，叶志，段羽洁

(1. 国网湖南省电力有限公司，长沙 410000； 2. 智能电气量测与应用技术湖南省重点实验室，长沙 410004； 3. 西安交通大学 电气工程学院，西安 710049)

0 引 言

随着技术的进步和电力市场化改革，电网建设不断推进，新能源的并网运行，电价制度改革和双向计量等业务场景面临的新的实际需求，对电能量测设备的计量和非计量部分提出了更高和更多维的要求。电能计量是电力生产消费的技术基础，为双方提供数据支撑，也是生产单位经济核算、电网运行状态考核的重要手段，其计量精度将直接影响电力市场供需双方的公正交易与诚信。对提高资源利用率，保护环境，推进可持续发展也具有重要意义[1]。电能的计量设备—电能表，从1889年出现的第一块感应式电能表(机械表)，发展到上世纪的机电式电能表，再到现在普遍使用的电子式电能表。目前国内在用的电能表种类繁多，但就其功能而言，计量部分原理由感应式向集成电路式过渡，非计量部分的各种功能愈发先进完善，且不再局限于面向电网和生产厂家而是更加考虑消费者利益。总体发展趋势可总体概括为计量功能进一步精确，非计量功能愈发智能化，服务对象更加面向全社会。

智能电能表是一种以嵌入式和通信技术为核心，具有自动计量、费控、双向通信、负荷识别等功能，支持多费率计量、分布式能源计量、电网运行状态在线监测等实际需求的智能化仪表[2]，是新型电力系统的基础设备，承担了电能计量，数据传输，电能质量检测等重要任务。

国际建议(International Recommendation)是国际法制计量组织(OIML) 为仪器仪表做出的示范性建议。2021年我国新修订了GB/T 17215电测量设备系列标准，参考了国际法制计量组织制定的《有功电能表》(Active Electrical Energy Meters，系列编号简写为IR46)。OIML是一个世界性的政府间组织，其主要目标是协调成员国计量部门实施相关计量相关法规和建议。我国作为成员国也应遵循此类国际性计量法规文件。IR46提出了计量与非计量部分隔离的电能表体系，法制计量部分能够独立运行且不受干扰，非计量部分支持在线升级，且其故障和升级不对电能表其余部分造成不利影响。另外在计量特性和准确度等级方面参考IEC系列标准提出新的评价方案。对智能电能表型式评价的考察有了新的试验评定和更严格的误差要求[3]。

目前，各个国家和地区都在努力推进智能电能表的投入使用，2009年美国为4 000万户家庭安装智能电能表，法国提出2015年～2021年建设3 500万只智能电能表的Linky计划，欧盟提出未来将完成80%家庭用户的的智能电能表部署，2011年，我国也进入了智能电能表更换的高峰期，根据2014、2015年招标数据计算，全国范围内智能电能表的覆盖率已经达到70%以上。

伴随国家电网对“新型电力系统”建设的支持，基于IR46标准的新型智能电能表的前景十分广阔。其中具备高准确度等级和可靠性的软硬件设计，对解决方案提供整套支持是我国电能表生产企业占据领先优势的关键。文章首先分析了智能电能表的需求，对比我国智能电能表标准与IR46的差异，介绍了智能电能表的若干关键技术，最后阐述了智能电能表的下一步发展趋势。

1 基于IR46标准的智能电能表的需求分析

如表1所示，随着新能源并网的增多，双碳建设和合同电价等背景，智能电能表的多样化，智能化的功能愈发重要，如双向计量、在线监测故障识别、负荷管理等。

表1 多样化的智能电能表需求

1.1 新型电力系统

随着新型电力系统的提出，为实现碳达峰碳中和这一绿色目标，电力系统的主要任务就是最大化消纳新能源，以实现清洁低碳、灵活高效、开放互动。智能电能表作为消费侧的关键节点，其计量的准确性、操作的高效性都影响着新型电力系统的性能，而新能源的大量引入又对电能表的动态负荷计量带来挑战，能够准确地测量用户侧实际负荷曲线直接影响着面向新型电力系统的需求响应机制的探讨[4]。

