多芯模组化三相智能电能表技术要求

多芯模组化三相智能电能表

技术要求

2019年10月

目录

目录 ........................................................................................................................................................... 1功能与技术要求 .............................................................................................................................................

1.1规格要求 ........................................................................................................................................................

1.2功能划分 ........................................................................................................................................................

1.3外观 ................................................................................................................................................................

1.3.1外型尺寸 ................................................................................................................................................

1.3.2管理芯模块接口 ....................................................................................................................................

1.3.3光信号输出灯 ........................................................................................................................................

1.4模组接口 ........................................................................................................................................................

1.4.1上行模块接口 ........................................................................................................................................

1.4.2扩展功能模块接口 ................................................................................................................................

1.5蓝牙 ................................................................................................................................................................

1.5.1工作模式 ................................................................................................................................................

1.5.2标准符合性 ............................................................................................................................................

1.5.3互联互通要求 ........................................................................................................................................

1.5.4蓝牙通用要求 ........................................................................................................................................

1.5.5MAC地址格式要求 ..................................................................................................................................

1.5.6广播Payload约定 ................................................................................................................................

1.5.6蓝牙建立通信流程约定流程.................................................................................................................

1.5.7电能表蓝牙上电初始化过程.................................................................................................................

1.6电源设计 ........................................................................................................................................................

1.6.1 功耗 .......................................................................................................................................................

1.6.2 电源要求 ...............................................................................................................................................

1.7点阵液晶 ........................................................................................................................................................

1.7.1通用要求 ................................................................................................................................................

1.7.2显示功能 ................................................................................................................................................

1.7.3显示区域 ................................................................................................................................................

1.8端子座测温 ....................................................................................................................................................

1.8.1术语和定义 ............................................................................................................................................

1.8.2端子座测温 ............................................................................................................................................

1.9误差自监测 ....................................................................................................................................................

1.9.1监测要求 ................................................................................................................................................

1.9.2自监测事件 ............................................................................................................................................

1.9.3自监测协议 ............................................................................................................................................

1.10主动上报 ......................................................................................................................................................

1.11谐波 ..............................................................................................................................................................

1.12数据存储 ......................................................................................................................................................

1.1

2.1存储容量要求 ......................................................................................................................................

1.1

2.2分钟冻结存储要求 ..............................................................................................................................

1.1

2.3 ......................................................................................................................................

1.1

2.4存储协议要求 ......................................................................................................................................

1.13事件记录 ......................................................................................................................................................

1.13.1计量芯 ..................................................................................................................................................

1.13.2管理芯 ..................................................................................................................................................

1.14时钟 ..............................................................................................................................................................

1.15软件在线升级 ..............................................................................................................................................

1.15.1升级要求 ..............................................................................................................................................

1.15.2电能表管理芯软件升级 ......................................................................................................................

1.16安全策略需求 ..............................................................................................................................................

1.17需量 ..............................................................................................................................................................

1.18智能表通信要求..........................................................................................................................................

1.18.1需求背景 ..............................................................................................................................................

1.18.2实现方式 ..............................................................................................................................................

1.18.3技术要求 ..............................................................................................................................................

1.19直流和偶次谐波-半波整流波形试验.........................................................................................................

1.20电力现货市场交易需求响应 ...................................................................................................................... 2模组功能定义 .................................................................................................................................................

2.1扩展模块通信 ................................................................................................................................................

2.2非介入式负荷感知模块.................................................................................................................................

2.2.1工作流程 ................................................................................................................................................

2.2.2通用要求 ................................................................................................................................................

2.2.3配置参数 ................................................................................................................................................

2.2.4 原始数据 ...............................................................................................................................................

2.2.5非介入式负荷感知模块相关扩展.........................................................................................................

2.3上行模块 ........................................................................................................................................................

2.3.1工作流程 ................................................................................................................................................

2.3.2通用要求 ................................................................................................................................................

2.4下行模块 ........................................................................................................................................................

2.4.1工作流程 ................................................................................................................................................

2.4.2通用要求 ................................................................................................................................................

2.5蓝牙通信 ........................................................................................................................................................ 3附录 ................................................................................................................................................................ 附录A ................................................................................................................................................................ 功能列表 ........................................................................................................................................................... 附录B ................................................................................................................................................................ 扩展协议 ...........................................................................................................................................................

B.1变量类对象标识定义 ..................................................................................................................................

B.2参变量类对象标识定义...............................................................................................................................

B.3事件类对象标识定义 ..................................................................................................................................

B.4冻结类对象标识定义 ..................................................................................................................................

B.5文件传输类对象标识定义...........................................................................................................................

B.6输入输出设备类对象标识定义 ...................................................................................................................

B.7面向对象协议的改动 .................................................................................................................................. 附录C ................................................................................................................................................................ （资料性附录）状态字、特征字、模式字 ....................................................................................................

C.1计量芯系统状态字 .........................................................................................................................................

C.2采样状态字 .....................................................................................................................................................

