引言
中国智能电表在国际中低端市场占有很高的比例，与国际发达国家仍存在较大差距[1]，现有智能电表对产品的8个过程质量监督的全生命周期提供有效手段[2-3]和建立技术平台[4]，缺少全域环节的技术质量平台，严重阻碍了技术升级与节能减排的发展。随着碳达峰碳中和以AI+大数据+数字孪生+东数西算+数据共享+信息互联为核心的智能电网,电力物联感知技术的快速发展[5-7]，国家层面顶层战略目标，设计建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案（见表一），把电力行业作为主要的碳排放源之一，准确计量电能消耗与碳排放之间的关系，对于推动能源转型，优化能源结构和实现节能减排具有主要意义，因此出台了中国各省电力碳排因子下降预测值（见表二），结合我国电力调度智算中心的东数西算的建设，建设净零碳新型电力系统眉睫，智能电表及电碳计量体系作为净零碳新型电力系统中的关键设备，其性能和质量直接影响到电力系统的安全稳定运行、用户的用电体验、台区体检、配变检测、有序用电、负荷控制与识别、电能质量监测[8-9]、电碳信息自定采集、线损统计分析[10-11]、计量资产技术质量的监督审查、扩展功能与适应电碳计量体系体系的构建。智能电表的全域生命周期技术质量评价研究，旨在解决现有智能电表与美国海军电子实验室的统计提出的,在电子产品整机故障的原因中,设计问题占40%,元器件质量问题占30%、操作维护问题占20%、工艺问题占10%[12]、生产质量向全域设计质量转变[13]，减少故障造成的损失[14]从需求概念设计、技术规划、工程设计（计划、开发、验证、发布）、生产准备与持续优化的制造、安装、运行到维护、轮换等各个环节，全面评估智能电表的质量表现，确保其满足高效能、高标准的性能要求和可靠性。
该论文的结构研究设计课题、1、智能电表全域生命周期概念与关键技术系统设计；2.1、智能电表全域寿命周期技术质量监督审查管理系统设计、2.2、基于全域设计的智能电表生产技术质量系统设计与实践、2.3、基于新型电力系统下智能电表全环节技术质量服务系统评价、3、智能电表全域生命周期系统设计优化策略、4、智能电表（电碳表）对净零碳新型电力系统用电碳的计量与应用评价。
表一：碳达峰碳中和标准计量体系实施方案
1智能电表全域生命周期概念与关键技术系统设计
智能电表电碳计量是通过监测电力系统中的电能流动，并结合相关的碳排放因子，根据碳排放量=电能消费量x碳排放因子，计算出电力消费所产上升的碳排放量。电能消费量通过电能表、计量开关等设备获取，碳排放因子则取决于电力生产方式和能源结构。建设净零碳大电力系统，从智能电表全域生命周期技术质量系统的设计与评价涵盖了从基准、标准、规划、设计、制造、安装、运行到维护、轮换的每一个阶段，旨在确保电表在整个使用周期内的高性能、可靠性、稳定性及准确度。这一概念强调了智能电表技术质量管理的全域设计的全过程、全方位、全环节、系统化的设计和优化提升视角，要求在每个环节都实施严格的技术质量监督审查、控制和持续改进。为了推进新型AI大数据-大算力-大模型-新型绿色清洁（零碳）大电力系统，实现碳中和的目标和路线图。而获得绿电及清洁电力，尤其是直接接入供应的绿色电力，并且建立起净零碳新型能源管理系统，AI智算表计、电碳计量的高效能芯片是实现电碳计量的绿色智算的关键技术，为此提出智能电表(AI智算表计)全域生命周期质量关键技术方案见表三；其中AI智算表计使用算力分布式计算和云计算技术，采用 FP32精度智算用电需求的动态匹配，AI智算表计上的AI芯片由服务器上的 CPU、网卡、供电单元、存储服务器、网络交换机、CPU节点、光纤收发器和许多其他设备驱动实现数据的训练与推理智算任务。实现净零碳与大电力的调度调度和统筹。净零碳新型大电力通过虚拟电厂实现进行源网荷储碳的协同应用[15]。