1.2 分布式能源并网

智能电能表的基本功能是实现电能的计量，对电能数据进行采集、存储与处理，为电能结算和分析提供数据支撑[5]。随着越来分布式能源接入到电力系统，非线性元件的数量成倍增加，导致电网中的动态与稳态扰动增加，进而带来了一些计量问题。首先，分布式能源会向电网输送电能，因此需要智能电能表能够进行双向计量；其次，新能源具有间歇性、波动性等特征，容易引发三相不平衡、电压波动、电压中断等问题，使电能表计量出现较大的失准[6]。非线性负载的接入，准确性与可靠性要求系统能够进行在线监测，从而使电网评估节点对电能质量的影响[7]。

1.3 多合同电价

在电力市场中，电价合同是电网公司与用户进行交易的基础，将合同下发到智能电能表进行费率控制。费率控制主要是实现分段计费、分时计费，阶梯电价计费，从而优化用电分布，提高效率。同时，为了能够溯源，交易中产生的交互过程及结果均需记录与保存。因此，对智能电能表提出了以下需求:首先，对电网和用户作为不同的交易主体需要对电价进行分别计算；其次，针对负荷预测结果，实施平衡交易、电价结算；最后，对未来的多种计费方式，预留合同电价模式[5]。

1.4 故障识别

随着传感器融合技术和数据处理技术的发展，智能电能表的运行状态数据成为智能电能表的故障分析与寿命预测的重要途径[8]。由于智能电能表的数量出现爆炸式的增长，电能表的现场检验与故障诊断十分困难，而远程的运行维护与故障诊断可以有效地解决这一问题[9]，因此智能电能表应具有故障识别与报警的功能。另外，电能表在端子虚接或者人为原因破坏的情况下，端子座的温度会急剧升高[5]，所以在智能电能表的设计中对端子温度监测也提出了相关要求。

1.5 负荷识别与能效管理

为了能够进行能效管理，负荷识别是必要前提，非侵入式负荷监测技术可以获得总负荷的电压、电流等信号，对这些信号进行特征提取，提取出不同特性的负荷成分(即负荷印记)。负荷特征可以反应运行中的设备的用电状态，如电压电流等电信号数据以及数据包含的特征。设备在运行时，这些负荷特征会重复出现，智能电能表便可以把各个用电设备识别出来[5]，然而，目前没有一种能够解决所有问题的算法，因此，智能电能表需要具有不断更新优化的算法来进行非侵入式负荷监测。

2 我国电能表标准与IR46标准的对比

电能表技术从感应式向智能电能表完善的历程中，各国与国际性组织发布了多种标准和建议，例如以往普遍采取的IEC系列、美国ANSIC12、欧盟的MID标准体系、我国GB等，在实践和理论的发展下，世界多国参与的国际法制计量组织在以往IEC的基础上制定了新的IR46标准。如图1所示，由于旧IEC系列不能及时适应新型电力系统多层次的功能需求和更高速更安全的计量准则，IR46在部分继承IEC标准的同时，以保护消费者的利益为出发点制定了一系列新的计量特性和软硬件要求。2006年～2018年以来我国GB/T 17215的电能表标准是依照旧IEC标准，从生产制造和使用的角度，对感应式、电子式、机电式等电能表制定了差异化的标准。在IR46修订完成后，我国2021版GB/T 17215中充分采纳了IR46中关于计量特性的修订内容，不同以往旧标准对机电式与静止式有功电能表采取的不同精度等级的划分方式，GB/T 17215-2021没有对机电式电能表准确度等级做出相应更新。

