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详析架构设计的新一代智能电能表功能特点

2020-08-03 14:39

  智能电能表作为智能电网营销业务、用电信息和能源分配的末端设备,覆盖范围极广,在能源互联网的建设过程中被赋予了新的使命及任务,新一代智能电能表在满足基础的计量功能外,更需要满足智能设备的灵活接入,实现设备数据的感知、采集和控制,不断适应能源互联网的建设需求与人民群众日益多样的服务需求。

  智能电能表是智能电网末端的重要组成部分,目前已接入4.9亿智能电能表,覆盖率达到99%以上。此外,智能电能表的非计量功能已经在配网运维管理、客户体验提升、服务国家能源战略转型升级等多个方面提供了强有力的数据支撑。

  随着能源互联网对信息感知的深度、广度和密度提出的更高要求,智能电能表的问题也逐渐显现出来。

  另外,国际法制计量组织(OIML)颁布的《R46有功电能表国际建议》对电能表的技术及性能提出了新的要求与思路。电能表在当下及未来被赋予了新的使命及任务,新一代智能电能表的发展需充分考虑国际标准的先进思想,在满足基础的计量功能外,更需要借助其点多面广、与用户联系紧密的应用特点,拓展表计能源互联网的特征属性,为电力公司与用户友好互动、协助用户进行有效的能源管理以及提升台区设备和综合负荷的状态感知提供帮助。

  计量模组是新一代智能电能表的核心,承担着法制计量的基本功能,保存了所有法制相关的电能、时间等原始数据,不仅为国家量值溯源和计量数据追溯提供法制依据,还为其他模组的数据应用和业务实现提供基础数据。

  管理模组是新一代智能电能表的管理中心,采用可插拔式设计,通过标准化接口与计量模组、扩展模组建立连接,除具备营销业务所要求的基本功能外,还负责其它模组的数据分发和管理工作。同时管理模组上加载轻量级操作系统,并部署多元化应用APP,能够实现功能灵活配置、满足升级需求。

  扩展模组是新一代智能电能表实现灵活、可扩展的主要体现形式,用户可根据不同业务场景在电能表上选配不同的功能扩展模组,通过模组进一步拓展表计的通信、控制、计算、监测等功能。新一代智能电能表的外观结构设计如下图所示。

  新一代智能电能表在顶层设计时兼顾了安全性、可靠性、扩展性以及经济性,具备如下功能特点:

  新一代智能电能表每个独立的模组都分配相应的存储空间,保存关键性的法制计量数据;另外,表计能够存储长达1年的分钟级电量,可以满足法制计量数据的溯源和其他业务对电能表数据采集频度的差异化需求,支撑电力市场现货交易的灵活电价机制。

  新一代智能电能表管理模组标配低功耗蓝牙,能同时与采集器、手持设备、用户手机等外部设备进行数据交互,满足运维、检测、费控、人机交互等不同业务应用需求。扩展模组标配HPLC通信,并可通过标准化的接口满足RS485、LoRa、M-Bus、NB-IoTCAN等主流物联网通信方式的接入。

  新一代智能电能表采用点阵式液晶,能够个性化定制显示字体的大小、显示的内容,能够方便地生成二维码供运维人员和用户扫描、查询信息,满足能源互联网人机交互的发展需求。

  新一代智能电能表能够在20mA~100A的负载电流范围内准确计量,满足电动汽车等大功率、宽范围负载的计量需求。同时表计具备谐波电能计量及监测功能,为未来电网谐波治理、电能质量参与贸易结算提供计量依据。

  新一代智能电能表可通过在接线端子内部放置热敏电阻,实现在运表计端子温度的在线监测,避免因电能表故障和人为原因造成的火灾事故。此外表计能够实现多种电网异常、电表异常、用电异常事件的主动上报,满足故障定位、运维抢修等需求。

  新一代智能电能表的管理模组搭载了统一的操作系统,通过标准化的驱动接口实现了表计软件与硬件的解耦合。操作系统的应用能够更高效地利用智能电能表硬件资源,更方便地管理功能性软件,更合理地实现功能的扩展应用。

  新一代智能电能表的硬件上配备3个功能扩展模组,采用标准化硬件接口来支持不同业务场景模组的选配;操作系统部署了多个应用APP,可通过APP软件灵活扩展多个功能,满足产品的快速迭代和升级需求,更好应对未来业务扩展带来的挑战。

  新一代智能电能表可在电力用户欠费情况下不直接断电,而是通过对负载电流的限制,在只满足用户照明、手机充电等最基本的需求情况下,为用户缴费充电预留充足的时间,体现国网公司优质服务的理念。

  新一代智能电能表采用电池可更换式设计,并与表内新增的超级电容配合,有效保证时钟供电的可靠性;通过产品设计的优化及制造工艺的提升,表计的寿命延长至15年,提高现场运行可靠性。

  新一代智能电能表的设计理念与能源互联网的建设思路高度契合,可与其他专业设备协同配合,支撑如下应用场景:

