摘要：文中旨在研究提升智能電能表型式試驗中軟件功能評測質量的方法，基于智能電能表的軟件功能及評測現(xiàn)狀，參照電能表型評大綱以及R46標準等對軟件功能測試的要求，分析了軟件功能的評測項目、功能特點和技術要求?；谥庇^查驗和模擬測試的結合應用，設計了文檔靜態(tài)分析查驗和技術特性動態(tài)測試交叉驗證的復合式軟件功能評測方法，并詳細介紹復合評測策略的原理和流程。該項目的研究有益于提高智能電能表的軟件功能評價質量和測試水平，對智能電能表軟件功能開發(fā)領域的深入研究具有重要現(xiàn)實意義。

關鍵詞：智能電能表；軟件功能；復合評測；型式試驗；靜態(tài)查驗；動態(tài)測試

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

隨著我國智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)建設的持續(xù)推進發(fā)展，智能電能表作為智能電網(wǎng)的終端節(jié)點，其為貿(mào)易結算提供計量數(shù)據(jù)的電能計量核心能力得到了大幅強化，同時其應用場景也持續(xù)擴大，應用場合更加廣泛。為了滿足不斷升級擴展的應用需求，對智能電能表的軟件功能也提出了越來越多的要求，除了不斷強化基礎計量、顯示通訊等功能外，還對需量計量、費率控制、階梯電價、預付費、遠程控制、安全保密等管理功能有了更多新的需求，需要加持物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)采集、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的雙向通信、用電管理平臺的采集和控制等功能?；诖吮尘跋?，智能電能表的軟件功能設計日趨復雜、軟件代碼日趨龐大[1]。智能電能表的內(nèi)核軟件是電能表的中樞控制核心，是決定電能表能否可靠穩(wěn)定工作的重要部分，因此，隨著內(nèi)核軟件的日趨復雜，對智能電能表的軟件功能的測試內(nèi)容提出了更多要求，通常是軟件功能的評測是按大綱或標準的規(guī)定，按項目順序逐一測試的固定模式進行，主要采用任務式檢查方式，在發(fā)現(xiàn)電能表軟件的隱性缺陷及沖突狀況方面有所欠缺，因此研究復合式軟件功能評測方法有利于提高電能表的軟件功能的評測質量和水平。

1 軟件功能及評測現(xiàn)狀

智能電能表軟件屬于嵌入式終端軟件，其最為核心的功能就是計量功能、數(shù)據(jù)運算和參數(shù)存儲，同時為了能夠實現(xiàn)用電管理和負荷控制等功能，還具備顯示、費率和時段、編程設置、事件記錄、數(shù)據(jù)凍結、計時、通訊以及安全保護等功能[2]。由于智能電能表主要用于貿(mào)易結算的場合，使其軟件要求在可信性、安全性、可靠性上具備較高級別的性能。

目前，智能電能表的軟件功能評測工作還存在許多問題，評價工作還局限于任務式檢查，主要側重于對計量器具的法制功能測評和確認的驗證檢查，采用按項目順序逐一測試的固定模式來進行電能表軟件功能評測，同時測試人員對于標準規(guī)定的理解也不盡相同，并且部分測試人員在專業(yè)的軟件評價技術理論和規(guī)范程序的知識上掌握得不夠全面[3]，致使智能電能表的軟件評測工作具有不全面性和不確定性，易導致電能表軟件的隱性缺陷無法查出，不利于電能表整機質量的控制和檢查，同時也會給電能表實際應用和用電管理的可靠性留下隱患，遠未能滿足智能電能表的軟件功能評價目的和深層要求。

2 評價項目和要求

隨著JJF 1245.2-2019《安裝式交流電能表型式評價大綱 軟件要求》的更新，國際建議OIML R46-1/-2：2012計量性能保護的國際市場準入要求等 [4-5]，結合我國電能表技術特點和管理要求，針對智能電能表的軟件功能的評測，可根據(jù)智能電能表軟件的功能性質將內(nèi)核軟件功能劃分為計量技術和安全管理兩部分[6]，包括標識、功能、參數(shù)、數(shù)據(jù)、接口和程序等方面。

計量技術部分應包括電量參數(shù)運算、時鐘功能、專用參數(shù)保護、費率電能的計算、存儲與凍結、費率和時段的設置、電參數(shù)和電能量的數(shù)據(jù)凍結。安全管理部分包括事件記錄功能（清零、升級、校時、修改專有參數(shù)）、其他事件記錄功能、軟件接口、安全性、軟件標識、紅外、RS485、載波、無線等通信接口功能、控制、報警、費控及其他功能等。