1功能与技术要求

1.1规格要求

参比频率：50Hz

1.2功能划分

计量芯和管理芯采用物理分离原则，计量芯是高可靠性、长寿命法定部分，不允许进行软件升级。

计量芯提供电量、时钟等法制数据，每分钟保存正反向有功总电能、每15分钟正反有功基波电能、正反有功谐波总电能、一到四象限无功等历史数据用于电量追溯。管理芯的电量、时钟以计量芯为基准，并实时同步。

计量芯能记录管理芯插拔、掉电、电表清零、校时、管理芯升级、开盖等事件记录。

计量芯允许电表清零、修改时间，存储通信地址、误差在线监测等参数，通信地址以计量芯为准，其它参数可通过管理芯同步。

计量芯和管理芯之间采用明文数据交互，未来可能采取身份认证的方式进行认证。

管理芯承担整表的管理任务，主要包括费控、显示、需量、对外通信、事件记录、数据冻结、负荷控制等任务，支持软件升级。管理芯不支持所有和费率相关的内容，包括费率电能、费率需量、时段方面参数。管理芯具备过载跳闸、端子过热跳闸功能，并可配置是否启用，默认不启用，过载恢复合闸、端子过热恢复合闸由管理芯给负荷开关发合闸允许命令。已处于拉闸状态的电能表在接收到保电命令后，电能表液晶“拉闸”字样消失。收到保电命令时通过蓝牙通道向外置断路器发送“合闸允许”命令。

管理芯取消本地费控功能，负荷开关采用外置方式，至少具备蓝牙和上行模块两路对外通信接口，同时保留三路扩展模块接口，根据应用需求选配，单个模块的电源故障或通信线路故障不能影响其它模块正常工作。

原跳闸命令用于主站对电能表、终端执行，原命令中有继电器序号，告警延时，限电时间，自动合闸；合闸命令中有合闸允许/直接合闸选项，这些功能费控逻辑部分在电表内部执行，电能表对蓝牙断路器发出跳合闸及合闸允许命令。

电表清零仅限测试密钥状态下进行，管理芯、计量芯电表清零分两条命令，分别采用逻辑00、01，清零顺序为先清零计量芯，后清零管理芯，电能表返回的逻辑地址和主站下发的逻辑地址一致。

如果需要清零扩展模块，采用扩展模块逻辑地址发清零命令。

校时逻辑地址采用01，管理芯收到后转发给计量芯，计量芯完成校时，管理芯时钟同步后，管理芯给模块发设置时钟命令。

逻辑地址00表示管理芯，01表示计量芯，对于其它模块，采用扩展逻辑地址表示，电表中扩展电能表模组列表，电能表模组列表中包括扩展模块及其对应的扩展逻辑地址。考虑安全方案解密需要，主站（含终端）和计量芯通信时采用逻辑地址01，管理芯和计量芯通信时采用逻辑地址00。管理芯和各个模块数据交互时带逻辑地址。计量芯和模块收到报文时不判断报文中逻辑地址，计量芯和模块应答报文中的逻辑地址同接收报文。

