智能电能表标准体系发展探讨.pdf

过去十年是中国智能电能表发展的黄金期，中国电能表质量实现了跨越式发展，国内电能表企业竞争力的显著提升，开始走出国门，与世界其他电能表企业竞争。电测量行业所制定的三代标志性国家标准体系，促进了国内电能表产业水平大幅提升，未来制定出技术引领的标准体系是促进电能表产业发展之关键。文章从多元化计量技术标准体系、多样化结构的型式标准体系、多场景应用的功能标准体系、电能表全寿命周期可信性评价体系等多个角度探讨智能电能表标准体系的发展方向。关键词：智能电能表；标准体系；技术引领D0I:10.19753/j.issn1001-1390.2023.08.029中图分类号：TM933Discussion on the development of standard system of smart meterLiu Xingzhi,Hou Xingzhe,Zheng Ke,Tian Juan,Li Songnong,Wang Lingyu(1.Marketing Service Center(Metrology Center),State Grid Chongqing Electric Power Co.,Ltd.,Chongqing 401123,China.2.Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co.,Ltd.,Chongqing 401123,China)Abstract:In the past ten years,it has been the golden period for the development of smart meter in China.The quality ofChinese smart meter has achieved great-leap-forward development,and the competitiveness of domestic enterprises of elec-tricity meter has been significantly improved,and they have started to go abroad to compete with other enterprises of elec-tricity meter in the world.The three-generation iconic national standard system formulated by the electrical measurementindustry has promoted a substantial increase in the domestic electricity meter industry.The development of a technology-led standard system in the future is the key to promoting the development of the electricity meter industry.In this paper,the development direction of standard system for metering technology will be discussed from the perspectives of diversifiedmeasurement technology standard system,diversified structure type standard system,multi-scenario application functionstandard system,and life cycle credibility evaluation system of smart meter.Keywords:smart meter,standard system,technology leadership0引 言中国电能计量技术从2 0 世纪8 0 年代开始进人发展时期，引领电能表产业发展的三代国家标准体系,逐步登上历史舞台，极大地提升了国内电能表行业的整体质量水平。