单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价通则-编制说明

中国仪器仪表行业协会团体标准（征求意见稿）2020.12团体标准编制工作组一、工作简况1任务来源本团体标准根据中国仪器仪表行业协会2019年下达的团体标准制定计划起草，项目编号为T/CIMA0041-2019，本标准归口中国仪器仪表行业协会，由中国仪器仪表行业协会电工仪器仪表分会提出，主要起草单位：国网冀北电力有限公司营销服务中心（计量中心），计划完成时间2020年12月。由于疫情原因推迟到2021年6月。2目的和意义

电网线损是供电公司的一项重要综合性技术经济指标,它综合反映了电网的规划设计、生产技术和运营管理水平,直接影响到企业的经济效益。据调查，目前电网总体损耗的60%以上都在10kV及以下配电网环节。因此，10kV及以下配电网采取精细化的线损管理措施已经成为电网降损的一个关键所在，具有十分重要的现实意义。国网公司按照“顶层设计、统一标准、示范引领、全面推进”的原则，聚焦配电网“标准、智能、节能”三条主线，推进配电网同期线损管理系统建设。配电网线损主要考核关口设置范围在变电站6kV～20kV出线开关、线路常开联络开关、环网室常开联络开关、公用配电室母联开关、公变台区低压侧为主、专变用户计量点、分布式电源6kV～20kV上网计量点。对于没有电能测量功能的联络点，现场都面临线路、设备、场地均已确定，空间十分有限的问题，常规互感器体积大，质量重，加装十分困难。采用配电网同期线损测量装置可以有效解决上述问题。该装置应用一体化设计，将电压采样、电流采样及电能量的计算，存储，通讯等功能全部集成在高压侧。应用新型智能互感器技术，产品小巧，安装简便灵活。为准确评估配电网同期线损测量装置的质量与性能，解决装置准确性可靠性无法评估的问题，有必要针对性制定相关试验导则。本标准规定了配电网同期线损测量装置（以下简称检验装置）的试验项目和试验顺序、一般试验条件、型式试验和出厂试验项目及其试验条件、试验设备、试验方法、数据处理方法和合格判据。

3主要工作过程2019年12月，中国仪器仪表行业协会组织召开了《单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价通则》团体标准制定工作启动会，成立了由国网冀北电力有限公司营销服务中心（计量中心）为牵头单位，中国电力科学研究院有限公司、哈尔滨工业大学、威胜集团有限公司等多家单位参与的标准制定工作组（以下简称“工作组”）。同时，本次会议也明确了标准制定工作进度以及工作组各成员单位的工作分工。2020年1月～2020年3月，工作组正式开展团体标准调研及制定工作。工作组对目前我国智能电能表的大型生产企业进行了走访、调研，同时，收集、汇总、整理了单相智能电能表领域相关国内外法律、法规及标准。根据调研结果，结合以往智能电能表质量检测研究成果和相关标准，结合GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》等标准的要求，开展编写工作并形成了标准草案稿。2020年6月，工作组在上海组织召开了第一次工作组会议，对标准草案稿进行组内评审，提出了修改意见。在这些意见中，较为突出焦点集中在标准的适用范围、评价对象级流程等内容。根据意见要点，工作组对智能电能表多目标稳健性评价流程进行了修正，完善了标准草案稿。2020年9月，工作组在烟台组织召开了第二次工作组会议，对标准草案稿进行了认真、细致的讨论，并对主要技术内容达成了一致意见，根据意见修改形成了征求意见稿。2020年12月10日：广泛征求意见：征求意见稿在网站、微信公众号等平台公示，征集行业意见。4主要参加单位和工作组成员及其所做的工作网冀北电力有限公司营销服务中心（计量中心）作为执笔单位负责了本标准的起草、修改工作，哈尔滨电工仪表研究所有限公司作为工作组组长主要负责组织、协调等相关工作。李文文为本标准的主笔人，负责标准的编写；刘文为本标准起草工作组的组长，赵斌为本标准起草工作组的副组长，刘献成、王丹春为本标准起草工作组的组员，负责标准的编写进程和组织协调工作；国网湖南供电服务中心（计量中心），国网河北营销中心等工作组成员为本标准的编写和修改工作给与大量帮助。二、标准编制原则和主要技术内容确定的依据