主站抄读计量芯数据，无论建立不建立应用连接，如果需要加解密，都按《多芯模组化智能电能表计量芯安全芯片产品手册》中用“读取（抄读计量数据）”的指令流加解密。

电表支持采用公共连接、一般密码建立应用连接，一般密码默认“00000000”。

电能表产品的设计和元器件选用应保证产品使用寿命大于等于15年。

详细的功能定义见附录A：功能列表。

法制相关软件：

在仪表中实现以下功能的软件应被认为是法制相关软件：

（1）电参数的测量（如：电压、电流、有功功率、无功功率、频率）；

（2）电能量的计量（如：有功电能，无功电能）；

（3）时钟或时钟的维持；

（4）设备专有参数的保护；

（5）电参数、电能量数据的冻结；

（6）清零、升级、校时、修改设备专有参数的事件记录；

（7）法制相关软件与非法制相关软件的软件接口；

（8）保证法制相关功能安全性的方法；

（9）法制相关软件的标识；

（10）法制相关内容的显示。

非法制相关软件：

实现以下功能的软件可以被认为是非法制相关软件：

（1）最大需量的计算及存储；

（2）显示方式以及非法制相关内容的显示；

（3）除法制相关功能外的事件记录；

（4）外部数据通信接口的实现（如红外、RS485、载波、无线等）；

（5）控制功能（如对负荷开关的控制）；

（6）报警功能；

（7）其他未被提及的功能。

1.3外观

1.3.1外型尺寸

整表尺寸与现在国网表尺寸一致，290 mm（高）*170 mm（宽）*85 mm（厚），同时

取消弱电辅助端子。

1.3.2管理芯模块接口

管理芯模组由管理芯MCU、蓝牙、液晶等部件组成，支持热插拔，可采用插座插针方式，管理芯和计量芯接口至少需具备以下引脚：

a)管理芯与电能表计量芯接口功能要求

模组支持有线扩展接口，例如天线。

1.4.1上行模块接口

上行模块为专用模块，当下行通信采用载波时，应兼容下行模块，支持点对点UART方式，全双工通信方式，实现真正自动上报；通讯速率默认9600，支持波特率修改，最大可

支持460800bps。

带强电接口，支持载波上行模块(或载波下行模块）通讯。

1.4.1.1 通讯指示灯

上行模块具有和管理芯通讯的发送(载波接收)通讯指示灯，使用高亮、长寿命绿色LED，平时灭，通讯时闪烁；

上行模块具有和管理芯通讯的接收(载波发送)通讯指示灯，使用高亮、长寿命红色LED，

图2 上行通讯模块的弱电接口示意图

图3电能表侧通信模块载波耦合接口信号定义表4电能表与通信模块载波耦合接口管脚定义说明

注：接口与强电必须隔离, 应考虑安全性，扩展模块电源故障或短路时不应影响电能表的基本功能，隔离元器件的功能失效时不允许出现安全隔离失效。

12653

410129

11

管理芯

87VCC VSS VCC RXD RST COM_RQ SCK MOSI 预留

CS

图5蓝牙网络拓补图

1.5.2标准符合性

1）芯片及软件协议栈获得SIG组织的QDID；

2）模组或电能表整机通过BQB认证。

1.5.3互联互通要求

1）通信服务UUID:

LSB:{0x79, 0x41, 0xDC, 0x24, 0x0E, 0xE5, 0xA9, 0xE0, 0x93, 0xF3, 0xA3, 0xB5, 0x01, 0x00, 0x40, 0x6E}

2）数据接收UUID

LSB:{0x79, 0x41, 0xDC, 0x24, 0x0E, 0xE5, 0xA9, 0xE0, 0x93, 0xF3, 0xA3, 0xB5, 0x02, 0x00, 0x40, 0x6E}

属性： writewithoutresponse

描述符：无

Access：open

3）数据发送UUID

LSB:{0x79, 0x41, 0xDC, 0x24, 0x0E, 0xE5, 0xA9, 0xE0, 0x93, 0xF3, 0xA3, 0xB5, 0x03, 0x00, 0x40, 0x6E}

属性：notification

描述符：CCCD（该项UUID为0x2902）

Access：open

注1：相关描述UUID必须按标准协议执行

注2：主机与从机进行连接时，需要执行蓝牙服务发现过程，并完整地执行蓝牙通信建立流程，具体流程图，参考附录1。

1.5.4蓝牙通用要求

表6 电能表用蓝牙通用要求

1.5.5MAC地址格式要求

1）采用标准的48bit格式，最高两个bit位为“11”；

2）剩余46bit位不能全部为0，也不能全部为1；

3）41-46bit位为设备类型描述位，用于区分采集器、手持设备、电能表等设备类型，避免冲突，如下所示：

4）1-40 bit位为地址内容，它与电能表通信地址一一对应，采用Hex编码方式，如电能

0x00 其中0x18 0x00表示MinConnection Interval，为1.25ms*24=30ms；0x50 0x00 表示MaxConnection Interval，为1.25ms*80=100ms。

1.5.7蓝牙建立通信流程约定流程

图6蓝牙建立通信流程约定流程图

1.5.8电能表蓝牙上电初始化过程

a) 电能表上电后，判断三路从机MAC地址合法性，如果地址合法（非全FF），则与相应从机建立数据连接，如非法（全FF，出厂默认），则不建立连接。从机MAC参数发生改变时，电能表应重新发起连接；

b)电能表开启蓝牙广播，等待被蓝牙主机连接，当被主机连接后，6秒内通信超时或无任何通信，电能表应主动断开连接。

1.6电源设计

1.6.1 功耗

1.6.1.1电压线路功耗

a)在三相施加参比电流、参比电压和参比频率条件下，电能表处于非通信状态（带通信模块电能表模块仓不插模块），背光关闭，上电30分钟后测试，每一电压线路的有功功率和视在功率消耗不应大于1.5W、6V A；

b)电能表电源极限带载能力大于10W。

1.6.1.2电流线路功耗

电能表在参比电流和参比频率下，当参比电流小于10A时每一电流线路的视在功率消耗不应超过0.2V A，当参比电流大于或等于10A时每一电流线路的视在功率消耗不应超过

0.4V A。

1.6.1.3辅助电源线路功耗

具备辅助电源的电能表，采用外部辅助电源供电时，辅助电源线路的视在功耗不应大于10V A。

1.6.2 电源要求

1.6.

2.1管理芯电源

a)上电时，管理芯电源需保证管理芯及其外围电路正常工作。管理芯电源后端电路故障后不得影响计量芯电源；

b)停电时，管理芯超级电容在全温度范围维持管理芯工作10S以上，用于停电上报和全失压检测；

c）管理芯电源及对外模块接口均应设计相应保护电路，在通讯模块热插拔、模块损坏、模块过载或短路等情况下，均不应引起电能表其它功能异常、复位或损坏。

1.6.

2.2计量芯电源

计量芯为法制计量，为确保时钟准确，需增加超级电容，且能够满足电能表极限工作温度范围。在电能表断电且时钟电池欠压情况下，且维持时钟正确计时至少2天。