  新一代智能电能表通过配置非介入式负荷辨识模组,采集用户总进线处的电压、电流、时间等数据,配合具备随器计量功能的智能家电、智能插座等新产品,依托大数据算法实现对家电负荷类型和状态分析,为居民家庭提供用能统计分析、家电需求响应、电气故障预警等增值服务,提高居民家庭用能水平。

  新一代智能电能表通过配置有序充电模组,能够实现对台区各能源设施、用能设备和电动汽车实时状态的采集、感知和控制。新一代智能电能表与台区管理单元及系统主站共同实现规模化电动汽车有序充电和分布式能源的消纳,实现全网的负荷调度,满足台区侧源网荷储协同服务的需求,为客户提供优质用能服务。

  新一代智能电能表不仅能够实现电气信息的采集,更能通过增加不同类型的通信模组实现热、水、气表的数据采集,实现社区范围内电、热、水、气交互耦合与协同控制,在保证社区用能舒适性的前提下,达到最优经济用能,同时促进社区清洁能源消纳。

  新一代智能电能表能够满足各类交互式用能设备的广泛接入,实现综合能源一体化采集、状态感知、实时监视和协调控制,达成源网荷储协同服务。新一代智能电能表在未来的应用落地将支持国家电网公司向“建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的战略目标迈进。

  中国电力科学研究院计量研究所工程师。从事计量技术及计量设备的研究工作,主要参与新一代智能电能表的技术研究及标准制定工作,在相关领域发表多篇论文和专利,曾获中国电科院技术服务二等奖、三等奖。

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  列采用安森美半导体专有的,经济高效,高度可靠的Surmetic封装,非常适合用于通信系统,汽车,数控系统,过程控制,医疗设备,商用机器,电源和许多其他工业/消费类应用。这一新的1.5瓦齐纳二极管系列具有以下优势: 特性 标准齐纳击穿电压 - 15 V至150 V 峰值功率600瓦@ 100 ms 每个人体模型3级(

  1DR2瞬态电压抑制器用于保护连接到高速通信线路的设备免受ESD,EFT和闪电的影响。 特性 SO-8套餐 峰值功率 - 500瓦8 x20μS UL可燃性等级94V-0 ESD额定值: IEC 61000-4-2(ESD)15 kV(空气)8 kV(触点) IEC 61000-4-4(EFT)40 A(5/50 ns) IEC 61000- 4-5(闪电)23(8/20?s) 无铅封装可用 应用 高速通信线路保护 USB电源和数据线路保护 视频线路保护 基站 HDSL,IDSL辅助IC侧保护 微控制器输入P.保护 电路图、引脚图和封装图...

  是高性能,双通道,单刀单掷(SPSTx 2)音频开关。耗尽型技术允许器件在不存在V CC 时导通信号,在存在V CC 时隔离信号。在信号导通期间,耗尽型栅极控制允许FSA553实现卓越的THD + N性能,同时消耗最小的功率。 特性 null 双SPST耗尽型开关 常闭(当

  固定低压差(LDO)线 V或更低电压轨的应用而设计。这款LDO非常适用于需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用,因为NCP571系列具有4.0 uA的超低静态电流。该器件集成了电流限制和过温保护电路。 NCP571设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1 uF的最小输出电容。该器件采用TSOP 5或2x2.2mm DFN封装。标准电压版本为0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他电压选项可根据需要提供。 特性 优势 低静态电流4.0 uA(典型值) 适用于低功率应用和电池供电产品。 最大工作电压12 V Robuse技术制造该器件适用于各种应用。 低输出电压选项低至0.8 V 可为低压处理器和应用提供低于1.2V的电压轨。 应用 终端产品 电池供电仪器 应用ns要求电压轨低于1.2V 摄像机,相机,GPS设备 电路图、引脚图和封装图...

  是一款超低压降稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。 1.6 V至5.5 V的工作输入电压范围使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP177可完全防止过热和输出短路。启用功能。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,图像传感器...

  NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

  是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...

  PEX 9781 81通道,21端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过其ExpressFabric计划和硬件与软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。 业界首创的ExpressFabric平台可实现高性能,低延迟,可扩展,基于Gen3 PCI Express的经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并使用标准PCIe枚举使多个主机能够驻留在单个基于PCIe的网络上。以前PCIe设备上没有的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  PEX 9716 16通道,5端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过其ExpressFabric计划和硬件与软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。 业界首创的ExpressFabric平台可实现高性能,低延迟,可扩展,基于Gen3 PCI Express的经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并使用标准PCIe枚举使多个主机能够驻留在单个基于PCIe的网络上。以前PCIe设备上没有的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  PEX 9765 65通道,17端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过ExpressFabric计划和硬件和软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。业界首款ExpressFabric平台可实现基于Gen3 PCI Express的高性能,低延迟,可扩展,经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并允许多个主机使用标准PCIe枚举驻留在单个基于PCIe的网络上 - 这是PCIe设备以前无法提供的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  PEX 9749 49通道,13端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过ExpressFabric计划和硬件和软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。业界首款ExpressFabric平台可实现基于Gen3 PCI Express的高性能,低延迟,可扩展,经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并允许多个主机使用标准PCIe枚举驻留在单个基于PCIe的网络上 - 这是PCIe设备以前无法提供的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  PEX 8311 x1 Lane PCI Express Bridge,21 x 21mm PBGA