表二：中国各省电力碳排因子下降预测表
设计阶段，质量评价关注电表的功能性、耐用性和环境适应性，确保设计满足未来智慧电网的扩展需求。制造过程中，通过精确的生产工艺和质量检测，保证每一台电表的出厂质量。安装阶段的质量评价则确保电表正确无误地接入电网，避免因安装不当导致的性能问题。运行阶段的质量评价是全生命周期中的核心，涉及电表的实时监控、数据分析和故障诊断，以确保电表在各种工况下的稳定运行。维护阶段的质量评价则关注电表的维护策略和周期，通过预防性维护和及时修复，延长电表的使用寿命。全域生命周期质量评价不仅提升了电表的个体性能，也为整个电网的稳定运行提供了坚实的基础。它促进了电表制造商、电力公司和用户之间的信息共享和协同工作，共同推动智能新型电网技术与双碳下的电碳效能提高技术的进步和优化[16]。
表三：智能电表(AI智算表计)全域生命周期质量关键技术与大数据云平台方案
2智能电表（电碳计量）全域生命周期质量评价途径
2.1智能电表全域寿命周期技术质量监督审查管理系统设计
设计电碳计量与智能电表全域寿命周期技术质量监督审查管理系统目的；技术质量监督管理系统从计量基准、标准体系、合格评定三方面、统一规划、组织建立、比对、和维护、补充国家电能（电碳）计量基准、考核合格建立各级电能（电碳）计量标准及智能电表（包括计量器具）相互的量值溯源与传递、相关部门对其技术指导及支持、检定、授权检定、考核与业务执行组成技术质量监督审查系统；其电能（电碳）的计量是实现单位统一、量值具有准确性、一致性、溯源性、和法制性的可靠测量；IEC、ANSI、MID、OMIL R46四大常用标准解决了单三相智能电能表设计、制造、管理、维护提供一致性的技术规则、合格评定包括检验检测和认证认可；检验检测解决智能电表质量的符合性；认证认可解决标准研制、实施、更新、实验室的认可、及智能电表的等活动主体保证能力的公允性，实现智能电表的技术指导、监督考核评价；设计建立智能电表全域生命周期的技术质量监督管理系统（见图1），其先进性、统一性、适用性性，满足了智能电表（电碳）全域生命周期管理、电网公司集中招标、坚强智能电网需求、智能电表的计量特性和功能扩展的要求、标准的最新发展。
2．2基于全域设计的智能电表生产技术质量系统设计与实践
智能电表与电碳计量全域寿命周期系统包括电能（电碳）计量基准、电能（电碳）计量标准（包括功能、技术，型式，安全认证四大规范构成）、量值溯源与传递的合格评定、全性能与抽样验收及全验收试验项目、生产安装运维供应商的绩效评价；元器件全性能、备案、比对、抽样检测的质量监督；招标前的质量监督、验收检测质量监督、仓储配送质量监督、运行中质量监督、拆回表质量监督、报废处置质量监督、技术质量监督指标管理、检定校准系统智能自动化、数字信息化质量管控、全环节服务的健康体系系统的十五个环节构成（见图1）；
图1 智能电表与电碳计量全域寿命周期系统
2.3、基于新型电力系统下智能电表全环节技术质量服务系统评价
2.3.1设计阶段质量评价
