智能电能表软件功能的复合评测方法研究

摘要：文中旨在研究提升智能电能表型式试验中软件功能评测质量的方法，基于智能电能表的软件功能及评测现状，参照电能表型评大纲以及R46标准等对软件功能测试的要求，分析了软件功能的评测项目、功能特点和技术要求。基于直观查验和模拟测试的结合应用，设计了文档静态分析查验和技术特性动态测试交叉验证的复合式软件功能评测方法，并详细介绍复合评测策略的原理和流程。该项目的研究有益于提高智能电能表的软件功能评价质量和测试水平，对智能电能表软件功能开发领域的深入研究具有重要现实意义。

关键词：智能电能表；软件功能；复合评测；型式试验；静态查验；动态测试

Research on Composite Evaluation Method for Software Function of Smart Electricity Meters

SHEN Mingyan， CHEN Jing， LIN Jiabin， HUANG Changhao

（ Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian China ）

Abstract： The purpose of this paper is to study the methods to improve the quality of software function evaluation in the type test of smart electricity meters. Based on the software function characteristics and evaluation status of smart electricity meters， the evaluation items， functional characteristics and technical requirements of software function are analyzed by referring to the requirements of program of type evaluation of AC mounted electricity meters of electricity meters and R46 standard for software function test. Based on the combined application of visual inspection and simulation test， a compound software function evaluation method combining document static analysis inspection and technical characteristics dynamic test cross verification is designed， and the principle and process of compound evaluation strategy are introduced in detail. The research of this project is beneficial to improving the evaluation quality and testing level of the software function of smart electricity meters， and has important practical significance for the in-depth research of the software function development field of smart electricity meters.

Key Words： Smart electricity meters; Software function; Composite evaluation; Type test; Static inspection; Dynamic testing

0 引言

随着我国智能电网和物联网建设的持续推进发展，智能电能表作为智能电网的终端节点，其为贸易结算提供计量数据的电能计量核心能力得到了大幅强化，同时其应用场景也持续扩大，应用场合更加广泛。为了满足不断升级扩展的应用需求，对智能电能表的软件功能也提出了越来越多的要求，除了不断强化基础计量、显示通讯等功能外，还对需量计量、费率控制、阶梯电价、预付费、远程控制、安全保密等管理功能有了更多新的需求，需要加持物联网和大数据采集、局域网和广域网的双向通信、用电管理平台的采集和控制等功能。基于此背景下，智能电能表的软件功能设计日趋复杂、软件代码日趋庞大[1]。智能电能表的内核软件是电能表的中枢控制核心，是决定电能表能否可靠稳定工作的重要部分，因此，随着内核软件的日趋复杂，对智能电能表的软件功能的测试内容提出了更多要求，通常是软件功能的评测是按大纲或标准的规定，按项目顺序逐一测试的固定模式进行，主要采用任务式检查方式，在发现电能表软件的隐性缺陷及冲突状况方面有所欠缺，因此研究复合式软件功能评测方法有利于提高电能表的软件功能的评测质量和水平。

1 软件功能及评测现状

智能电能表软件属于嵌入式终端软件，其最为核心的功能就是计量功能、数据运算和参数存储，同时为了能够实现用电管理和负荷控制等功能，还具备显示、费率和时段、编程设置、事件记录、数据冻结、计时、通讯以及安全保护等功能[2]。由于智能电能表主要用于贸易结算的场合，使其软件要求在可信性、安全性、可靠性上具备较高级别的性能。

目前，智能电能表的软件功能评测工作还存在许多问题，评价工作还局限于任务式检查，主要侧重于对计量器具的法制功能测评和确认的验证检查，采用按项目顺序逐一测试的固定模式来进行电能表软件功能评测，同时测试人员对于标准规定的理解也不尽相同，并且部分测试人员在专业的软件评价技术理论和规范程序的知识上掌握得不够全面[3]，致使智能电能表的软件评测工作具有不全面性和不确定性，易导致电能表软件的隐性缺陷无法查出，不利于电能表整机质量的控制和检查，同时也会给电能表实际应用和用电管理的可靠性留下隐患，远未能满足智能电能表的软件功能评价目的和深层要求。

2 评价项目和要求

随着JJF 1245.2-2019《安装式交流电能表型式评价大纲 软件要求》的更新，国际建议OIML R46-1/-2：2012计量性能保护的国际市场准入要求等 [4-5]，结合我国电能表技术特点和管理要求，针对智能电能表的软件功能的评测，可根据智能电能表软件的功能性质将内核软件功能划分为计量技术和安全管理两部分[6]，包括标识、功能、参数、数据、接口和程序等方面。

