本發(fā)明涉及一種智能電能表可靠性預(yù)計云服務(wù)平臺，是一種基于智能電能表可靠性預(yù)計業(yè)務(wù)的服務(wù)平臺，采用元器件應(yīng)力法預(yù)計智能電能表的整表可靠性、模塊級可靠性，可以在產(chǎn)品研制的早期階段向設(shè)計人員指出設(shè)計中主要的元器件失效率問題，以便為產(chǎn)品的設(shè)計或改進提供合理的依據(jù)，并為智能電能表可靠性增長及驗證試驗提供依據(jù)。

背景技術(shù)：

根據(jù)國家智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，到“十三五”，要實現(xiàn)智能電網(wǎng)“信息化、數(shù)字化、自動化、互動化”，實現(xiàn)電力計量“全覆蓋、全采集、全費控”，建成覆蓋全部用戶、采集全部用電信息、支持全面電費控制的采集系統(tǒng)。智能電能表作為智能電網(wǎng)的采集終端，是采集系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的組成部分，在電網(wǎng)中扮演著非常重要的角色。

隨著智能電能表的廣泛應(yīng)用，其功能和結(jié)構(gòu)的復雜程度也逐漸提高，產(chǎn)品可靠性逐漸成為衡量電能表質(zhì)量的重要指標。近幾年，電力公司在招標文件和規(guī)范中要求制造單位提供電能表可靠性預(yù)計報告和MTTF（平均失效前時間）不少于10年的可靠性檢測報告，因此有必要對可靠性這個制約智能電能表產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的重要因素做出科學的評估。

當前，產(chǎn)學研用各方都在高度關(guān)注和收集產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)，并基本認同采用“元器件應(yīng)力分析法”進行可靠性預(yù)計。但因技術(shù)方案太多、數(shù)據(jù)過于分散，始終無法形成統(tǒng)一的模型和算法。由此，建立一種智能電能表可靠性預(yù)計云服務(wù)平臺，對智能電能表整表可靠性數(shù)據(jù)和關(guān)鍵元器件可靠性數(shù)據(jù)進行集成、整合、分析，成為迫切需要解決的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)工作。

依據(jù)IEC 62059-41《電能計量設(shè)備可信性-第41部分可靠性預(yù)計》的基本設(shè)想：系統(tǒng)各組成部分同等重要，任何一部分的失效都假定將會引起系統(tǒng)的失效，據(jù)此，建立智能電能表可靠性預(yù)計模型。

智能電能表可靠性預(yù)計模型包括物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)兩部分。其中物理結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)的基本層次，邏輯結(jié)構(gòu)描述了產(chǎn)品功能劃分。智能電能表物理結(jié)構(gòu)一般可分為系統(tǒng)、單元、元器件三層結(jié)構(gòu)。而其邏輯結(jié)構(gòu)則需要跟據(jù)功能和電路原理圖進行模塊劃分得到。

根據(jù)可靠性模型可知，所預(yù)計產(chǎn)品的模塊間及模塊內(nèi)元器件均為可靠性串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各模塊的壽命分布均為指數(shù)分布時，系統(tǒng)的壽命也服從指數(shù)分布，系統(tǒng)的總失效率λs 為各模塊的失效率之和，數(shù)學模型表示如下：

元器件失效率預(yù)計模型為：

λ_P=λ_bПπ_i

式中：

λ_P——工作失效率的預(yù)計值；

λ_b——基本失效率；

π_i——分別為影響失效率的質(zhì)量因子、環(huán)境因子、溫度因子、電應(yīng)力因子等一系列修正系數(shù)。

系統(tǒng)的可靠性數(shù)學模型為：

λ_S=ΣΣλ_Pij

式中：

λ_S—— 總失效率；

λ_Pij—— 第i個模塊單元第j個元器件的工作失效率；

MTTF指產(chǎn)品發(fā)生故障之前的平均工作時間，稱為平均無故障工作時間：

MTTF=1/λ_S。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有條件下智能電能表可靠性預(yù)計水平的不足，本發(fā)明提供了一種智能電能表可靠性預(yù)計云服務(wù)平臺，進行智能電能表技術(shù)方案、整表可靠性數(shù)據(jù)和關(guān)鍵元器件可靠性數(shù)據(jù)的集成、整合、分析和管理，通過建立云平臺服務(wù)模式，面向本行業(yè)產(chǎn)學研用各方及檢測機構(gòu)提供電能表可靠性數(shù)據(jù)和預(yù)計服務(wù)。

本發(fā)明提供了一種智能電能表可靠性預(yù)計云服務(wù)平臺，其特征在于：它包括內(nèi)部使用模塊1、元器件可靠性預(yù)計模塊19、電能表劃分模塊27、外部使用模塊37、系統(tǒng)可靠性預(yù)計43。