在过去几十年，中国参考国际IEC标准体系制定的三代电能表国家标准体系，实现我国电能计量管理体系从无到有、电能表由单一电能计量功能向多功能、智能化发展14国家标准体系引领着智能电能表产业不断向前发展,技术引领的智能电能表标准体系是促进电能表产业发展的关键。中国智能电能表产业在过去十年迎来基金项目：国家电网有限公司科技项目（550 0-2 0 192 7 2 6 7 A-0-0-00)文献标识码：B文章编号：10 0 1-1390(2 0 2 3)0 8-0 17 7-0 4了黄金发展期，国内电能表质量实现了跨越式发展，电能表制造企业在国际上的竞争力显著提升，并在国际电能表市场开始薪露角头。文章将从多元化计量技术标准体系、多样化结构的型式标准体系、多场景应用的功能标准体系、电能表全寿命周期可信性评价体系等多个角度探讨智能电能表标准体系的发展方向。1电能表国家标准体系从2 0 世纪90 年代至今，形成了三代标志性的国家电能表标准体系5-7 。0第一代国家标准体系是CB3924-83交流有、无功电度表标准体系。它让国内电能计量行业建立了生产许可证管理体系、形成计量认证型式评价体系、指导86型三大系列电度表的联合设计，使国内电度表设计一17 7 一第6 0 卷第8 期2023年8 月15日达到国际8 0 年代水平第二代国家标准体系是GB/T172151级和2 级静止式交流有功电度表标准体系。它将我国电能表行业引入电子化、信息化时代，开启了复费率、预付费、载波表等可以提供更多增值服务的多功能电能表时代，提升了我国用电管理水平，使自动抄表（AMR）成为可能。同时，构建了完整的电子式电能表国家标准体系，为后来启动的智能计量器具的开发奠定了基础。第三代国家标准体系：它是正在修订的“有功电能表系列标准”,是在过去几年工作的基础上，特别是在国网与南网企业等用户端需求和国家制造业技术进步的牵引下,基于国际建议（R46）和国际标准（IEC)最新标准化成果，突出体现时代特征和面向未来发展需求，形成中国第三代电能计量产品国家标准体系。它将成为引领中国电能计量技术进人智能化时代，与国际接轨的标志性的标准化成果O2电能表国际标准体系目前世界范围内，主要有以下几种电能表的标准体系，一是IEC标准体系,是使用面最广的标准；二是ANSI标准,是存在历史时间最长的标准；三是MID标准体系,是欧盟区域内统一的标准体系；四是IR46国际建议，是最新国际法制组织认可的标准，如图1所示。IECEC标准ANSIC12标准图1电能表国际标准体系Fig.1 International standard system of electricity meter2.1电能表IEC标准体系电能表IEC标准体系，它是TC13负责制定与电能测量和负荷控制设备专业有关的国际标准。所有标准根据其类别的不同、对象的不同以及技术要求的共性及特殊性编人IEC62051I EC 6 2 0 59 共九个分区内。电能表IEC标准化组织,在近期也完成了IEC标准体系的修订，主要涵盖四个方面：（1)计量要求,增加0.1S级电能表,取消基本电流（I），使用参比电流（I.）；(2)参考R46标准做了部分修订,增加了抗电磁干扰试验、抗非电磁干扰试验以及接地故障抑制试验要求提升到A类接受标准；（3）IEC62052-31：2 0 15中的安全要求获批；（4）增加直流偶次谐波试验过程0.5L误差变差要求。2.2电能表IR46国际建议国际法制计量组织（OIML）是一个从事法制计量一17 8 一电测与仪 表Electrical Measurement&Instrumentation工作和构建国际法制计量体系的政府间计量组织，旨在加强各国计量部门之间在法制计量方面的相互合作和联系，促进计量技术交流，在国际范围内建立国际互认体系，解决计量器具国际贸易、型式评价和应用的技术和管理问题。电能表IR46标准体系是国际法制计量组织(OIML)起草的一个技术文件，适应于型式评价、批准和检定等法制计量管理环节。2 0 0 9年瑞典首次召开工作会议,2 0 12 年3月形成投票文件。最终发布稿共分为三部分，涵盖交流有功电能表计量和技术要求、计量控制和性能测试、测试报告模板等。中国作为OIML国际组织的成员国,需要遵循IR46的相关规定,国内电能计量技术人员从2 0 12 便开始相关研究工作，以推动IR46国际建议在中国尽快落地实施。