计量技术部分应包括电量参数运算、时钟功能、专用参数保护、费率电能的计算、存储与冻结、费率和时段的设置、电参数和电能量的数据冻结。安全管理部分包括事件记录功能（清零、升级、校时、修改专有参数）、其他事件记录功能、软件接口、安全性、软件标识、红外、RS485、载波、无线等通信接口功能、控制、报警、费控及其他功能等。

评测要求软件功能应具备保护其计量性能的方法，具备对软件保护、参数保护以及事件记录授权访问的等级；软件标识应当明确地标识仪表法制相关软件，应能通过命令展示或通过操作显示出来；软件保护应当具备预防误操作、防止欺诈和参数保护等内容。要求包含仪表和子组件的分离，软件部分的分离，数据存储、通过通信系统传输数据（计量数据存储的完整性、真实性、法制相关数据的显示、存储容量、传输数据的完整性、真实性、密钥的保密性、不合法数据的处理），时间测量数据的保护，自动存储、数据传输（传输延时、传输中断）、时间戳，软件维护和升级，事件记录检测，软件备案和比对等内容。

3 评测方法研究

3.1 模拟评测的合理性

智能电能表软件功能评测的主要目的在于验证软件的可靠性、符合性、纠错机制和自恢复能力。由于其运行和测试需要依据特定的硬件环境，从实际工作的角度来看，电能表最终是要应用在电网上的，原则上说，交流电能表的软件功能测试应当将电能表挂入电网进行实时运行测试，这样测试才能够最真实地反应出电能表的软件功能优劣[7]。但是，这与实验室条件下进行的型式试验方法相比，存在以下几个问题：首先，这将大大延长试验周期，实时挂网运行不可能在较短的时间内查出可能存在的问题；其次，实际电网中不可能出现所有需要测试的状态，不利于对软件功能全面的检查；最后，由于电网运行状态要比实际来得更为复杂，实际用电状态的复杂性使得即使发现了问题，也不太可能知道具体的原因，难以判断软件功能的好坏。

鉴于以上观点，通常在实验室环境下，以较为理想的方式，通过典型性试验的方法，利用分解简化概括的思想，寻找简单实用的方法模拟用电现场不同用电状态[8]，来达到评估电能表软件功能的目的。

3.2 复合评价方法设计

根据上文第2部分“评价项目和要求”中对项目和要求的分析，电能表软件功能评价应对不同类型的软件要求应采用不同的测评方式来进行评价，结合软件的计量技术和安全管理的功能特点，基于直观查验和模拟测试组合应用的模式，设计了文档静态分析查验和技术特性动态测试结合应用的复合式软件功能评测方法，对电能表的软件功能进行全面评价。

3.2.1文档静态分析查验

测试人员根据完整性的文档和明确标识，如大纲技术要求、用户技术手册、电能表特殊功能、系统需求说明等，建立功能列表、关系图和文档审查单、并策划生成功能测试方案，根据文档中的文字描述和图示来评价被测电能表的功能和特性，并判定其是否不符合要求、是否存在二义性、是否存在缺陷等，文档静态分析查验流程如图1所示。

3.2.2技术特性动态测试

技术特性动态测试采用虚拟负荷模拟试验的方式进行软件技术性能评价[9]，通过功能测试，软件评价总体框图如图2所示，工控试验设备作为电功率输出源与智能电能表同步电参数，再由数据系统下发控制指令，模拟工况状态，通过监视和采集智能电能表的参数、状态、存储、告警、控制和标识等数据来进行功能性能的评价。

为了方便对电能表软件功能归类测试，其中计量技术部分主要是进行功能符合性测试，安全管理部分则包括安全和标识内容检查、通信规约一致性测试和配套硬件（模块、接口等）检查等内容，根据不同的要求分别采用不同的方式进行评测，详细应用如表1所示。

1）安全和标识内容检查：标识内容可以通过目测或比对的直观方式进行检查，如电能表软件版本、轮显或键显内容、模块版本等信息。针对预防误操作、防止欺诈和参数保护等软件保护内容，以及事件记录授权访问的等级等检查需要进行软件特性模拟测试。

2）功能符合性测试：使电能表处于正常运行状态，通过电能测试装置和计算机，依据大纲要求和使用手册要求，采用故障模拟测试的方法，通过人为设置电参数、时间和投切等方式来模拟各种实际现场用电场合，以核查各项功能是否符合要求，如电能计量功能、通讯功能、事件记录功能、数据存储功能、费率和对时功能等。采用变时加速测试方案，数据冻结可按固定规律连续下发对时命令，并相应调整工控试验装置功率输出，利用时间加速的方法连续冻结电能数据，测试电能表总电能、费率电能、需量、参数、时间等的正确性。

3）通信规约一致性测试：采用交互比对的方式，在保护计算机与电能表的良好通讯的情况下，通过改变电能测试装置的电压、电流、功率因数等参数来模拟电能表的用电情况，记录在不同的条件下的电能数据、事件记录和通讯状态，以核查与通信规约的一致情况。