图1 一些国家和地区有关电能表的标准

如表2所示，从整体结构而言，IR46不再区分有功无功、机电式和静止式的电能表，而是对不同原理的表提出了统一的技术要求，但仍然对旧机电式仪表做出了一定的放宽。比如对于负载不平衡、电压改变、谐波、严重电压改变等影响量引起机电式仪表误差偏移极限时，对机电式仪表要求或者适用条件较低。其中对于A、B、C、D四个等级的基本最大允许误差标准不适用于机电式仪表[10]。

表2 GB/T 17215与IR46的对比

对于计量特性，以往我国国标GB/T 17215.211-2006中通过起动电流(Ist)、最大电流(Imax)、基本电流(Ib)、额定电流(In)定义计量电流，GB/T 17215.211-2021采纳了IR46的规定，删除了基本电流(Ib)、额定电流(In)、参比电压(Un)、参比频率(fn)的定义，增加了最小电流(Imin)、转折电流(Itr)、标称电压(Unom)、标称频率(fnom)，修改了起动电流(Ist)、最大电流(Imax)的参量的定义，对误差等级划分也进行了新的修改。如表3所示，GB/T 17215.321-2021将电能表分为A、B、C、D、E五个等级，其中A、B、C、D前四者计量等级与IR46相同，但是B的误差要求比IR46更高，E是我国国标中新加入的精度要求最高的电能表等级，在各种试验点的条件下最大百分数误差极限在±0.25%以内。可以得出GB/T 17215对电能表准确度做了更严格的标准。此外，准确度等级的划分中新旧标准也有一定的对应关系，其中Itr=0.1Ib/0.05In。对于直接接入式电能表，Imin=0.05Ib,对于经互感器接入的电能表Imin=0.02In(2级或1级)或Imin=0.01In(0.5S级或0.2S级)。综合来讲，在计量特性的准确度要求中A、B、C、D、E五个等级对应的最大允许误差和温度系数极限在三段不同电流区间([Ist,Imin], [Imin,Itr], [Itr,Imax])以百分数形式做出了规定，误差偏移极限则是细分后分别在三段区间以及最大电流(Imax)，10倍转折电流(10Itr)等额定值下给出规定[3]。

在电磁兼容试验，型式评价试验和抗其他影响量的试验方面如表4所示。

表3 电能表准确度的分级

表4 试验项目对比

由表4可知，IR46给出了更多的标准要求，环境温度极限更为苛刻，IR46低温极限值为：-55 ℃、-40 ℃、-25 ℃、-10 ℃、+5 ℃，高温极限为：+30 ℃、+40 ℃、+55 ℃、+70 ℃、+85 ℃。高低温极限应比电能表规定工作温度上下限更严格[11]。对于负载平衡，IR46标准设置了若干个实验条件进行试验，考察其误差范围是否在规定区间内，与此相对的是IEC标准未规定试验点。谐波实验项目在以往的5次谐波基础上增加了方波和尖顶波，与实际电网环境更为接近，此外对电流幅值，相位角做出了定量要求，在有谐波时电流有效值不超过Imax，峰值不超过1.4Imax，并要求在给定试验点：至少在10Itr，基波为纯阻性条件下进行测量。另外，对于射频电磁场的频率范围从最高2 000 MHz提高到了6 000 MHz[11]，新加入了外部工频磁场试验，这就要求电能表有较好的电磁兼容性能。阳光辐射防护的试验天数增加，对厂家而言，产品机械和电气设计时的抗辐射设计需要加以考虑。IR46还提出了耐久性试验和综合误差评定实验，提高了电能表在极端环境下的计量和非计量性能要求等级，通过综合考虑各种影响量带来的误差偏移考察电能表计量性能[3]。

对于计量性能保护，IR46规定了软件识别和参数保护，对窃电行为做出了一定的预防，要求通过机械、电子或密码等方式进行适当的密封，以防未授权人员的干预。如果系统参数允许被用户修改，电能表需配备自动记录且不可擦除设备记录修改事件和参数[3]。

