今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——滿足IR46計量獨立性要求電能表數(shù)據(jù)接口及驗證方法。該專利由國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院申請，并于2018年7月20日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及電能表領(lǐng)域，特別涉及一種滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，以及該接口的驗證方法。

發(fā)明背景

目前電能表基本上采用CPU+計量芯片的設(shè)計模式，也有少數(shù)高精度電能表采用CPU+DSP的模式，其中計量芯片、DSP用于采樣、計算，輸出上電后的總電能或上次讀取后的累加電能、實時測量數(shù)據(jù)給CPU，然后通過CPU來計算歷史總電能、各費率電能、需量等，并通過人機接口、通信來完成抄表以及其它數(shù)據(jù)呈現(xiàn)功能。不論哪種設(shè)計模式，CPU的各種功能都雜糅在一起、相互影響，導(dǎo)致程序的健壯性、可靠性變得很差，例如通信模塊設(shè)計上的錯誤或不穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致計量功能停止或局部計量數(shù)據(jù)缺失。

另外，電能表國際建議IR46也對電能表的設(shè)計提出了新的要求。IR46是國際法制計量組織OIML起草的一個技術(shù)文件，為新設(shè)計生產(chǎn)的電能表的型式批準(zhǔn)提出建議，是法制計量的組成部分，我國作為OIML的一個成員國，需要執(zhí)行OIML相關(guān)建議。在2012年頒布的IR46技術(shù)文件中，明確提出計量獨立性的要求，概括來講，主要包括如下方面：

法制計量相關(guān)組件的獨立。要求無論是硬件還是軟件，應(yīng)將法制計量相關(guān)組件與其它組件隔離開來，法制計量相關(guān)組件在未經(jīng)授權(quán)情況下不應(yīng)受其他組件的響；法制計量相關(guān)軟件模塊的分離。將軟件模塊分為法制計量相關(guān)軟件(legallyrelevant software)與非法制計量相關(guān)軟件(legally non-relevant software)，法制計量相關(guān)軟件與其它模塊的交互采用唯一的數(shù)據(jù)接口。

目前電能表所采用的CPU+計量芯片或CPU+DSP的設(shè)計模式，根據(jù)前面的分析，計量功能與其它通信、顯示功能雜糅在一起，無法做到獨立性。因此，需要一種能滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口以及基于該接口的數(shù)據(jù)處理方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種能滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口以及基于該接口的數(shù)據(jù)處理方法。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的：本發(fā)明提供的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，包括法制計量組件與非法制計量組件，所述非法制計量組件包括顯示模塊、通信模塊、存儲模塊和計算模塊；所述法制計量組件包括時鐘模塊、計量模塊和采樣模塊；所述時鐘模塊連接外部RTC以獲取時鐘，并通過內(nèi)部定時器分頻得到基本時間單元；所述采樣模塊用于采集并將外部電壓、電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述計量模塊通過時鐘信號控制來計算分鐘增量電能累計和實時測量數(shù)據(jù)。

圖為本發(fā)明的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口示意圖

所述計算模塊讀取法制計量模塊的分鐘增量電能和實時測量數(shù)據(jù)，并使用分鐘增量電能來計算電能和需量，其中需量是指一段時間內(nèi)的平均功率，通過一段時間內(nèi)的總分鐘增量電能除以時間獲得。

所述存儲模塊將計算模塊計算后的數(shù)據(jù)進行存儲，并進行事件記錄、結(jié)算轉(zhuǎn)存、凍結(jié)、負(fù)荷記錄的處理及存儲；所述通信模塊用于處理接口規(guī)約以及時間修改、校時后向法制計量模塊更新系統(tǒng)時間，其中規(guī)約數(shù)據(jù)內(nèi)容從存儲模塊獲??；所述顯示模塊用于響應(yīng)按鍵請求并實現(xiàn)自動循環(huán)、按鍵循環(huán)、自檢的顯示處理，其中顯示內(nèi)容從存儲模塊獲取。