評測要求軟件功能應具備保護其計量性能的方法，具備對軟件保護、參數(shù)保護以及事件記錄授權訪問的等級；軟件標識應當明確地標識儀表法制相關軟件，應能通過命令展示或通過操作顯示出來；軟件保護應當具備預防誤操作、防止欺詐和參數(shù)保護等內(nèi)容。要求包含儀表和子組件的分離，軟件部分的分離，數(shù)據(jù)存儲、通過通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)（計量數(shù)據(jù)存儲的完整性、真實性、法制相關數(shù)據(jù)的顯示、存儲容量、傳輸數(shù)據(jù)的完整性、真實性、密鑰的保密性、不合法數(shù)據(jù)的處理），時間測量數(shù)據(jù)的保護，自動存儲、數(shù)據(jù)傳輸（傳輸延時、傳輸中斷）、時間戳，軟件維護和升級，事件記錄檢測，軟件備案和比對等內(nèi)容。

3 評測方法研究

3.1 模擬評測的合理性

智能電能表軟件功能評測的主要目的在于驗證軟件的可靠性、符合性、糾錯機制和自恢復能力。由于其運行和測試需要依據(jù)特定的硬件環(huán)境，從實際工作的角度來看，電能表最終是要應用在電網(wǎng)上的，原則上說，交流電能表的軟件功能測試應當將電能表掛入電網(wǎng)進行實時運行測試，這樣測試才能夠最真實地反應出電能表的軟件功能優(yōu)劣[7]。但是，這與實驗室條件下進行的型式試驗方法相比，存在以下幾個問題：首先，這將大大延長試驗周期，實時掛網(wǎng)運行不可能在較短的時間內(nèi)查出可能存在的問題；其次，實際電網(wǎng)中不可能出現(xiàn)所有需要測試的狀態(tài)，不利于對軟件功能全面的檢查；最后，由于電網(wǎng)運行狀態(tài)要比實際來得更為復雜，實際用電狀態(tài)的復雜性使得即使發(fā)現(xiàn)了問題，也不太可能知道具體的原因，難以判斷軟件功能的好壞。

鑒于以上觀點，通常在實驗室環(huán)境下，以較為理想的方式，通過典型性試驗的方法，利用分解簡化概括的思想，尋找簡單實用的方法模擬用電現(xiàn)場不同用電狀態(tài)[8]，來達到評估電能表軟件功能的目的。

3.2 復合評價方法設計

根據(jù)上文第2部分“評價項目和要求”中對項目和要求的分析，電能表軟件功能評價應對不同類型的軟件要求應采用不同的測評方式來進行評價，結合軟件的計量技術和安全管理的功能特點，基于直觀查驗和模擬測試組合應用的模式，設計了文檔靜態(tài)分析查驗和技術特性動態(tài)測試結合應用的復合式軟件功能評測方法，對電能表的軟件功能進行全面評價。

3.2.1文檔靜態(tài)分析查驗

測試人員根據(jù)完整性的文檔和明確標識，如大綱技術要求、用戶技術手冊、電能表特殊功能、系統(tǒng)需求說明等，建立功能列表、關系圖和文檔審查單、并策劃生成功能測試方案，根據(jù)文檔中的文字描述和圖示來評價被測電能表的功能和特性，并判定其是否不符合要求、是否存在二義性、是否存在缺陷等，文檔靜態(tài)分析查驗流程如圖1所示。

3.2.2技術特性動態(tài)測試

技術特性動態(tài)測試采用虛擬負荷模擬試驗的方式進行軟件技術性能評價[9]，通過功能測試，軟件評價總體框圖如圖2所示，工控試驗設備作為電功率輸出源與智能電能表同步電參數(shù)，再由數(shù)據(jù)系統(tǒng)下發(fā)控制指令，模擬工況狀態(tài)，通過監(jiān)視和采集智能電能表的參數(shù)、狀態(tài)、存儲、告警、控制和標識等數(shù)據(jù)來進行功能性能的評價。

為了方便對電能表軟件功能歸類測試，其中計量技術部分主要是進行功能符合性測試，安全管理部分則包括安全和標識內(nèi)容檢查、通信規(guī)約一致性測試和配套硬件（模塊、接口等）檢查等內(nèi)容，根據(jù)不同的要求分別采用不同的方式進行評測，詳細應用如表1所示。

1）安全和標識內(nèi)容檢查：標識內(nèi)容可以通過目測或比對的直觀方式進行檢查，如電能表軟件版本、輪顯或鍵顯內(nèi)容、模塊版本等信息。針對預防誤操作、防止欺詐和參數(shù)保護等軟件保護內(nèi)容，以及事件記錄授權訪問的等級等檢查需要進行軟件特性模擬測試。