对于电子设备的子组件分离和软件分离，法制计量部分的关键部分不应受到设备其他部分的影响，且要求在型式试验时，应验证电能表功能与存储不被非授权者外部指令影响。电能表的非计量部分可以进行软件更新，且更新期间不会影响法制计量部分的正常功能运行[3]。

综上，我国GB/T 17215.211-2021，在以往IEC系列标准的基础上，较为广泛的采纳了OIML制定的IR46新标。从整体结构的设计、准确度等级的划分、计量性能的要求，型式评价的新试验要求、对计量性能的保护、耐久性都有了较大的改变。重要的是提出了法制计量部分与非法制计量部分的分离[12]，与我国现有的智能表差异较大，对我国电能表市场和企业是一次冲击，随着智能电能表更新周期的到来，投入大量研发资金，把握好IR46标准电能表关键技术和提供成套的解决方案的支持者会占据市场的先机。

3 硬件结构与关键技术分析

3.1 硬件结构

对复符合IR46的标准的智能电能表的结构，国内外学者做出了如下几类探索，大致可分为单芯系统、双芯系统、多芯系统，并分别在各自系统中介绍了其隔离措施。

3.1.1 单芯系统

文献[13]将多个单芯电能表，通信设备和微型处理器组成分布式测量系统，形成了一种实时能源管理的架构，其中单芯电能表主要只承担了计量功能，通讯和计算由系统中其他设备负责。文献[14]介绍了一种将主要功能集成在一块单芯系统中的电能表架构。文献[15]根据IR46标准研究了基于单芯系统的智能电能表，如图2采用模块化的结构，应用操作系统控制MPU进行分层分块处理，使管理模块独立于计量模块配置及在线升级，因采用操作系统，故开放性、交互性更强。文献[10]也从实时嵌入式操作系统应用角度探讨了新一代智能电能表的发展方向，提出非法制计量功能应具有软件模块化特性，面向更多潜在使用场景，可靠与可协作性的平台，嵌入式操作系统因具有以上优点愈发收到研究与工程人员的关注。

图2 单芯系统

使用单芯的智能电能表时，为了实现法制计量部分与管理部分的隔离，通常采用虚拟化隔离，常用的虚拟化隔离分为主机级虚拟化和基于容器级虚拟化，分别对应虚拟机和容器，二者的主要区别为容器隔离技术抽离了虚拟机中的客户操作系统内核。容器隔离的优点是既简化了内核层，又提供了隔离空间，使得用户运行进程不受其他进程干扰。常见的有基于Docker的隔离技术。因此，对于智能电能表而言，轻量级的嵌入式系统加上容器级虚拟化隔离，可以达到计量部分与管理部分的隔离。文献[16]设计了一个基于电能表嵌入式平台的虚拟机，可以以虚拟机的运行方式消除电能表不同硬件平台的影响。

3.1.2 双芯系统

文献[17]使用两块MSP430分别进行数据采集和信号处理，开发的智能电能表具有低成本，低功耗的特点，使用24位A/D转换器可以进一步提高电能表的精度。文献[18]描述了符合印度标准的智能电能表，其中计量IC与通讯IC相分离，并给出了其准确度和通讯协议一致性的测试结果。文献[12]采用了双芯结构如图3所示。