智能电表（电碳）设计阶段的质量评价中，关键在于确保产品从概念到实现的每一个环节都符合既定的质量标准和技术要求。设计规范的符合性检查是基础，它确保设计方案遵循国家和行业的相关标准，从而在源头上控制产品质量。可靠性分析则通过深入的故障模式与影响分析等方法，识别潜在的设计缺陷，预测可能的故障模式，并据此优化设计，提升产品的整体可靠性[17]。功能性能测试则是对设计方案的具体实现进行验证，确保智能电表能够满足预期的功能和技术指标，如计量精度、通信稳定性等。设计阶段的评价还应包括对材料选择、制造工艺、环境适应性等方面的综合考量，以确保智能电表在实际使用中的性能稳定性和耐用性。这一系列的质量评价活动，旨在为智能电表的全生命周期质量打下坚实的基础，确保其在后续的生产、安装、运行和维护等阶段能够表现出优异的性能和可靠性。为此我们提出了智能电表（电碳）产品生命周期管理（PLM）系统设计方案（见图2）
图2智能电表（电碳）产品生命周期管理（PLM）系统图
2.3.2生产阶段质量评价
智能电表的生产阶段，质量评价的核心在于确保产品从原材料到成品的每一个生产环节都达到预定的质量标准。生产过程控制是关键，它涉及对生产线上各个关键质量控制点的实时监控，以确保生产过程中的每一个步骤都符合既定的工艺要求和质量规范。产品一致性检验则是通过抽样检验等方式，对批量生产的产品进行质量一致性的验证，确保每一台智能电表都能达到相同的高质量水平。质量管理体系审核则是对生产企业的质量管理体系进行定期评估，确保其有效运行，能够持续提供符合要求的产品[18]。
2.3.3安装阶段质量评价
智能电表的安装阶段质量评价旨在确保设备在实际使用环境中的正确部署和功能实现。安装质量检查是基础，它涉及对安装过程的每一个步骤进行细致的审核，确保安装人员遵循既定的操作规范和技术要求，从而避免因安装不当导致的性能问题。安装环境适应性测试则是对智能电表在不同安装环境下的适应性和稳定性进行评估，确保其在各种条件下都能正常工作。安装阶段的质量评价还应包括对安装人员的资质认证、安装工具和设备的标准化管理、以及安装后的功能验证等方面的综合考量，以确保智能电表在交付使用前能够达到最佳的工作状态。这些质量评价活动共同确保了智能电表在安装阶段的可靠性，为其后续的稳定运行奠定了坚实的基础[19]。
3智能电表全域生命周期系统设计优化策略
通过对电力用户的类型、规模和用电特点进行调研、明确电碳计量的需求和目标，制定电碳计量的总体发展规划和如表三所示智能电表(AI智算表计)全域生命周期质量关键技术方案的提出上，统一基准、标准、规范、方法和数据格式，通过模块化、标准化接口、智能化生产，运行维护设计对其系统进一步优化。
3.1模块化设计
模块化设计在智能电表的全域生命周期系统中扮演着至关重要的角色。它通过将智能电表分解为若干独立的模块，每个模块负责特定的功能，从而实现设计的灵活性和可扩展性。这种设计方法允许各个模块在不影响整体系统的情况下进行升级或更换，极大地简化了维护和故障排除的过程。例如，计量模块、通信模块和用户接口模块可以分别设计，使得在技术进步或需求变化时，只需更新特定模块，而不需要更换整个设备。模块化设计还有助于提高生产效率，因为模块可以在不同的生产线或甚至不同的工厂中独立制造，然后再进行组装。这种设计策略不仅降低了成本，还加快了产品上市时间，同时确保了智能电表在长期使用中的可靠性和性能。模块化设计的核心在于其能够适应不断变化的技术和市场环境，为智能电表的全生命周期提供了可持续的优化路径。
3.2标准化接口
标准化接口在智能电表的全域生命周期系统设计中具有基础性作用。它通过定义统一的接口标准，确保智能电表能够与智能电网系统中的其他设备和组件实现无缝连接和高效通信。这种标准化不仅简化了系统集成过程，还提高了系统的互操作性和扩展性。统一的通信协议和数据格式使得不同厂商生产的智能电表和相关设备能够相互识别和交换信息，从而构建起一个开放和兼容的智能电网环境。标准化接口还有助于降低系统维护和升级的成本，因为遵循统一标准的设备更容易获得技术支持和备件供应。在设计和实施过程中，标准化接口的采用还能够促进技术创新和市场竞争，推动智能电表技术的持续进步和优化。
