【新专利介绍】如何满足电能表数据接口的IR46计量独立性要求及验证方法

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——满足IR46计量独立性要求电能表数据接口及验证方法。该专利由国网重庆市电力公司电力科学研究院申请，并于2018年7月20日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及电能表领域，特别涉及一种满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口，以及该接口的验证方法。

发明背景

目前电能表基本上采用CPU+计量芯片的设计模式，也有少数高精度电能表采用CPU+DSP的模式，其中计量芯片、DSP用于采样、计算，输出上电后的总电能或上次读取后的累加电能、实时测量数据给CPU，然后通过CPU来计算历史总电能、各费率电能、需量等，并通过人机接口、通信来完成抄表以及其它数据呈现功能。不论哪种设计模式，CPU的各种功能都杂糅在一起、相互影响，导致程序的健壮性、可靠性变得很差，例如通信模块设计上的错误或不稳定，可能会导致计量功能停止或局部计量数据缺失。

另外，电能表国际建议IR46也对电能表的设计提出了新的要求。IR46是国际法制计量组织OIML起草的一个技术文件，为新设计生产的电能表的型式批准提出建议，是法制计量的组成部分，我国作为OIML的一个成员国，需要执行OIML相关建议。在2012年颁布的IR46技术文件中，明确提出计量独立性的要求，概括来讲，主要包括如下方面：

法制计量相关组件的独立。要求无论是硬件还是软件，应将法制计量相关组件与其它组件隔离开来，法制计量相关组件在未经授权情况下不应受其他组件的响；法制计量相关软件模块的分离。将软件模块分为法制计量相关软件(legallyrelevant software)与非法制计量相关软件(legally non-relevant software)，法制计量相关软件与其它模块的交互采用唯一的数据接口。

目前电能表所采用的CPU+计量芯片或CPU+DSP的设计模式，根据前面的分析，计量功能与其它通信、显示功能杂糅在一起，无法做到独立性。因此，需要一种能满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口以及基于该接口的数据处理方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口以及基于该接口的数据处理方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：本发明提供的满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口，包括法制计量组件与非法制计量组件，所述非法制计量组件包括显示模块、通信模块、存储模块和计算模块；所述法制计量组件包括时钟模块、计量模块和采样模块；所述时钟模块连接外部RTC以获取时钟，并通过内部定时器分频得到基本时间单元；所述采样模块用于采集并将外部电压、电流模拟信号转换为数字信号；所述计量模块通过时钟信号控制来计算分钟增量电能累计和实时测量数据。

图为本发明的满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口示意图

所述计算模块读取法制计量模块的分钟增量电能和实时测量数据，并使用分钟增量电能来计算电能和需量，其中需量是指一段时间内的平均功率，通过一段时间内的总分钟增量电能除以时间获得。

所述存储模块将计算模块计算后的数据进行存储，并进行事件记录、结算转存、冻结、负荷记录的处理及存储；所述通信模块用于处理接口规约以及时间修改、校时后向法制计量模块更新系统时间，其中规约数据内容从存储模块获取；所述显示模块用于响应按键请求并实现自动循环、按键循环、自检的显示处理，其中显示内容从存储模块获取。

进一步，所述计量模块中分钟增量电能的计算采用以下步骤：通过精准秒脉冲中断控制时间，当分钟发生翻转时，将分钟发生翻转这一时刻作为前一个分钟增量电能累计结束及下一个分钟增量电能累计开始的时刻，将前一个分钟增量电能存储到RAM，并将下一个分钟增量电能从零开始累计。

所述精准秒脉冲中断及控制时间通过计量模块连接实时时钟控制器RTC来获取。进一步，所述计算模块采用以下步骤来实现：S11：读取处理每条分钟增量电能；S12：获取分钟增量电能对应的时标；S13：比较下一条分钟增量电能对应的时标，判断时标顺序是否连续，如果连续，则进入步骤S16；S14：如果时标相对超前，则调整时段与分钟增量电能时标一致，并进入步骤S6；S15：如果时标相对滞后，则先根据时标顺序依次读取丢失的增量电能，再读取最新增量电能，并进入步骤S6；S16：根据时标计算总电能、费率电能和需量，返回步骤S1。

进一步，所述非法制计量组件采用以下方法来计算电能和需量：读取分钟增量电能后，对每分钟的总及分相的正向有功、反向有功、四象限无功增量电能进行累计得到总及分相的正向有功、反向有功、四象限无功电能。

根据有功组合、无功组合方式的配置字，计算得到总及分相的组合有功总电能、组合无功总电能；同时，根据分时计费的配置，分析配置后分钟时间对应的费率号，将该分钟增量电能累计到对应的费率电能数据中。

根据配置的需量计算周期、计算模式，使用需量计算周期内的总增量电能除以周期时间，得到周期内的总及分相的正向有功、反向有功、四象限无功、组合有功、组合无功需量。

本发明还提供了满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口的验证方法，包括以下步骤：S1：将被测试电能表与标准电能表的电压并接及电流串接；S2：测试分钟增量电能的准确度：将电流连续加量到参比电流，然后撤除施加电流量，读取被测试电能表的若干条增量电能，计算其总和，与标准表进行比较，计算相对误差。

进一步，还包括以下步骤：S3：测试总电能计量独立性：将电流连续加量到参比电流，然后通过硬件复位、或者对非法制计量组件软件进行升级来单独停止非法制计量组件的运行，按照预设时间停止，之后恢复非法制计量组件运行后，撤除施加电流量，读取被测试电能表总电能，与标准表进行比较，计算相对误差。

进一步，还包括以下步骤：S4：测试费率电能计量独立性：将电流连续加量到参比电流，在费率切换时刻前，单独停止非法制计量组件的运行，等到费率切换时间到后，恢复非法制计量组件运行后，撤除施加电流量，读取被测试电能表费率切换前后两种费率的费率电能，与标准表进行比较，计算相对误差。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明所提供的满足IR46计量独立性要求的电能表数据接口，基于该接口提出了一种采用分钟增量电能为基础进行总电能、费率电能、需量计算的方法，这种方法将法制计量组件与非法制计量组件完全隔离，保证了电能表计量的独立性。本发明同时提出了该接口方式下计量独立性的验证方法，可以有效验证装置是否采用了分钟增量电能的接口方法以及采用该接口后的精度是否满足要求。上述接口及测试方法的实现，对于提高电能表软件的健壮性、设计满足IR46计量独立性要求的电能表、以及对电能表计量独立性进行测试认证，具有很大的应用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。