图3 双芯系统

图3中计量模块、管理模块独立设计并运行，并由系统电源隔离供电。整个系统最重要的部分为计量模块，其中计量MCU提供带时标的、以分钟为时间单位的增量电能，由系统电源，RTC电池，超级电容分继给计量模块供电，以实现全时段电量采集。计量模块由A/D采集模块、存储器与不可擦除存储器、通信模块等组成，具有电压电流采集、电能计量、事件记录、故障上报、时钟校准和通信功能[19]，且计量模块不可进行软件升级，在独立运行期间不受其他模块故障或者软件升级的影响。管理模块包括了上下行模块、红外、通信模块、ESAM、费控等。管理MCU负责非法制计量的功能，如显示、电费管理、数据冻结、负荷识别、上下行通信与采集终端信息交互，并且可以管理各项业务需求[12]。出厂时间计量芯功能固化、不支持软件升级，管理芯可升级更新功能[20]。总体来讲，计量芯要做到计量可靠，追求更高精度，考虑用户的利益放在优先位置，充分体现公平公正，同时做到抗干扰性能优越，集参数保护与软件保护为一体。管理芯要做到管理强大，可扩展性强，未来可兼容多个必要模块以满足电力物联网的各种应用场景。管理芯需要管理模块之间的调度运维，且软件升级，满足功能拓展，灵活管理，信息更新的多样化管理需求[21]。电能表的设计过程需要采取测试技术进行完善和质量验证，文献[22]介绍了双芯智能电能表的硬件测试中通用的故障模式分析和测试需求。

文献[23]针对双芯电能表提出了基于MCU的主控芯片的解决方案，管理芯CPU采用ARM Cortex-M4 CPU，并提供了一系列的通信接口，以实现费控管理、事件记录、负荷控制、在线升级等功能。文献[24]在计量芯片的隔离电路中增加可加密和解密机制，提升了电能表的防窃电功能。文献[25]设计了一种采取DSP+ARM的智能电能表软件实现方案，实现了IR46关于软件分离、计量特性防护等要求，保障了软件系统的可靠性。

3.1.3 多芯系统

目前国外对多芯电能表研究较少，虽然多芯电能表在隔离和模块化具有优势，但是相对硬件成本较高，未经过市场检验。国内学者对多芯电能表的研究做出了一定的探索。与单芯系统的软件分离方式不同的是，双芯与多芯系统均从硬件层面实现了IR46标准中法制计量与非计量部分的分离。双芯与多芯系统相比较，共同点为对于计量芯部分，两者采取类似的独立运行的处理方式，区别在于非计量芯部分，双芯系统是全部集成到一个芯片图5内，而多芯系统则依据功能进行了划分，如图4所示。

图4 多芯系统

图4中的多芯系统将管理芯中部分功能细分，采取多模组芯片划分出隔离区域。多芯系统的实现方式有多种，文献[26]将通信芯独立出来，负责智能电能表的上行通信和下行通信，实现多元化高效通信和多业务接入功能。文献[27]将业务需求分划给为四个芯：计量芯、管理芯、辨识芯、负荷芯。计量芯主要负责法制计量部分；管理芯负责各个模块的协调与通信等非计量部分功能；辨识芯承担用户负荷细粒度分解功能；负控芯承担EV有序充放电和负荷控制的任务。实现了计量精度<±0.1%，达到D级电能表的误差要求，同时负荷识别精度大于87%，负控芯片通信成功率达到100%。目前的研究趋势主要为双芯设计，即计量芯与管理芯，但是也有许多研究者进一步细分为多芯的模块化设计，但总体上讲，计量芯作为独立的模块是较为普遍的方案，其他的多芯模块是管理芯模块的细分结果。