3.3智能化生产
智能化生产在智能电表的全域生命周期系统设计中占据着举足轻重的地位。它通过集成先进的自动化技术和智能算法，实现了生产过程的高度自动化和精细化管理。在生产线上，智能机器人和自动化设备能够执行精确的操作，减少人为干预，从而提高生产效率和产品质量的一致性。同时，数据分析和机器学习技术的应用使得生产系统能够实时监控生产状态，预测潜在的故障，并自动调整生产参数以优化性能。智能化生产还支持灵活的生产调度，能够快速响应市场变化，调整生产计划，满足多样化的需求。智能化生产还有助于减少能源消耗和环境影响，通过优化生产流程和资源配置，实现绿色制造。
4、智能电表（电碳表）对净零碳新型电力系统用电碳的计量与应用评价
通过构建电碳消费、计量资产全域生命周期、营销业务信息采集平台系统设计（见图3），构建全环节的精益化数字模型、全面量化的指标体系、标准化设计生产、运行，维护评估流程、实现智能电表（电碳表）全域寿命周期全环节服务的健康体系系统的十五个环节的状态分析。再次基础上对智能电表（电碳表）质量水平进行了评价，并根据评估结果提取影响智能电表（电碳表）质量与节能减排的关键因数，进一步对智能电表（电碳表）的寿命与电网线损率与故障进行分析和评价，识别影响智能电能表（电碳）寿命、电网故障、线损率与碳减排的关键因数。同时在智能电能表（电碳）全域寿命周期的基础上，设计开发了智能电表全域寿命周期技术质量管理评价系统，可实现智能电能表（电碳）全域寿命周期管理中的状态分析、质量分析、寿命评价、供应商评价、基准标准与检验检测安全认证的更新、比对、补充、维护、量值传递与溯源，电网与电碳表的综合体检、相关展示等功能。实现了有序电碳消费通过智能电表（电碳表）对净零碳新型电力系统用电碳的计量与评价，电能节能与碳的减排，源网荷储碳的精确规划、互动与配置。
智能电能表（电碳表）全域寿命周期管理系统构建了智能电能表（电碳表）全域寿命预测模型，细化智能电能表（电碳表）表龄、库龄、及电网线损、碳排管理，开展智能电能表（电碳表）多维度健康度、质量分析与寿命预测，通过对智能电表（电碳表）表龄、库龄的定义，实现智能电能表（电碳表）全域寿命周期管理时间跨度的细分，在此基础上对智能电表（电碳表）健康度、质量分析模型产生的数据，从资产寿命进行建模分析，在智能电表（电碳表）寿命标杆值与现状寿命比较分析基础上，进行智能电表（电碳表）寿命分析及评价，分析影响单一智能电表（电碳表）和批次智能电表（电碳表）寿命、线路线损、碳减排折损的主要原因。
图3电碳消费计量资产全域生命周期、营销业务信息采集平台系统设计示意图
智能电表（电碳表）全域生命周期管理系统实现智能电表（电碳表）全域生命周期各个环节信息的可观、可测及技术质量管理问题预警，及及时发现并消除智能电表（电碳表）设计、管理、运营、维护、电网停电主动上报、时钟精准管理、台区与相位拓扑识别、ID统一标识与档案同步、调配、通讯性能和网络优化、台区体检、远程开户充值、有序用电与负荷控制的漏洞和缺陷，切实提升智能电表（电碳表）、净零碳智能电网管理的细度和效率。
在全面实施智能电表（电碳）产品生命周期管理（PLM）系统后，取得了一下成效；
（1）实现直接材料成本节省10%-15%；开发成本降低20-30%，库存流转率提高30%-50%，提高生产效率35%-75%,进入市场时间加快255-65%,降低制造成本25%,用于质量保证方面的费用减少25%-35%.