本發(fā)明的特征還在于：所述的內(nèi)部使用模塊1由元器件清單導入模塊2、初級計算員計算終端3、高級計算員計算終端4、電能表可靠性預(yù)計電子服務(wù)平臺5、云平臺應(yīng)用服務(wù)器6、可靠性預(yù)計報告自動生成系統(tǒng)7、系統(tǒng)管理員8、統(tǒng)計分析系統(tǒng)9、元器件承受應(yīng)力條件10、元器件清單11、內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12、數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)13、元器件級失效率計算單元14、元器件信息總庫15、云平臺存儲系統(tǒng)16、電能表模塊級失效率計算單元17、電能表整表級失效率計算單元18組成。

本發(fā)明的特征還在于：所述的元器件可靠性預(yù)計模塊19由元器件工作失效率λ_P計算單元20、元器件通用失效率λ_G計算單元21、元器件基本失效率λ_b計算單元22、環(huán)境系數(shù)π_E計算單元23、元器件質(zhì)量等級π_Q計算單元24、溫度應(yīng)力系數(shù)π_T計算單元25、電應(yīng)力系數(shù)π_S計算單元26組成，但不僅僅局限于本條所描述的計算單元，還會根據(jù)其他元器件的要求增加新的計算單元。

本發(fā)明的特征還在于：所述的電能表劃分模塊27由電能表模塊劃分單元28、電能表模塊29組成。

本發(fā)明的特征還在于：所述的電能表模塊29由采樣計量單元30、按鍵顯示單元31、功能控制單元32、電源單元33、載波單元34、費控單元35、通信單元36組成，但不僅僅局限于本條所描述的電能表劃分單元，還會根據(jù)電能表的要求增加新的電能表劃分單元。

本發(fā)明的特征還在于：所述的外部使用模塊37由外部網(wǎng)絡(luò)38、電能表設(shè)計人員使用終端39、電能表設(shè)計人員使用終端40、電能表設(shè)計人員使用終端41、電能表設(shè)計人員使用終端42組成，但不僅僅局限于本條所描述的電能表設(shè)計人員使用終端，還會根據(jù)電能表設(shè)計人員的要求增加新的電能表設(shè)計人員使用終端。

本發(fā)明的特征還在于：所述的系統(tǒng)可靠性預(yù)計43由半導體微電路44、半導體分立器件45、電阻器46、電位器47、電容器48、感性元件49、繼電器50、開關(guān)51、旋轉(zhuǎn)電器52、磁性器件53、諧振器和振蕩器54、濾波器55、其他元件56組成，但不僅僅局限于本條所描述的元器件名稱，還會根據(jù)電能表的要求增加新的元器件名稱。

本發(fā)明的特征還在于：所述的內(nèi)部使用模塊1的元器件級失效率計算單元14分別與元器件承受應(yīng)力條件10、元器件清單11、元器件信息總庫15、元器件可靠性預(yù)計模塊19的任意計算單元、系統(tǒng)可靠性預(yù)計43中的任意元器件相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的元器件承受應(yīng)力條件10除了與元器件級失效率計算單元14連接外，還與高級計算員計算終端4相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的元器件清單11除了與元器件級失效率計算單元14連接外，還與元器件清單導入模塊2相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的元器件清單導入模塊2除了與元器件清單11連接外，還與初級計算員計算終端3相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的初級計算員計算終端3除了與元器件清單導入模塊2連接外，還與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的高級計算員計算終端4除了與元器件承受應(yīng)力條件10連接外，還與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的電能表可靠性預(yù)計電子服務(wù)平臺5分別與系統(tǒng)管理員8、內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的云平臺應(yīng)用服務(wù)器6分別與可靠性預(yù)計報告自動生成系統(tǒng)7、統(tǒng)計分析系統(tǒng)9、內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的元器件信息總庫15除了與元器件級失效率計算單元14連接外，還與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的電能表模塊級失效率計算單元17分別與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12、電能表模塊29中的任意電能表劃分單元相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12分別與初級計算員計算終端3、高級計算員計算終端4、電能表可靠性預(yù)計電子服務(wù)平臺5、云平臺應(yīng)用服務(wù)器6、數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)13、元器件信息總庫15、云平臺存儲系統(tǒng)16、電能表模塊級失效率計算單元17、電能表整表級失效率計算單元18相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)13除了與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12連接外，還與外部使用模塊37的外部網(wǎng)絡(luò)38相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的電能表模塊劃分單元28分別與采樣計量單元30、按鍵顯示單元31、功能控制單元32、電源單元33、載波單元34、費控單元35、通信單元36中的任意電能表的模塊相連接；

本發(fā)明的特征還在于：所述的外部網(wǎng)絡(luò)38除了與內(nèi)部使用模塊1的數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)13連接外，還與外部使用模塊37的電能表設(shè)計人員使用終端39、電能表設(shè)計人員使用終端40、電能表設(shè)計人員使用終端41、電能表設(shè)計人員使用終端42相連接。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