与电能表现行IEC标准体系或者国家标准体系相比,IR46主要在七个方面提出了新的技术指标：一是量程更宽,基本误差中增加起动电流至最小电流之间的误差要求；二是增加组合误差要求：多影响量下的综合误差要求；三是对动态负荷的适应性更强：谐波试验增加尖顶波、方顶波和高次谐波；四是抗电磁辐射能力更强：射频场感应试验范围扩展到2 k6GHz;电压暂降和电压中断试验：电压跌落幅度更符合电网供电切换瞬态特性；五是抗非电磁能力增强：阳光辐射试验方法66天，振动试验由恒定速率振动提升为随机振动；六是稳定性增强：增加10 0 0 h耐久性试验；七是法定与非MIDANSIMID标准Vol.60 No.8Aug.15,2023OIML法定分离：非法定部分可远程升级93中国智能电能表标准发展思考R46国际建议在过去几十年，电能表国家标准一直追随欧美国家的标准体系，随着国内电能计量技术不断的创新发展，同时适应新时代经济社会发展需要，国网公司也提出将全面建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业,制定技术引领的电能表国家标准体系是中国智能电能表未来的发展方向。制定技术引领的标准体系，文章认为应具备三个特征：认同性-利益相关方能够以“协商一致、共同遵循”原则广泛认同的技术标准体系；开放性-技术要素/性能规定鼓励技术进步和（最新）创新成果运用；前瞻性-在相当长的一段时间内，标准体系能起到规范和引领行业发展的作用。文中从四个方面思考了中国智能电能表标准的发展方向：一是完善多元化计量技术标准体系，包括完善交流计量体系，建立数字计量量传体系、直流计量量传及技术标准；二是健全多样化结构的型式标准体系，模组化结构、易安装结构、宽量程结构等；三是构建多场景应用的功能标准体系,互操作化的软件标准体系、多参量功能标准体系、建立功能定制化配置模式；四是建第6 0 卷第8 期2023年8 月15日立电能表全寿命周期可信性评价体系，从可靠性、安全性、可维护性等角度，制定涵盖设计、制造、运行、退役的全寿命周期可信性评价标准；文中对智能电能表标准发展方向的思考，如图2 所示。厂完善多元化计量技术标准健全多样化结构型式标准的型式标准体系建立电能表全寿命周可靠性期可信性评价体系标准图2 智能电能表标准发展方向Fig.2 Standard development direction of smart meter3.1多元化计量技术标准体系首先，完善交流计量体系，新能源入网占比增加、非线性用电负载增多将对电网造成冲击，用电设备中小到一个节能灯都能产生谐波负荷，未来需要建立可以净化用电设备负荷波形的技术标准。电能质量治理不再是运营商单方责任，需对发电侧、客户侧进行技术约束。因此,需要从计量原理出发，建立基波、谐波计量标准体系,形成基波、视在电能等多样化结算模式，利用视在功率、谐波、功率因数等促进行业关注电网质量。其次，建立数字化计量体系，IEC已启动数字化计量原理及设备研究工作，中国迫切需要建立数字化溯源标准及技术标准体系，实现数字化计量设备逐步用于贸易结算。最后，完善直流电能计量体系，随着符合中国国情的直流配网的技术发展，最新的直流计量电压扩展至1500V。同时新能源汽车充电桩已成为国家新基建的七大领域之一，电动汽车充电桩现已进入规模化建设阶段。因此，建立符合中国特色的直流电能计量技术标准及直流电能量传体系迫在眉睫。3.2多样化结构的型式标准体系随着国内芯片技术、微电子技术、制造工艺等核心技术的不断发展，未来电能表及核心器件将向国产化、微型化、低功耗、宽量程、高精度及免校准等方向发展。经济社会对电能表的需求将不断提升，因此健全多样化结构的型式标准体系是未来应用的需要10(1)电能表采用模组化结构设计,各个功能模组化设计，计量独立不可升级、其他部分可升级，安全和性能分开，预留扩展接口，建立多样化认证体系，例如计量认证、安全认证、可靠性认证等。（2）易安装结构，从电气安全、安装简便角度出发，电测与仪 表Electrical Measurement&Instrumentation统筹制定表箱、电能表等计量设备的型式结构,如：防错接线、简化安装工艺的插拔式接口、防窃电的模组间硬连接设计等，简化安装工艺、提升运行安全性，实现安装质量可追溯。（3）宽量程结构，随着交流配电网技术发展，直接技术标准体系式交流计量电压扩充至10 0 0 V,160kVA以内的供电容量采用低压计量方式，这意味着电能表的最大电流02提升近2 50 A，基于未来电子元器件及芯片关键技术的一构建多场景应用03功能标准04Vol.60 No.8Aug.15,2023突破，表内元器件及传感器向微型化、低功耗发展，宽的功能标准体系量程的电能表成为重要技术研究方向。