学习兰吉尔高品质电表开发经历，推动国产高质量智能电能表出口世界高端电表商场（续）— 兰吉尔开发的AMI：“Grid stream”解读
我国现代电网量测技能渠道
张春晖
2022年3月3日
本文《学习兰吉尔高品质电表开发经历，推动国产高质量智能电能表出口世界高端电表商场》（续）是全文的3和4部分。
3、兰吉尔开发的AMI：“Grid stream”解读
导言
— 世界上，AMI产品开展进程
•2006年，世界上初次由美国联邦动力方针委员会界说了AMI概念。AMI是一个全面可装备具有双向通讯功用的高档计量基础设备，并集成于现在和未来的智能电网和运转进程。
•2007年，兰吉尔首先将AMI（Grid stream）产品面向欧美商场，并和首款E350型高质量智能电表配套运用。其间，在美国的AMI试点工程，选用RF（射频）无线网络技能；在欧洲的AMI试点项目，选用Prime、G3窄带（快速）电力线载波网络技能。
•2016年，兰吉尔开宣布网格路由器。
•2019年，兰吉尔与（日本）东京电力公司协作布置2000万只智能电表的AMI(Grid stream)工程，选用Wi-SUN网状网络通讯协议。
•2019年，兰吉尔获签香港中华电力公司AMI续约合同，包含290万只智能电表和Grid stream AMI渠道。
•2021年，兰吉尔收买（土耳其）Luna公司，使兰吉尔取得相当大的土耳其商场份额，包含现在没有发动的AMI事务时机。
•2021年，兰吉尔在全球已成功设备和运转1000多套兰吉尔智能计量办理体系 ，3亿只兰吉尔计量外表和150万只负控终端。
可见，兰吉尔的AMI（Grid stream）和智能电表全体推行运用技能比较老练，为世界高端电表商场承受。
— 国内
•2009-2018年，国网全面推动智能电表运用和用户用电信息收集体系（首要功用是AMR-主动读表 体系）建造；出口的大型国产智能电表项目，首要配套AMR体系规划和运用。
•现在，国内没有看到有关世界上先进AMI项目产品 的具体报导，包含体系硬件、软件结构，指令中心和双向通讯功用等。
— 2012年12月，兰吉尔（珠海）公司在珠海市安排兰吉尔AMI
本部分内容摘自兰吉尔AMI
1）Grid stream RF（射频）网络概述
兰吉尔开发的AMI给出一个专有称号：“Grid stream”，可译为网格/网络潮流。
— 兰吉尔Grid strean（运用）解析
兰吉尔AMI（运用）构成，包含：指令中心（Command center）+收集通讯设备（收集器、ZigBee赋能终端、路由器）+运用功用（负荷操控、分布式电站、程序化温度主动调理器、混合动力轿车充电站）+共用事业部分。
— 为何选用Grid stream RF（射频）通讯？— 特别性
•安全性，正在成功运作
兰吉尔成功运用的AES 256位编码，在（美）得克萨斯州进行运用环境曲线的现场实验检验。这是该编码初次运用于工业用户的双向AMI体系产品【注：AES ，（美）高档加密规范】；
•微操作体系，可在中止负荷下作业；
•配电主动化，支撑多用途设备运作
Grid stream 支撑9种不同设备类型，逾越13类不同设备制造业产品；
•家庭网络（HAN），衔接到耗电器
可在线批改的一个内部运作程序，扩展用于断定第三通路设备的功用。这在该体系的工业用户是初次运用；
•通过17M个终端，堆集起的办法和经历；
•商场先进电能表渠道，“FOCUS AXSD”型智能电表是精品，适用于AMI的推行运用和机会或逾越一切的需求。
— 依据灵敏的规范和可标度的架构，适用于附近网络、配电网络、广域网络、起点体系。
一是，收集器
收集器设置在网络的进口和出口。它定位在变电站或其它安全的当地，支撑14000只电能表，具有4个射频通讯衔接通道。其技能要害：
•GPRS 2G/3G/4G；
•WiMAX（注：WiMAX，全球微波接入互操作性，又称IEEE 802.16规范）；
•Fiber（注：纤维通讯）；
•Satellite（注：卫星通讯）；
•IP 460 kbps或更高的优选回来速率（注：IP，世界互联网协议）；
•460kbps接纳速率；
•IP。
二是，路由器
（注：路由器是供给更高层LAN-