3.2 关键技术

3.2.1 电能计量

电能表按原理通常分为机械式，机电式，全电子式。主流智能电能表采用全电子方案。在电压采样方面有电阻(电容)分压和电压互感器接入式，随着对电能表准确度的要求变高，分压电阻从普通贴片电阻向高精度的电阻如金属薄膜电阻发展。电流采样方面有锰铜分流器接入，电流互感器接入，罗氏线圈，霍尔传感器等方式，锰铜分流器分流时产生和电流成正比的电压信号，抗干扰能力强，电流互感器损耗低，动态范围宽，但是当电网中存在直流分量时容易饱和产生信号畸变。罗氏线圈可测大范围的电流，霍尔元件测量精度高，但这两者易受磁场干扰，对电能表电磁兼容性要求高。采样后送入乘法器进行功率的计量。乘法器从原理上分为模拟乘法器和数字乘法器，从结构上分为分离式和专用集成芯片式(SOC)。模拟式有热电变换乘法器，霍尔效应乘法器，时分割乘法器等，热电变换乘法器精度较低，已经较少使用；霍尔效应乘法器频率响应宽，但是工艺复杂；时分割乘法器电路易于实现，但是频率响应范围窄，不适合畸变波形下的电能计量。智能电能表采用数字乘法器的方案较多，其核心是高精度的A/D采样转换器，将电压、电流模拟量转换为数字量进行数字信号处理，A/D采样转换器从原理上可分为逐次比较型 A/D和Δ-∑A/D转换器[28-32]。

近些年采样和计量部分由分离式电路逐渐发展成一种专用的电能计量芯片，专用电能计量芯片的采样的精度足以匹配IR46智能电能表的误差要求，再配合大动态范围比的计量MCU，可以完成负载宽范围变化下的电压电流采集，适应现代各种非线性负载的接入，满足多元化的计量需求。计量MCU对采样电压和电流信号进行数据处理后将数据传输到管理MCU再进行后续处理[19]。

目前我国厂商在单相电能表计量IC中占据了一定的市场份额，而在高利润的三相电能计量IC市场中，国外ADI、TI、Cirrus Logic等公司仍位于主导地位。

3.2.2 时钟

嵌入式系统的时钟通常由振荡器、定时唤醒器、分频器组成，常用晶振作振荡器。MCU、外设等都是在时钟的驱动下工作的，高精度与稳定性好的时钟是一个嵌入式智能电能表按照正常预期工作的关键[19]。考虑到智能电能表计量的误差要求和连续性要求，如图5所示，通常采用系统电源同时给RTC与超级电容充电，同时电池作为备用电源，超级电容可以为RTC独立供电7天。时钟误差主要受到环境温度的影响，文献[23]设计了一种带有温度补偿的RTC电路，包括了RTC计时电路、温度传感器、温度补偿模块和存储器。并提出并采用基于累计误差控制的补偿算法。经实验室测试，在-45 ℃～85 ℃温度范围内，计时误差在4 ppm以内。

图5 时钟架构图

3.2.3 数据通信

智能电能表的通信方式总体可以分为两种，即上行通信和下行通信。上行通信指的是智能电能表与远程的电网公司之间的通讯，而下行通信指的是智能电能表与用户进行实时的数据交互的通信。对于双芯或多芯的智能电能表还存在芯片间的通信方式。文献[12]对于双芯智能电能表提出了一种通信方案，上行通信支持载波、GPRS、本地485等通信方式，并表示未来将会朝更高速的通信方式发展；电力载波通信(PLC)和电力线宽带通信(BPL)通信是支持更高级别通信(TCP/IP)的数据传输的选择[33]。下行通信使用标准化的通信接口，兼容M-BUS、蓝牙、ZigBee、WIFI等模块，便于与用户交互，也能实现多表合一的集中采集业务；芯片间设置SPI通信总线，采用主从式结构通信，管理芯作为主站，计量芯作为从站，主站控制通信的设置与收发。文献[34]采用CAN总线方式进行CPU芯片与其他处理单元的通信，因其具有通讯可靠性高、速度快等特点，可以有效解决电能表在通讯时产生的大量数据流传输问题。

