基于IR46新一代物联网智能电能表检定系统的设计与应用

国网山西省电力公司营销服务中心 贾 颖 樊胜强 李 静 赵芳丽 曹 英

1 应用需求

作为智能电网和能源互联网高级量测体系的基础元件之一，智能电表主要负责电能数据采集、计量、传输和处理等作业，协助智能电网和能源互联网进行用电负荷管理、分布式能源计量、电能质量监测等环节。

碳中和大背景下，充电桩与数据中心等大规模接入、电改持续深化、终端能源电气化加速等因素使得负荷侧迎来严峻挑战，原有智能电表与采集系统难以满足用户侧多元化互动需求。基于IR46的新一代物联网智能电表依据多芯模块化设计理念，主要包括计量、管理、时钟、存储等诸多芯片[1]，结构上可实现模组插拔升级、多元化配置，并搭载用电客户状态实时监测、用电安全隐患分析、信息交互、节能及有序管理等功能。能有效支撑新型电力系统建设和电网双碳转型。

International Recommendation 46（以下简称IR46）《有功电能表》是由国际法制计量组织（OIML）修订完成的电能表国际建议，内容包括电能表的计量技术规范、试验报告等内容。

根据国网营销部2019年11月12日发布的《关于开展新一代智能电能表和模组化采集终端检定（测）能力建设的通知》及2020年国网及南网智能物联电能表、智能网关终端技术规范发布，对应的电能计量检定系统将随之要进行适应性升级，使其满足IR46标准要求，并能够测试多芯电能表事件记录（校时、掉电、上电、清零、在线升级等）、主动上报、分钟冻结以及双芯分离等[2]，满足国网新企标功能要求。

2 主要做法

2.1 设计目标

按IR46标准要求进行“电能计量一体化检定平台”的规程适应性升级，升级后的检定平台系统能够满足IR46新一代物联网智能电能表的试验项目要求。

升级内容主要包括管理系统功能增加，检定方案的制定与管理，检定设备的管理配置。检定系统功能包含参数解析、基本误差试验、电能表常数试验、电能示值组合误差试验、需量示值误差、误差一致性等试验及远程控制、密钥更新、数据提交、证书打印功能。

2.2 设计方案

2.2.1 检测对象标准差异性分析

在IR46标准应用之前，我国的电能表主要是按照IEC 标准和GB/T 17215系列标准、国网09版、12版智能电能表的企业规范的要求来进行设计、制造和检测的。IR46标准与IEC 标准相比，新增了最小电流（Imin）、转折电流（Itr）、最大允许误差、最大允许误差偏移等专业术语，将IEC 标准中基于直接接入式和经互感器接入式而定义的基本电流 Ib 和额定电流In 的术语也一并删除了。关于精确度级别的表达，IR46规定了四个级别，即A、B、C、D 级[3]，而IEC 标准指定了2级、1级、0.5S 级、0.2S 级4个级别。IR46标准与IEC 标准百分数误差极限对照表详见表1。

表1 IR46标准与IEC 标准百分数误差极限对照

以百分数误差极限的要求为依据，IR46标准下的四个等级与IEC 标准四个等级之间大致是一一对应的，不同之处主要表现在两个方面：一方面是在接入方式上，IR46标准中的四个精度等级既可以采用直接接入方式，又可以经互感器接入方式，而IEC 标准中的0.5S 级、0.2S 级没有直接接入式，而只能采取互感器的接入方式。另一方面是在IR46标准中Itr、Imin 与Ib 或者In 之间的对应与接入方式和精度等级存在相关性，即Itr=0.1Ib 或者0.05In，Imin=0.05Ib，Imin=0.02In（2级or1级）或0.01In（0.5S 级or0.2S 级）。

测试方面，IR46标准电能测试完成需对电能表的组合误差进行评估，判断IR46的综合误差评估有两种类型：一是根据该建议要求进行最大允许误差的综合评估。二是根据形式特定条件和测试结果的组合误差进行评估。IR46标准可试验的内容有：最大容许误差符合度的测试（5项）、影响量的测试（16项）等。

2.2.2 IR46检定系统设计

一是业务构架。IR46检定系统业务架构如图1所示，IR46检定系统业务架构由检定方案管理、检定试验过程、证书打印、检定数据管理及与SG186营销业务系统、MDS 计量生产调度平台或第三方业务系统接口等构成。