（2）通过实时监测电表电量计量准确性、电压电流波动、设备温度等运行参数，提前发现了多起潜在故障。分析预测电表的寿命和预防性维护，大大降低了电表故障率，提高了供电可靠性和提升了用户满意度。
（3）在城市化的智能电网建设中，引入了先进的智能电表寿命周期管理方案。利用物联网技术实现电表数据的远程采集和传输，结合大数据分析，对电表的运行状况进行全面评估。根据寿命预测结果，合理安排电表的轮换计划，避免了因电表老化导致的计量误差和安全隐患。此外，通过对电表数据的深度挖掘，为城市的电力规划和负荷预测提供了有力支持
（4）工业园区内的企业通过智能电表全域寿命周期管理，实现了对各个企业电表的精细化管理。及时发现企业的异常用电行为，加强了电力资源的合理分配和监管。基于寿命周期的成本分析，优化了电表的采购和维护策略，降低了整体运营成本。同时，利用数据分析为企业提供能效优化方案，促进了园区的节能减排。
再次基础上进一步构建完善智能电表（电碳表）供应商、基准标准、研发设计、生产、运营维护的技术质量评价体系，客观评价其质量，促进其有针对性改进技术质量供应的技术水平，提升其技术实力，实现智能电表（电碳表）管理效率、产品质量、企业成本的互动与平衡,实现了基于人工智能大数据孪生的智能电碳计量的关键技术质量评价，在净零碳新型电力系统中以虚拟电厂形式进行源网荷储碳一体的深化应用。
结束语
智能电表(电碳表)全域生命周期质量评价研究是一个系统工程，它要求我们在理论与实践相结合的基础上，构建一个全面、科学、高效的技术质量评价体系。通过本研究，设计了一套系统的技术质量评价方法和工具，旨在帮助基准标准单位、电力公司和制造商更好地监控和管理智能电表(电碳表)的质量，通过提高电表（碳；）运行可靠性，减少停电事故，提升用户满意度；优化智能电表(电碳表)维护计划，延长智能电表(电碳表)使用寿命，降低维护与采购成本，通过对全域电碳表全生命周期成本故障健康度的分析，为设计、采购、维护、轮换等决策提供优化方案，提升电力公司的管理效率和决策水平；从而提升整个电力系统的服务质量和运行效率，降低运营成本、优化能源利用等方面的显著成效。为建立科学、准确、可靠、稳定的电碳计量体系和净零碳大电力系统提供技术支持与参考。
参考文献
[1] 王思通，周辉，袁瑞明，等.智能仪表的概念与应用[J].PowerSystem Technology，2010,34（4）：17-23
[2]薛阳，杜新刚，张鹏和，等.不同行业电能表故障与区域气候负荷关系研究[J].电力，2015,50（8）：98-105
[3]苏慧玲，王忠东，蔡启新，等.智能电表大规模自动测试关键技术[J].电力，2016,49（6）：126-131
[4]曹俊伟，袁忠达，明阳阳，等.能源互联网大数据分析技术综述[J]。南方电力系统技术，2015，9（1 1）：1-12
[5]刘振亚，智电网技术[M] .北京：中国电力出版社,2010..
[6]张东霞，苗新，刘丽平，等.智能电网大数据非技术发展研究[J].中国电机工程学报，2015,35（1）：2-12..
[7]张文亮，刘状志，王明俊，等.智能电网考的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009,33（13）:1-11.
[8]聂晓华,一种基于卡尔曼滤波的电能质量扰动检测新方法[中国电机工程学报,2017,37(22):6649-6658,6777.
[9]黄建明,瞿合祚,李晓明,基于短时傅里叶变换及其谱峭度的电能质量混合扰动分类[J1.电网技术,2016,40(10):3184-3191.
[10]张恺凯,杨秀媛,卜从容,等,基于负荷实测的配电网理论线损分析及降损对策[.中国电机工程学报,2013,33(S1):92-97.
[11]钟小强,陈杰,蒋敏敏,等,基于深度学习的台区线损分析方法[J].电网技术,2020,44(2):769-774.
[12]刘永光,谭赣江,刘型志,等.基于域自适应的二屏电能表显示屏质量检测方法[J].电力系统保护与控制，2022，50(23):180-186.
[13]杨方.面向产品质量改进的多目标稳健性设计优化[D].青
岛:青岛大学，2010.97
[14]代燕杰,荆臻，孙永全.基于多源信息融合的智能电能表质量综合评价方法[J].戴艳洁，景贞，孙永泉。基于多源信息融合的智能电表综合质量评价方法[J]哈尔滨理工大学学报，2023，28(2):34-42.
[15]温克环，黄怀东，李维华，等.基于云平台的智能计量系统的典型设计与应用。电气测量与仪表.2016.53（5）：118-123
[16]胡小慧.基于智能电网中数据聚合点选派的电表网络拓扑控制研究[D].福建工程学院,2022.
[17]李若茜,肖霞,梅能,等.基于Bayes和Bootstrap方法的智能电表可靠性评估[J].南方电网技术,2022,16(03):76-81.
[18]乔舒雅.智能电表嵌入式软件可维护性度量方法研究[D].中国计量大学,2021.
[19]陈广,陈少兵,李泽坤,等.现代供应链中面向智能电表质量的大数据分析技术研究[J].自动化与仪器仪表,2021,(05):180-183+188.