路由器为网络添加速率和经济性。它是AMI和配电主动化一部分；设备20分钟，免修理7年；农村地区能够选用。其技能要害：
•RF 902-928 MHz FHSS （注：FHSS，跳频技能）；
•86个通道；
•115 kbps；
•DNP 3.0 （注：DNP-分布式网络規约，由IEEE提出，是一种运用于主动化组件之间的通讯协议）；
•IEC61850（注：IEC61850，《变电站通讯网络与体系》系列规范。
三是，终端，其技能要害：
•RF 902-928 MHz FHSS；
•86个通道；
•115kbps；
•ANSI C12.19（注：ANSI ，美国国标；C12.19 ，共用事业工业终端设备数据表）；
•智能电能曲线。
四是，指令中心，其技能要害：
•网络办理；
•实时报警和确诊；
•Oracle or SQL Server（注：Oracle ，甲骨文公司-全球最大的信息办理软件及服务供货商） ；SQL Server，联系型数据库办理体系）；
•XNM Web Services（注：XML，扩展置标言语，可用于不同的渠道和言语的言语；Web，全球广域网）；
•IEC61790-CIM 【注：IEC61790，能量办理体系运用程序接口规范（ EMS-API）；其间的CIM ，公共信息模型接口規范】；
•IEC61968 Part 9（注：IEC 61968-9，电力运用归纳. 配电办理体系接口 ，第9部分：外表读数和操控）；
•许多説话功用。
— 柱状形RF网络运作成功，在于自界说格局、智力路由、容错才能 。
一是，Grid stream RF网络是牢靠的。其供给的功用，习惯共用事业部分对用户线路办理的需求和严厉要求。
•每日99.5%时限内读数，逾越20 M只外表；
•4M+操作体系批改，悉数通过空间；
•10k+指令，每日在根本用户中完结运用。
二是，信息传输
•信息包装在内部Grid stream RF “封装”内，通过网络传输；
•信息主动路由，通过网络并按原始格局发送给收信人。
三是，Grid stream 信息序列
第8款•修理包；
第7款•备用；
第6款•DA/SCADA操控，安全，DA/SCADA 中止（注：DA，配电主动化；SCADA ，数据收集与监控体系）；
第5款•负荷操控/家庭网络/需求呼应，播送，电池、发电设备信息，硬复位，衔接/断开，时刻同步，DA/SCADA数据；
第4款•中止/康复：数据，报警；
第3款•DCW批改，RF注册，发动按键 （PUSH），组合更改，用户集团，设置广域网/注册承认（注：DCW，恒温主动调理器）；
第2款•操作体系批改；
第1款•恳求，读：收集指令；
第0款•外表推出数据，信息报警，网络数据。
四是，Grid stream-附近网络作业原理
•自界说格局：
终端作业掩盖附近网络；
终端通讯开发。
•智力路由
终端，附近网络列表；
预先安排链路，首要是RSSI，可获量，层次（注：RSSI ，接纳信号强度指示，用来断定链接质量）。
•容错。
五是，网络还能够主动的批改和康复
•自界说格局
终端掩盖附近网络；
终端通讯开发。
•智力路由
终端，附近网络列表；
预先安排链路，首要是RSSI，可获量，层次。
•容错
终端选定切换分支途径；
负荷平衡。
六是，停电
停电信息，一致发生于每只外表优选的信息答应量。
七是，电力康复
99%的来电信息，在10分钟内收到。
2）指令中心
一是，指令中心：选用多类技能，适用许多共用事业部分，其特征：
— 改造，灵敏和安全
•模块化软件结构和开展；
•网络办理和核算；
•商场先进的安全东西；
•标度有用办理到3.5 百万台设备。
— 渠道集成和规范引导
•集成系列：IEC 61968 CIM 第2版（注：IEC61968 ，电力运用归纳.配电办理体系接口规范；MIC， 公共信息模型接口規范）；
•契合实验和验证，多个说话的开展要求；
•ANSI C12.22，IP寻址（注：ANSI C12.22，《数据通讯网络接口衔接用协议規范》）；
•NSA系列B安全加密算法（ECC/AES）【注：NSA系列B，美国国家安全局（NSA)加密算法，高安全性；ECC/AES，混合加密算法，其间，ECC算法是AES加密算法的密钥】
— 习惯商场需求
