今天為大家介紹一項國家發明授權專利——滿足IR46計量獨立性要求電能表數據接口及驗證方法。該專利由國網重慶市電力公司電力科學研究院申請，并于2018年7月20日獲得授權公告。

內容說明

本發明涉及電能表領域，特別涉及一種滿足IR46計量獨立性要求的電能表數據接口，以及該接口的驗證方法。

發明背景

目前電能表基本上采用CPU+計量芯片的設計模式，也有少數高精度電能表采用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、實時測量數據給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據呈現功能。不論哪種設計模式，CPU的各種功能都雜糅在一起、相互影響，導致程序的健壯性、可靠性變得很差，例如通信模塊設計上的錯誤或不穩定，可能會導致計量功能停止或局部計量數據缺失。

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

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

目前電能表所采用的CPU+計量芯片或CPU+DSP的設計模式，根據前面的分析，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據接口以及基于該接口的數據處理方法。

發明內容

本發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據接口以及基于該接口的數據處理方法。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的：本發明提供的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數據接口，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、電流模擬信號轉換為數字信號；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據。

圖為本發明的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數據接口示意圖

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據，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的平均功率，通過一段時間內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據進行存儲，并進行事件記錄、結算轉存、凍結、負荷記錄的處理及存儲；所述通信模塊用于處理接口規約以及時間修改、校時后向法制計量模塊更新系統時間，其中規約數據內容從存儲模塊獲取；所述顯示模塊用于響應按鍵請求并實現自動循環、按鍵循環、自檢的顯示處理，其中顯示內容從存儲模塊獲取。

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：通過精準秒脈沖中斷控制時間，當分鐘發生翻轉時，將分鐘發生翻轉這一時刻作為前一個分鐘增量電能累計結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：S11：讀取處理每條分鐘增量電能；S12：獲取分鐘增量電能對應的時標；S13：比較下一條分鐘增量電能對應的時標，判斷時標順序是否連續，如果連續，則進入步驟S16；S14：如果時標相對超前，則調整時段與分鐘增量電能時標一致，并進入步驟S6；S15：如果時標相對滯后，則先根據時標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：根據時標計算總電能、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，根據分時計費的配置，分析配置后分鐘時間對應的費率號，將該分鐘增量電能累計到對應的費率電能數據中。

根據配置的需量計算周期、計算模式，使用需量計算周期內的總增量電能除以周期時間，得到周期內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。

本發明還提供了滿足IR46計量獨立性要求的電能表數據接口的驗證方法，包括以下步驟：S1：將被測試電能表與標準電能表的電壓并接及電流串接；S2：測試分鐘增量電能的準確度：將電流連續加量到參比電流，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，與標準表進行比較，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：將電流連續加量到參比電流，然后通過硬件復位、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，按照預設時間停止，之后恢復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，與標準表進行比較，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，與標準表進行比較，計算相對誤差。

由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：本發明所提供的滿足IR46計量獨立性要求的電能表數據接口，基于該接口提出了一種采用分鐘增量電能為基礎進行總電能、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，對于提高電能表軟件的健壯性、設計滿足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證，具有很大的應用價值。

本發明的其他優點、目標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域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。