3.3多场景应用的功能标准体系随着具有中国特色国际领先的能源互联网发展与电力市场不断深化改革，电力客户个性化用电特征日益显现、设备运行环境差异化要求显著、电网与客户间友好互动性大幅提升、电力市场综合能源业务全面拓展等,将促成一个全新业务场景的用电市场。构建电能表多场景应用的功能标准体系,其个性化、智能化、高效率、灵活性及模块化等技术特征，来支撑电力行业多个领域的技术发展。（1)制定互操作化的软件标准体系，电能表作为能源互联网最前端的感知设备，将承担更多角色。电能表软件功能采用分层、平台化设计，设备实现操作系统化、IP化、IOT化，提升设备间的互操作性。互操作化的电能表软件标准体系，可满足实时、高效的调度多线程、多任务的业务应用需求，提升电能表在数据储存、处理及交互方面的智能化。（2）制定电能表多参量数据计量或测量功能标准，提升对各专业支撑能力。文中考虑了六个方面的场景应用：一是营销计量业务，提供基波、谐波、需量、功率、电压、电流等基础数据，满足营销业务应用需求；二是电力监测（PMD），对配网中电力设备的状态量实时监测，制定关联数据监测方法、准确度、数据格式及传输、事件记录等功能标准；三是电能质量PQI,实时监测线路电压、电流、功率、相位、功率因数等数据，制定电能质量关联数据测量方法、传输、事件记录等功能标准；四是电力能效EM,满足电力能效专业业务应用需求；五是电气消防与电源检测（AM），满足电气消防和火灾的业务需求,对消防设备电源监控系统和电气火灾监控系统提供监测数据；六是广域向量测量PM：支撑电力系统同步相量测量需求，为电力调度专业提供数据支撑。电能表多参量数据计量或测量功能标准，可实现智能电表对智能电网监测的数据量呈指数级增长，大幅提升对智能电网的感知水平，满足电力部门各专业的业务应用需求。（3)形成功能定制化配置模式，建立电能表标准化功能清单,区分基本功能和专项功能，根据电力客户用一 17 9 一第6 0 卷第8 期2023年8 月15日电特征及服务套餐，定制化配置应用功能，减少投资，降本增效。贸易型结算电能表：向“基表+手机”、“基表+主站”、“基表+终端”的方向发展；非贸易型测量电表：向模块化、随器化、传感器方向发展；区域化电表：根据区域环境与电网环境，制定不同运行环境的技术标准等12 。3.4电能表全寿命周期可信性评价体系建立电能表全寿命周期可信性评价体系13，从可靠性、安全性、可维护性等研究角度，制定涵盖设计、制造、运行、退役的全寿命周期可信性评价标准。一是建立电能表关键元器件可靠性标准体系，优化可靠性试验方法制定更贴近工况的可靠性标准，制定电能表软件可靠性标准；二是结合IEC关于电能表安全标准研究成果，制定适用于中国智能电能表安全标准体系，建立电能表安全认证体系；三是电能表可维护性标准体系，制定具有实践价值的电能表可维护标准体系，建立电能表功能模组或核心元器件级再利用的可靠性评价体系。4结束语文中介绍了我国几代电能表国家标准发展历程，以及国际现行几套主流的电能表标准体系。从多元化计量技术标准体系、多样化结构的型式标准体系、多场景应用的功能标准体系、电能表全寿命周期可信性评价体系等多个角度探讨智能电能表标准体系的发展方向。为电能计量从业人员研究未来中国智能电能表的技术方向提供了重要的参考依据。参考文献1赵伟，庞海波，刘灿涛电能表技术的发展历程J电测与仪表，1999,12(6):3-5.Zhao Wei,Pang Haibo,Liu Cantao.The development history of electricenergy meter technology J.Electrical Measurement&Instrumenta-tion,1999,12(6):3-5.2李迪星，杜博，般聪，等基于RFID的电能表监造关键技术研究J自动化技术与应用，2 0 2 1，40（6）：46-49.Li Dixing,Du Bo,Yin Cong,et al.Research on key technologies of e-lectric energy meters supervision based on RFIDJJ Techniques of Au-tomation and 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