1主要阐述标准制定或修订过程遵循的基本原则本标准格式依据GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》等标准的要求，符合统一性、协调性、适用性、一致性、规范性。结合本行业对单相智能电能表多目标稳健性评价的要求，确定单相智能电能表质量评价体系。在确定本标准评价对象时，综合考虑行业生产企业的水平和用户的利益，注重标准可操作性，寻求最大的经济、社会效益，充分体现标准在技术上的先进性和经济上的合理性。2标准主要内容的说明本标准规定了针对单相智能电能表设计方案开展多目标稳健性评价的对象、流程和方法。本标准适用于基于仿真模型的单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价。（1）评价对象及干扰因素单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价包含但不限于如下对象：计量单元、控制单元电源单元。单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价包含但不限于如下干扰因素：环境温度、工频磁场、恒定磁场。（2）评价流程针对单相智能电能表设计方案开展多目标稳健性评价的总体流程见图1。信息收集信息收集确定评价对象及干扰因素确定评价对象及干扰因素建立仿真模型建立仿真模型质量特性分析质量特性分析单一对象稳健型评价单一对象稳健型评价综合稳健型评价综合稳健型评价图SEQ图\*ARABIC1单相智能电能表硬件部分设计方案多目标稳健性评价流程（3）评价方法信息收集开展单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价需收集产品设计文件、生产工艺文件。建立仿真模型按照如下步骤建立仿真模型：分析单相智能电能表评价对象的工作原理及组成结构；根据所评价对象，确定适合的仿真工具，建立仿真模型；测试、验证与修正仿真模型；若需大量计算，可建立快速计算模型。质量特性分析按照收集到的信息确定仿真模型中评价对象设计允许偏差范围。用于质量特性分析的虚拟样本数量每批次不少于1000只。基于单相智能电能表计量单元仿真模型，在计量单元各参数公差范围内建立虚拟样本（可采用正态分布），在参比频率、参比电流和参比电压条件下，在产品规范规定的范围内每间隔10℃，仿真得到每批次单相智能电能表的计量误差分布。基于单相智能电能表计量单元仿真模型，在计量单元各参数公差范围内建立虚拟样本（可采用正态分布），在参比频率、参比电压条件下，各方向施加规范规定的工频磁场强度（如0.5mT），仿真得到无负载电流、Itr下每批次单相智能电能表的计量误差分布。基于单相智能电能表控制单元仿真模型，在控制单元各参数公差范围内建立虚拟样本（可采用正态分布），在参比频率、参比电压、参比电流条件下，在产品规范规定的范围内每间隔10℃，仿真得到每批次单相智能电能表的负荷开关动作时间分布。基于单相智能电能表控制单元仿真模型，在控制单元各参数公差范围内建立虚拟样本（可采用正态分布），在参比频率、参比电压、参比电流条件下，各方向施加规范规定的恒定磁场（如200mT），仿真得到每批次单相智能电能表的负荷开关分闸时间分布及合闸时间分布。基于单相智能电能表整机热仿真模型及电源单元仿真模型，在电源单元各参数公差范围内建立虚拟样本（可采用正态分布），电压分别选取参比电压、1.25倍参比电压，电流分别选取10Itr、50%Imax、Imax、1.2Imax，在产品规范规定的范围内每间隔10℃，仿真得到每批次单相智能电能表误保护概率。稳健性计算根据质量特性分布，应用式（1）计算单一对象稳健性标准偏差值。（1）式中：N——评价对象数量；γi——每一个虚拟样本稳健性评价指标值；——稳健性评价指标期望值。三、主要试验（或验证）情况本标准针对主流单相智能电能表开展了仿真建模，搭建了分压电阻和锰铜片阻值随温度变化的变电阻模型，建立了电阻分压采样电路、锰铜分流采样电路、计量芯片Simulink仿真模型及计量模块综合仿真模型；使用SolidWorks三维建模软件搭建了带有双绞线的锰铜分流器模型，将其导入FLUX仿真软件中使用二阶网格剖分，并建立了亥姆霍兹线圈模拟工频磁场；使用Ansys软件对负荷开关电磁系统进行了有限元建模，使用Adams软件对负荷开关触簧系统进行了建模；在电路仿真软件Saber中建立电源单元的等效电路仿真模型，并开展了整机联合热仿真。分别针对计量单元、控制单元、电源单元开展质量特性分析，确定关键设计参数，建立虚拟样机，采用蒙特卡洛方法模拟参数随机分布特性，从而分析在各类干扰因素影响下关键指标的质量一致性。基于测试结果，根据本标准提出的单相智能电能表多目标稳健性评价方法，对各厂家的单相智能电能表进行量化评价，得到了各厂家的单相智能电能表设计方案批次质量水平。四、标准涉及专利情况请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用本标准编制的单相智能电能表设计方案多目标稳健性评价通则，可产生如下效益：（1）减少经济损失，降低维护费用针对单相智能电能表设计方案开展仿真建模及质量特性分析、质量一致性评价，能够在源头发现潜在设计缺陷，促进单相智能电能表批次质量一致性的提升，指导制订合理的电能表轮换策略，从而降低电能表故障诊断、维修及更换带来的人力、物力费用，并有效提升其运行稳定性，减少因误差超差导致的供电企业或用电客户经济损失，避免由此导致的经济纠纷。（2）促进相关产业升级建立单相智能电能表设计方案评价对象的仿真模型，并在设计的源头开展质量一致性评价，是对现有基于产品的质量评价手段的补充，更是产品质量管控的趋势，可有力提升电能表质量管控水平；同时，可清晰定位影响产品性能的设计薄弱环节，促进我国产品设计、制造工艺、质量检测的提高，提升电能表产业的国际竞争力，为我国质量强国战略提供坚强支撑。本标准还可以推广到三相智能电能表、采集终端及其它电子产品的设计方案多目标稳健性评价工作。六、与国际、国外同类标准水平的对比情况国外无相关标准。七、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性；本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准完全保持一致。八、标准性质的重大分歧意见的处理经过和依据无。九、标准性质的建议说明本标准为推荐性标准，旨在为此类设备的出厂试验和型式试验提供规范性依据，但不强制执行。

十、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、