2）功能符合性測試：使電能表處于正常運行狀態(tài)，通過電能測試裝置和計算機，依據(jù)大綱要求和使用手冊要求，采用故障模擬測試的方法，通過人為設置電參數(shù)、時間和投切等方式來模擬各種實際現(xiàn)場用電場合，以核查各項功能是否符合要求，如電能計量功能、通訊功能、事件記錄功能、數(shù)據(jù)存儲功能、費率和對時功能等。采用變時加速測試方案，數(shù)據(jù)凍結可按固定規(guī)律連續(xù)下發(fā)對時命令，并相應調整工控試驗裝置功率輸出，利用時間加速的方法連續(xù)凍結電能數(shù)據(jù)，測試電能表總電能、費率電能、需量、參數(shù)、時間等的正確性。

3）通信規(guī)約一致性測試：采用交互比對的方式，在保護計算機與電能表的良好通訊的情況下，通過改變電能測試裝置的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)來模擬電能表的用電情況，記錄在不同的條件下的電能數(shù)據(jù)、事件記錄和通訊狀態(tài)，以核查與通信規(guī)約的一致情況。

4）配套硬件（模塊、接口等）檢查：應用重復讀寫測試的方式，檢查具備軟件功能的硬件模塊是否符合要求，如載波模塊、小無線模塊、安全保護模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、負荷控制接口等。

3.2.3復合評測策略

傳統(tǒng)的電能表軟件功能評價方式主要是任務式檢查，主要采用功能查驗與模擬驗證并行的單線逐一測試的評價方式來進行符合性判定，評價策略框圖如圖3所示，此種評價方式具有程序簡單、目標明確、結論清楚的特點，但是此種方式具有一定的不全面性和不確定性，對于隱性缺陷和復義性的檢查有所欠缺。鑒于對傳統(tǒng)評價方式的優(yōu)化，提出電能表的復合評測策略，其原理是以功能查驗-模擬驗證-功能查驗的檢驗方式，是文檔靜態(tài)分析查驗和技術特性動態(tài)測試的交叉應用，策略框圖如圖4所示。首先，明確技術指標，建立對應測試方法和評估要求，設置評測項目總表和設計測試方案，并確定試驗設備，包括電能測試裝置（用于提供用電狀態(tài)的模擬）、數(shù)據(jù)系統(tǒng)（用于測試數(shù)據(jù)收發(fā)）、軟件測試工具（Klocwork、QAC、Polyspace、C++Test、Testbed等）及轉換器與通訊線等外設裝置；然后，根據(jù)測試方案應用文檔靜態(tài)分析查驗軟件功能，并針對軟件功能進行分類列表，形成審查單和故障狀態(tài)模擬試驗表，再應用技術特性動態(tài)測試對分類別分項目實施具體測試，在測試過程中對就審查單進行交叉驗證，注意測試效率、測試覆蓋率和測試深度等方面的控制，試驗后生成分項結果；最后，匯總分項結果并與評測項目總表進行比對確認，并利用量化評價方法評估軟件功能的合理性、規(guī)范性、符合性、安全性、穩(wěn)定性、可維護性等指標，最后生成電能表的軟件功能綜合評測報告。

3.3 關注事項

在評測過程中，為了防止誤判、提高效率，并更為切合實際，需要關注以下幾個方面：

1）當評測不符合或無返回時，需要及時查出問題的原因，排除干擾，重新進行測試，并進行比對驗證，防止誤判。

2）下發(fā)多個設置命令時，應確保命令接收成功，注意命令超時提醒，應當進行參數(shù)和狀態(tài)的召測驗證。

3）在進行數(shù)據(jù)凍結和事件記錄測試時，應合理設計嵌套交叉測試方案，以提升測試效率，例如測試費率需量時，需要注意費率時段的切換。

4）開始新一個項目測試時，應注意電表清零設置或狀態(tài)復位設置。

5）在進行預防誤操作、防止欺詐和安全性等測試項目時，要注重結合電能實際使用的情況，盡量切合實際并且覆蓋各個場景。

6）應根據(jù)智能電能表的應用場景，同時關注軟件功能的符合性與合理性。

4 結語

智能電能表軟件功能評測的初級目標只是為了驗證功能是否正確運行、是否符合規(guī)定要求，其深層的目標是為了挖掘缺陷并加以修正以提升產(chǎn)品質量，通過合理科學的綜合評測可更為有效地提前發(fā)現(xiàn)缺陷和沖突，上文基于綜合評測的思路，詳細闡述了智能電能表軟件功能復合評價方法的原理和流程，能夠更全面地查驗電能表的軟件功能的安全性、合理性和穩(wěn)定性等指標，有益于提升電能表軟件功能評測水平。

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收稿日期：2023-05-15

作者簡介：沈明炎，男，福建省計量科學研究院，高級工程師，國家一級注冊計量師，碩士

陳" "靜，女，福建省計量科學研究院，工程師，國家一級注冊計量師，碩士

林家斌，男，福建省計量科學研究院，助理工程師，碩士

黃長浩，男，福建省計量科學研究院，助理工程師，碩士