3.2.4 软件升级

文献[35]针对双芯电能表的管理芯升级提出了一种解决方案，采用在应用编程模式(IAP)进行软件升级。IAP模式在工程师编程时将片上存储分为不同区域，一部份区域加载为引导区域，又称BOOT区，另一部分是程序运行的区域，在需要对系统进行升级时，BOOT区检测满足一定条件下会对程序区进行新代码的烧录，烧录结束跳出引导程序，然后正常运行程序。上述方式能从一片存储区域到另一片程序区域完成软件升级的功能，避免了传统在系统编程(ISP)需要外置编程器和现场烧录的缺点，可以通过通信接口传输指令方便的完成远程升级的任务。为满足安全性的要求。系统在线升级时采取点对点与组协商结合的方法[12]，点对点确认电能表升级业务代码，分组协商分发升级密钥。将升级的代码通过组播的形式下发，下发完成后对密钥进行更改，防止重放攻击。文献[36]采用C/S客户机/服务器模型，主站作为客户机，电能表作为服务器主站通过GPRS/4G通信直接对电能表进行升级。对于用于智能电能表数据传输的特设网络来说，虫洞攻击是特设网络最最危险的威胁之一，Jungtaek Seo提出了一种有效的防御技术来检测和相应虫洞攻击[37]。

3.2.5 负荷辨识与控制

负荷辨识大多需要机器学习算法来进行辨识[38-43]，需要计算能力强、存储容量大的CPU进行运算[27]，通过对电压、电流、功率因数、用电量等参数的异常检测，来进一步进行用电异常行为的判断分析[38]。文献[39]开发了一种嵌入式监测系统，通过深度学习提取特征，对电能质量扰动进行检测和分类。文献[40]提出了基于支持向量机的扰动检测方法，检测扰动的准确率可以达到93%。文献[44]提出了一种多标签分类的方法来实现非侵入式负荷监测，使用公开数据集测试效果良好。对电网进行负荷控制则是通过负荷辨识的结果，来进行有序充电策略管理、收费控制，以及智能断路器的接口控制，可以为供电公司实现良好的控制管理功能。

3.2.6 故障自检

在出现故障时，智能电能表通过故障自检功能的在线检测与智能诊断，有限进行自修复，无法自我修复的故障通过管理IC向上级通信。计量IC部分的自检侧重于计量异常、防窃电等方面，而管理IC专注于事件异常、通讯等方面。硬件自检方法包括双路计量自检、电源故障自检等，主要通过电信号检测来检测故障；软件自检方法包括电能异常诊断、计量参数自检验等，主要通过一些特定检测算法来检测故障[19]。也可以通过计量的数据对电网进行一定的诊断，如文献[45]提出了一种利用智能电能表计量的数据来进行快速检测和恢复停电的中断位置的预测方法。

4 展望

目前我国所投入使用的智能电能表大多是是满足旧标准的具有远程数据抄读、预付费等功能的电能表，在法制计量部分与非计量部分并没有隔离措施，且管理模块所具有的功能不足以满足未来的需求。因此，模块化的设计是智能电能表未来的发展趋势。但由于中国电能表市场厂家繁多，各厂家所采用的MCU和外围电路都会存在区别，给基于IR46的下一代智能电能表批量化升级管理带来了巨大的难度。一种解决方法是统一电能表的硬件和软件方案，不允许差异化，但这种方法难实现。第二种方法则采用跨硬件平台的操作系统虚拟化技术，电能表软件在虚拟化层面开发，编译，管理，升级。因此，从硬件成本而言，基于嵌入式操作系统的智能电能表具有很大的发展潜力，其中轻量级嵌入式操作系统和低资源开销的系统虚拟化与隔离技术成为了研究的关键。

5 结束语

文章首先从电网实际运行，电力市场交易，电能表自身功能等方面分析了嵌入式电能表的需求。作为新型电力系统建设的关键终端产品，未来智能电能表的应用领域和覆盖率会进一步增加，市场规模也会不断扩大。然后对比了我国的电能表GB/T 17215标准与国际标准，在计量特性、电能表准确度等级、试验项目方面有了新的变化：我国GB/T 17215从IEC系列向IR46靠拢，表明相关法律法规积极调整向消费者利益靠拢。分析了电能表硬件结构与关键技术。最后对智能电能表未来的发展趋势作出展望。