4）配套硬件（模块、接口等）检查：应用重复读写测试的方式，检查具备软件功能的硬件模块是否符合要求，如载波模块、小无线模块、安全保护模块、数据加密模块、负荷控制接口等。

3.2.3复合评测策略

传统的电能表软件功能评价方式主要是任务式检查，主要采用功能查验与模拟验证并行的单线逐一测试的评价方式来进行符合性判定，评价策略框图如图3所示，此种评价方式具有程序简单、目标明确、结论清楚的特点，但是此种方式具有一定的不全面性和不确定性，对于隐性缺陷和复义性的检查有所欠缺。鉴于对传统评价方式的优化，提出电能表的复合评测策略，其原理是以功能查验-模拟验证-功能查验的检验方式，是文档静态分析查验和技术特性动态测试的交叉应用，策略框图如图4所示。首先，明确技术指标，建立对应测试方法和评估要求，设置评测项目总表和设计测试方案，并确定试验设备，包括电能测试装置（用于提供用电状态的模拟）、数据系统（用于测试数据收发）、软件测试工具（Klocwork、QAC、Polyspace、C++Test、Testbed等）及转换器与通讯线等外设装置；然后，根据测试方案应用文档静态分析查验软件功能，并针对软件功能进行分类列表，形成审查单和故障状态模拟试验表，再应用技术特性动态测试对分类别分项目实施具体测试，在测试过程中对就审查单进行交叉验证，注意测试效率、测试覆盖率和测试深度等方面的控制，试验后生成分项结果；最后，汇总分项结果并与评测项目总表进行比对确认，并利用量化评价方法评估软件功能的合理性、规范性、符合性、安全性、稳定性、可维护性等指标，最后生成电能表的软件功能综合评测报告。

3.3 关注事项

在评测过程中，为了防止误判、提高效率，并更为切合实际，需要关注以下几个方面：

1）当评测不符合或无返回时，需要及时查出问题的原因，排除干扰，重新进行测试，并进行比对验证，防止误判。

2）下发多个设置命令时，应确保命令接收成功，注意命令超时提醒，应当进行参数和状态的召测验证。

3）在进行数据冻结和事件记录测试时，应合理设计嵌套交叉测试方案，以提升测试效率，例如测试费率需量时，需要注意费率时段的切换。

4）开始新一个项目测试时，应注意电表清零设置或状态复位设置。

5）在进行预防误操作、防止欺诈和安全性等测试项目时，要注重结合电能实际使用的情况，尽量切合实际并且覆盖各个场景。

6）应根据智能电能表的应用场景，同时关注软件功能的符合性与合理性。

4 结语

智能电能表软件功能评测的初级目标只是为了验证功能是否正确运行、是否符合规定要求，其深层的目标是为了挖掘缺陷并加以修正以提升产品质量，通过合理科学的综合评测可更为有效地提前发现缺陷和冲突，上文基于综合评测的思路，详细阐述了智能电能表软件功能复合评价方法的原理和流程，能够更全面地查验电能表的软件功能的安全性、合理性和稳定性等指标，有益于提升电能表软件功能评测水平。

参考文献

[1]巨汉基，袁瑞铭，丁恒春，等. 智能电能表全生命周期质量评价方法研究[J].电测与仪表，2015（z1）.

[2]何绘宇.智能电表嵌入式软件性能测试[J].电子测试，2017（13）.

[3]宋锡强，汪萍萍，周韶园.智能电能表软件测试技术概述[J]. 电测与仪表，2014（11）：18-22.

[4]樊博，梁飞，黄吉涛，等.IR46智能电表软件白盒测试的基路径集生成方法研究[J].计算机应用与软件，2021（9）.

[5]姚力.基于OIML R46国际建议的智能电能表设计[J]."电测与仪表，2017，54（16）：95-99.

[6]黄楠.智能电表嵌入式软件性能测试与评价方法研究[D]."北京邮电大学.

[7]陆祖良.对电能表载波通信功能评价的讨论[J].电测与仪表，2010（1）.

[8]张威，张之刚，吕卓.电网智能终端中嵌入式软件系统的测试[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2013（7）.

[9]沈明炎，肖娜丽，陈静，等.智能电能表底层计量策略的设计与研究[J].市场监管与质量技术研究，2022（5）：54-56，60.

收稿日期：2023-05-15

作者简介：沈明炎，男，福建省计量科学研究院，高级工程师，国家一级注册计量师，硕士

陈" "静，女，福建省计量科学研究院，工程师，国家一级注册计量师，硕士

林家斌，男，福建省计量科学研究院，助理工程师，硕士

黄长浩，男，福建省计量科学研究院，助理工程师，硕士