在圖1中，本實施例中的一種智能電能表可靠性預(yù)計云服務(wù)平臺包含內(nèi)部使用模塊1、元器件可靠性預(yù)計模塊19、電能表劃分模塊27、外部使用模塊37、系統(tǒng)可靠性預(yù)計43。

所述的內(nèi)部使用模塊1的主要功能包括：智能電能表元器件級、模塊級和整表級的失效率計算。

所述的元器件可靠性預(yù)計模塊19用于提供各種失效率的計算方法及計算公式給內(nèi)部使用模塊1的元器件級失效率計算單元14。

所述的電能表劃分模塊27用于對智能電能表進行功能模塊劃分，建立串聯(lián)可靠性模型，并將劃分的電能表模塊提供給內(nèi)部使用模塊1的電能表模塊級失效率計算單元17，用于計算模塊失效率。

所述的外部使用模塊37用于向電能表設(shè)計人員提供智能電能表可靠性預(yù)計服務(wù)。

所述的系統(tǒng)可靠性預(yù)計43按照元器件的種類向內(nèi)部使用模塊1的元器件級失效率計算單元14提供失效率預(yù)計模型。舉例如下：

單片集成電路的進口單片集成電路，其工作失效率預(yù)計模型為：

λ_P=(C₁π_T+C₂π_E)π_Q

單片集成電路的國產(chǎn)單片集成電路，其工作失效率預(yù)計模型為：

λ_P=π_Q(C₁π_Tπ_V+(C₂+C₃)π_E)π_L

半導體分立器件的進口二極管、晶體管，其工作失效率預(yù)計模型為：

λ_P=λ_bπ_Eπ_Qπ_Tπ_S

半導體分立器件的國產(chǎn)二極管、晶體管，其工作失效率預(yù)計模型為：；

λ_P=λ_bπ_Eπ_Qπ_Aπ_S2π_Rπ_C

初級計算員在所述的初級計算員計算終端3上登錄，通過元器件清單導入模塊2將智能電能表的元器件清單整理成智能電能表可靠性預(yù)計服務(wù)平臺可以識別的元器件清單11，并提供給元器件級失效率計算單元14。

高級計算員在所述的高級計算員計算終端4上登錄，將元器件承受應(yīng)力條件10提供給元器件級失效率計算單元14。

所述的元器件級失效率計算單元14用于計算元器件清單11中的每個元器件在不同應(yīng)力條件下的失效率，并將計算結(jié)果保存至元器件信息總庫15。

所述的元器件信息總庫15通過內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12將智能電能表涉及到的全部元器件在不同應(yīng)力條件下的失效率計算結(jié)果保存至云平臺存儲系統(tǒng)16。

所述的云平臺存儲系統(tǒng)16用于集成智能電能表可靠性預(yù)計服務(wù)平臺內(nèi)部的數(shù)據(jù)，包括部署存儲服務(wù)、存儲電能表信息、索引文件、元器件失效率、模塊失效率及整表失效率等數(shù)據(jù)。

所述的系統(tǒng)管理員8通過電能表可靠性預(yù)計電子服務(wù)平臺5與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接，負責管理內(nèi)部使用模塊1中的各模塊的使用權(quán)限。

所述的統(tǒng)計分析系統(tǒng)9通過云平臺應(yīng)用服務(wù)器6與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12相連接，負責統(tǒng)計分析元器件級失效率、電能表模塊級失效率、電能表整表級失效率的計算結(jié)果。

所述的電能表模塊級失效率計算單元17根據(jù)智能電能表可靠性數(shù)學模型計算電能表模塊29的各個電能表劃分單元的失效率，并通過內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12將結(jié)果保存至云平臺存儲系統(tǒng)16。

所述的電能表整表級失效率計算單元18根據(jù)智能電能表可靠性數(shù)學模型計算電能表整表的失效率，并通過內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12將結(jié)果保存至云平臺存儲系統(tǒng)16。

所述的可靠性預(yù)計報告自動生成系統(tǒng)7與云平臺應(yīng)用服務(wù)器6相連接，生成可靠性預(yù)計報告，包括：元器件可靠性預(yù)計結(jié)果、各模塊可靠性預(yù)計結(jié)果和整表可靠性預(yù)計結(jié)果。

所述的數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)13提供標準的接口，分別與內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)12、外部網(wǎng)絡(luò)38進行信息的交互。

本發(fā)明采用服務(wù)平臺方式構(gòu)建智能電能表可靠性預(yù)計系統(tǒng)，將不同級別的用戶、不同類別的資源進行系統(tǒng)的整合，計算出智能電能表的元器件級、模塊級、整表級失效率等可靠性數(shù)據(jù)，從而形成標準的可靠性預(yù)計系統(tǒng)，對于工程人員提高智能電能表的設(shè)計可靠性有很大幫助，與傳統(tǒng)的可靠性預(yù)計手工模式相比有很大的優(yōu)越性。