图1 IR46检定系统业务架构

二是应用框架。IR46检定系统应用框架如图2所示，IR46检定系统应用框架包括系统应用层、协议通信层、工控设备层等部分。其中：应用层主要是依据IR46标准要求进行试验设备、检定标准、检定人员、检定方案、检定试验、检定结果、证书打印等软件功能的实现；协议通信层主要负责与检定装置的通信控制、数据采集等功能；工控设备层主要为基于IR46的检定设备，通过协议通信层与应用层进行交互。

图2 IR46检定系统应用框架

三是数据架构。为避免检定工作中“信息孤岛”的现象，必须实现地区模式下的系统和数据大集中。这样既实现了检定业务数据的信息共享，也为管理人员进行计量器具质量分析、检定过程管控等工作的开展，提供技术方法和支持。该系统使用的是一个内部局域网，通过建立统一的数据主机服务系统，在检定工作的过程中，采用集中存储计量进行数据采集工作，保证了数据的安全性和可靠性；并在此基础上，利用安全机制的接口与其他系统采集检定业务数据，进而实现了检定业务数据的网络化共享。

数据采用实时存储、集中存储、集中管理的架构模式，管理系统和检定系统都存储数据在数据库服务器中，各检定客户端临时数据存储在系统内存中，有效检定数据全部实时存储与数据库服务器上。

四是技术架构。技术架构是以B/S 和C/S 相结合的模式。应用系统采用B/S 模式，部署在省营销服务中心的应用服务器中，采用人员、角色、权限模式展示功能模块。检定系统采用C/S 模式，采用设备驱动模块模式，应用接口、基类、子类、反射等技术实现操作统一性。

五是基于IR46新一代物联网智能电能表检定平台升级方案。根据在IR46标准与 GB/T 17215标准检定差异性分析，检定平台升级主要涉及基本误差试验、起动试验、潜动试验、电能表常数试验、电能示值组合误差试验、日计时误差、需量示值误差试验项目。

具体更新升级内容包括：电能表检定方案制定。检定方案中涉及基本误差、起动、潜动、电能表常数试验、电能示值组合误差、日计时误差、需量示值误差、误差一致性等试验项目依据2020版智能电能表技术规范更改，其余项目仍采用原有国家规程。检定方案制作原依据的有功2.0级、1.0级、0.5S 级、0.2S 级，更改为A 级、B 级、C 级、D 级；检测试验项目开发。按IR46标准要求进行基本误差试验、电能示值组合误差试验、日计时误差、需量示值误差、测量重复性试验等项目的开发；检定装置规约调试。开发IR46检定装置控制规约，保证能够对台体各等级电压、电流、功率因数、误差数据采集等功能进行控制；资产录入模块与数据提交模块更改。资产录入模块需要依据IR46智能电表技术规范要求对检定基本误差项目要求的等级、基本电压、电流等试验参数进行转换解析。基本误差试验完成后的试验数据需要根据现有MDS 数据接口要求进行封装、格式化、重新计算等要求，进行中间库数据写入如服务提交；检定报表模块更改。依据IR46智能电表技术规范重新编制，制定证书格式、原始记录格式、检定通知书格式等。

3 结语

按照IR46技术标准和检定规程，对计量管理的工作过程进行了规范化处理，提高了计量服务的透明度，从而使电能计量更加公平、公正。集中数据管理和统计分析，减轻人工统计工作量。

一是统一了检定操作过程，检定人员只需按照管理人员制定的统一标准执行检定任务，开展“一人多机”模式的检定工作，同时操作多台设备开展检定工作，极大地提高了检定工作效率。

二是实现了检定数据集中存储、统一管理，解决了原有检定数据单机存储，数据安全风险极大的“信息孤岛”现象，保障了数据安全与共享，为电能计量公平、公正提供了可靠的数据来源和查询依据。

三是统一了检定工作操作流程，使得管理人员对检定工作的统一管理控制更加便捷；对检定工作相关数据实行统一管理，同时根据实际管理工作定制了多种分析统计功能，极大地提高了检定管理考核方面的工作效率；对外提供统一的检定相关报表，使得检定管理工作在规范化道路上迈上了一个新台阶。