•Oracle 11G 的资质（注：Oracle 11G，甲骨文公司推出的数据库软件）；
•继续支撑 PLC，RF网络，或两者混合（注：双模）；
•支撑工业广域计量电力渠道；
•传送许多共用事业部分的计量需求。
— 软件渠道的规划，顾及增加和延伸的需求。
二是，中心渠道单元，包含：
— Grid stream软件渠道，衔接下列单元；
— 外表显现屏：事情，差错和报警陈述：
•在外状况的处理；
•查看事情和报警表；
•汇总每项判别的事情和报警；
•查看报警，事情和差错的具体状况。
— 在外状况的陈述：（略）；
— 空间显现
•网络和外表图的显现；
•路途和地域看察；
•停电标志；
•分支途径显现。
— 邮件报警
— 记载/查看
•渠道记载和查看（体系）功用。
三是，Grid stream 指令中心软件渠道
— 巨大的设备（信息）依据任一习惯网络外表渠道供给的许多契合下列高水平功用：
•智能外表办理；
•网络办理；
•陈述，记载：事情和报警；
•调度现场设备；
•渠道安全。
— 还加上先进的智能电网赋予的功用：
•集成系列（适配器和准确定位指示）功用；
•供给剖析和事务情报；
•先进的安全软件（）；
•家庭网络软件（）；
•集成预付费解决计划；
•电网办理（配电主动化）软件（）。
— 每天，有400家用户运用指令中心。
四是，Grid stream （体系）解决计划结构
— （用户侧）：收集器和终端-防火墙；
— 有用IP单元；
— 开关，衔接下列设备：
•在线初级有用UV Web服务器-环境采样/-有用IP单元（注：UV Web，轻量级、支撑高并发的网关接口 Web 服务器）；
•初级运用服务器+备用运用服务器（2台）；
•数据库服务器-HBA 纤维通道-现场 SAN 存储器（注：HBA ，主机总线适配器；SAN，存储区域网络）；
— 通道查看 UV Web 服务器-有用IP单元；
— 第三方用户接口/MDMs-单次SSL Jcerts交流-有用IP单元（注：MDM，移动设备办理；SSL，固态激光）。
五是，指令中心功用
— 收集数据：Grid stream的要害使命是从智能外表和AMI体系收集原始丈量数据。
— 外表显现屏简化体系丈量。
— 运用剖析挑选
•每日耗用量；
•运用时刻间隔；
•服务前史。
— 网格查看用嵌入图。
— 网络和外表/终端办理。
•路由器和收集器办理；
•终端办理；
•读数核算；
— Grid stream归纳序列
•动态数据：Grid stream归纳序列的要害使命是动态丈量数据办理，即从HES到每个MDM（移动设备办理），或从运用智能终端和运转的技能更改指令体系的任一数据；
•扩展Web服务程序库；
•在线归纳攻略；
•主动售货机内部运作实验设置。
3）弥补件
鉴于兰吉尔的AMI(Grid stream)
— 弥补之一：家庭网络的功用需求
现代家庭网络的功用需求是多方位的，首要有：
•家庭动力办理 ，包含实时显现动力运用量和价格信息；对电价进行反应；设备能耗或负荷操控峰值；主动调理负荷；通过与配电网进行交互，最大极限下降能耗。
•家庭用电安全、燃气安防的监测、报警与主动操控。
•家庭环境温度、湿度监测、报警与操控。
•用户分布式光伏电站、储能设备并网监测与操控。
•用户电动轿车充放电监测与操控等。
— 弥补之二：典型规划事例—以ZigBee技能构建家庭节能网络
本部分内容摘自罗钧玲、杨冠鲁《依据AMI
— 家庭智能用电体系概述
家庭用电与AMI最重要的相关是双向信息交互。将智能电表信息收集出来，经由多种途径显现并通过家庭无线网络，依照预订規划，主动操控家用电器运转。智能电网的家庭终端，能完结此类智能化节能运作。
— 家庭节能网络的首要构成
•选用ZigBee无线网络通讯。现在，短间隔无线通讯首要有红外、蓝牙、WiFi以及ZigBee 技能。其间，红外、蓝牙技能遭到传输间隔约束，WiFi对技能要求过高 ，都不适用；选用ZigBee技能，依据IEEE802.15.4 规范，单个节点的有用掩盖规模为10-75m，比较适宜。
•电表信息读取：单片机与智能电表衔接，可选用RS485总线 ，ZigBee选用RS232 ，两者之间需求有一个RS485/232转换器。