進一步，所述計量模塊中分鐘增量電能的計算采用以下步驟：通過精準(zhǔn)秒脈沖中斷控制時間，當(dāng)分鐘發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，將分鐘發(fā)生翻轉(zhuǎn)這一時刻作為前一個分鐘增量電能累計結(jié)束及下一個分鐘增量電能累計開始的時刻，將前一個分鐘增量電能存儲到RAM，并將下一個分鐘增量電能從零開始累計。

所述精準(zhǔn)秒脈沖中斷及控制時間通過計量模塊連接實時時鐘控制器RTC來獲取。進一步，所述計算模塊采用以下步驟來實現(xiàn)：S11：讀取處理每條分鐘增量電能；S12：獲取分鐘增量電能對應(yīng)的時標(biāo)；S13：比較下一條分鐘增量電能對應(yīng)的時標(biāo)，判斷時標(biāo)順序是否連續(xù)，如果連續(xù)，則進入步驟S16；S14：如果時標(biāo)相對超前，則調(diào)整時段與分鐘增量電能時標(biāo)一致，并進入步驟S6；S15：如果時標(biāo)相對滯后，則先根據(jù)時標(biāo)順序依次讀取丟失的增量電能，再讀取最新增量電能，并進入步驟S6；S16：根據(jù)時標(biāo)計算總電能、費率電能和需量，返回步驟S1。

進一步，所述非法制計量組件采用以下方法來計算電能和需量：讀取分鐘增量電能后，對每分鐘的總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功增量電能進行累計得到總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功電能。

根據(jù)有功組合、無功組合方式的配置字，計算得到總及分相的組合有功總電能、組合無功總電能；同時，根據(jù)分時計費的配置，分析配置后分鐘時間對應(yīng)的費率號，將該分鐘增量電能累計到對應(yīng)的費率電能數(shù)據(jù)中。

根據(jù)配置的需量計算周期、計算模式，使用需量計算周期內(nèi)的總增量電能除以周期時間，得到周期內(nèi)的總及分相的正向有功、反向有功、四象限無功、組合有功、組合無功需量。

本發(fā)明還提供了滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口的驗證方法，包括以下步驟：S1：將被測試電能表與標(biāo)準(zhǔn)電能表的電壓并接及電流串接；S2：測試分鐘增量電能的準(zhǔn)確度：將電流連續(xù)加量到參比電流，然后撤除施加電流量，讀取被測試電能表的若干條增量電能，計算其總和，與標(biāo)準(zhǔn)表進行比較，計算相對誤差。

進一步，還包括以下步驟：S3：測試總電能計量獨立性：將電流連續(xù)加量到參比電流，然后通過硬件復(fù)位、或者對非法制計量組件軟件進行升級來單獨停止非法制計量組件的運行，按照預(yù)設(shè)時間停止，之后恢復(fù)非法制計量組件運行后，撤除施加電流量，讀取被測試電能表總電能，與標(biāo)準(zhǔn)表進行比較，計算相對誤差。

進一步，還包括以下步驟：S4：測試費率電能計量獨立性：將電流連續(xù)加量到參比電流，在費率切換時刻前，單獨停止非法制計量組件的運行，等到費率切換時間到后，恢復(fù)非法制計量組件運行后，撤除施加電流量，讀取被測試電能表費率切換前后兩種費率的費率電能，與標(biāo)準(zhǔn)表進行比較，計算相對誤差。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：本發(fā)明所提供的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數(shù)據(jù)接口，基于該接口提出了一種采用分鐘增量電能為基礎(chǔ)進行總電能、費率電能、需量計算的方法，這種方法將法制計量組件與非法制計量組件完全隔離，保證了電能表計量的獨立性。本發(fā)明同時提出了該接口方式下計量獨立性的驗證方法，可以有效驗證裝置是否采用了分鐘增量電能的接口方法以及采用該接口后的精度是否滿足要求。上述接口及測試方法的實現(xiàn)，對于提高電能表軟件的健壯性、設(shè)計滿足IR46計量獨立性要求的電能表、以及對電能表計量獨立性進行測試認(rèn)證，具有很大的應(yīng)用價值。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。