•耗能信息的显现：用电量信息经由单片机收集后 ，传输到终端ZigBee，经由和谐器发送到相应的显现终端，如操控屏、电视、网关、手机等。预警和报警信息可一起传输。
•人机交互体系：家庭网络可选用触摸屏作为体系的人机交互接口设备。其间，ARM网关是完结信息收集和显现，家电主动和手动操控的中心部件。
•智能开关：智能开关是体系重要设备，一方面收集家电的用电信息，并通过ZigBee网络进行信息显现；另一方面，通过由体系设置的操控计划，主动开关家电，完结节能操控。为此，需求装备家电的用电量传感器，由三相电能计量芯片来完结计量。一起，家电操控有主动和手动两种。其间，主动操控，依据用户提早设置的操控战略，在到达相应的条件时，主动操控开关；手动操控，则是用户通过网关直接操作。
— 节能网络运作办法及通讯形式
ARM模块作为主控单元和人机接口，带有触摸屏显现 ，能够制成手持终端。
•当ARM模块通过串口接纳ZigBee终端模块发给ZigBee和谐器的收集数据，并存储在数据库中。
•当ARM触摸屏需求显现相应的数据时，将从此数据库中提取数据。
•当用户点击ARM触摸屏来操控设备时，触摸屏将点击的操作转化为指令传输到数据库，并翻译成串口设备能够辨认的指令；串口设备会将指令打包发送给ZigBee和谐器；和谐器辨认后会将指令发送给被操作的ZigBee终端；被操作的ZigBee终端依据指令要求操控与它相连的设备，完结设备的长途操作。
一起，在Linux体系内建立Web服务器，能够通过以太网对信息进行长途监测与办理。
•家庭的ZigBee
4、汇总：国产高质量智能电表和AMI全体出口产品开发与推行运用的要害点
1）国产高质量智能电表出口产品开发的要害技能
— 按IR46世界主张，高质量智能电表的有功计量准确度等级，分为A、B、C、D、E级；无功计量准确度等级，选用IEC规范的2、1、0.5S、0.2S级。
— 电能计量算法。全口径电能量，选用有功、无功、视在电能的正弦三角形算法；功率因数，选用有功电能/视在电能（V•I）的非正弦核算；电能质量监测 ，选用IEC有关最新规范。
— 专有电能计量芯片。首要用于大批量的工商业、居民的三相/单相高质量智能电表。
•选用计量专有芯片，能够进步计量一致性、牢靠性，推行专用功用。
•兰吉尔开发的ZxB型电能表系列产品，选用新一代电流宽量程计量专有ASIC混合丈量器材，具有12-25倍电流宽量程；数字信号处理（DSP）单元集成了数字乘法器、均方根运算、电能积算单元、Hilbert滤波器；电能核算选用16位•16位硬件乘法器。
— 特别计量点的计量差错查核。
•高精度电能表的极低负荷计量差错补偿，选用表用有源电流互感器。据了解，国内，没有开宣布此类产品。
•有功计量，在功率因数为+/-0.01时，计量差错不大于1%。
— 高质量智能电表牢靠性规划与测验、证明，严厉按IEC停止式电能表牢靠性系列规范，不要下降要求；选用世界品牌高质量元器材产品，并通过测验认证；高质量单相智能电表运用寿命为20年。
— 高质量智能电表规划和工艺要求高
•电压回路选用高牢靠的开关电源源，并有谐波补偿办法。
•外表选用三线/四线，由电网类型主动辨认。
•外表内置100A断开继电器。
• 选用免清洗印刷板。
•霍尔电流传感器的紫铜直通端子的阻抗极低（小于1微欧）。
•高质量智能电表结构规划，要为AMI多个通讯模留出空间。
— 外表软件规划，需供给软件测验办法。
— 高质量智能电表产品质量水平，需经世界电表质量权威认证组织的测验鉴定。
2）国产AMI出口产品开发的要害技能
— AMI体系架构规划，包含家庭网络、智能电表、本地通讯网络、衔接配电网通讯与交互、外表数据办理体系及数据集成渠道。
— AMI信息序列。
— 指令中心规划：
•Grid stream运用实施计划。
•Grid stream软件渠道硬件规划。
•指令中心功用规划。
•附近网络通讯、路由规划。
— Grid stream体系硬件（数据库、存储器、IP单元等）规划。
— 世界规范运用，包含通讯、外表、配电办理规范等：
•（美）NSA系列B安全加密算法（ECC/AES）、AES 256位高档编码。
•DNP 3.0 分布式网络規约。
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