  ExpressLane PEX 8311单通道PCI Express(PCIe)至32位,66MHz通用本地总线桥接器提供这两种标准之间的完整协议转换。该设备使用户能够为各种应用添加可扩展的高带宽互连,包括通信线卡,监控系统,工业控制,IP媒体服务器和医疗成像。许多嵌入式系统设计,Root Complex或基于EndPoint,现在利用PCI现在可以轻松迁移到PCIe。 PCIe接口符合PCI Express规范r1.0a。此外,该桥具有双独立的全功能DMA引擎,可从本地处理器卸载将数据从桥的一侧移动到另一侧所涉及的开销任务。吞吐量增强功能(如预读模式,可编程读取预取计数器和深度FIFO缓冲器)允许零等待状态突发速率高达264MB /秒。其他增强功能,如即时端接交换,多个GPIO和邮箱/门铃寄存器,增强了设计的易用性。 PEX 8311采用21 x 21mm 337引脚PBGA封装。该器件采用无铅封装。...

  PEX 9733 33通道,9端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过其ExpressFabric计划和硬件与软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。 业界首创的ExpressFabric平台可实现高性能,低延迟,可扩展,基于Gen3 PCI Express的经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并使用标准PCIe枚举使多个主机能够驻留在单个基于PCIe的网络上。以前PCIe设备上没有的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  PEX 9797 97通道,25端口,PCI Express Gen3 ExpressFabric平台

  Broadcom通过其ExpressFabric计划和硬件与软件平台扩展了PCIe的范围,用作数据中心和云计算的结构。 ExpressFabric可以消除机架内昂贵的桥接设备,例如将本机PCIe转换为以太网并返回PCIe的适配卡。然而,ExpressFabric可与机架内使用的其他标准以及机架到机架的连接无缝协作。 业界首创的ExpressFabric平台可实现高性能,低延迟,可扩展,基于Gen3 PCI Express的经济高效的结构功能。该平台提供了与标准SR-IOV或多功能设备共享I / O的能力,并使用标准PCIe枚举使多个主机能够驻留在单个基于PCIe的网络上。以前PCIe设备上没有的功能。主机通过类似以太网的DMA进行通信,并使用标准主机,端点和应用软件进行通信。...

  BCM89559 采用集成BroadR-Reach®100BASE-T1 PHY的安全汽车以太网交换机

  Broadcom BCM89559是一款高度集成的BroadR-Reach®多层开关设备,专为车载网络应用而设计。该设备内置BroadR-Reach®支持100BASE-T1和千兆位MAC接口的PHY。该设备具有安全启动和安全功能。除了所有Broadcom汽车以太网交换机中的高级安全功能外,还具有安全的通信功能。 功能 功能齐全的汽车以太网交换机,集成了100BASE-T1和100 -TX PHY IEEE AVB协议栈(IEEE 802.1AS时间同步和IEEE 802.1Qat SRP) 用于高级安全性的线速数据包过滤 固件损坏是通过支持安全启动和信任圈来防止。 小心控制从外部访问设备,以防止未经身份验证的配置更改。 符合汽车AEC-Q100认证 应用程序 汽车ADAS,信息娱乐,网关...

  BCM5862X-SERIES StrataGX™通信处理器,具有可编程加速,安全和存储接口

  旨在优化5G WiFi,IEEE 802.11ac标准,基于ARM®的StrataGX BCM58522系列将高达10倍的处理能力与先进的架构功能相结合,可实现安全,应用感知的统一有线和无线企业网络。 连接到云的设备数量的增加导致对高效企业和中小型企业(SMB)网络的需求增加,以结合各种功能来保护企业免受恶意软件和盗窃。支持个人云服务(如远程访问文件或媒体内容)的网络附加存储(NAS)设备要求这些设备支持存储以及高速5G WiFi接入。每个设备的中心是一个高性能的1.2GHz ARM®的Cortex-A9和贸易;双核处理器。 StrataGX BCM5862x系列包括: 高达1.2GHz的单核和双核Cortex-A9 CPU,每个CPU具有32KB的指令和数据缓存,512KB的L2缓存,支持ECC,集成开关和GPHY ,以及高速I / O和存储器接口 BCM5862x系列中的所有产品都包含一个可编程数据包加速器,用于卸载主CPU内核。该加速器由第三个ARM内核Cortex-R5组成,具有自己的本地内存,可用于RAID / XOR加速,CAPWAP / DTLS和其他网络协议 StrataGX BCM58622和BCM58623支持16位宽存储器接口,最...

  XLP800 SERIES XLP832和XLP816多核,多线程处理器系列

  Broadcom业界领先的多核,多线程XLR ® 处理器系列的第三代架构增强。 Broadcom XLP ® 800系列处理器是高度可扩展的设备,包含高端通信系统的关键功能,包括有线和无线安全,网络,存储,数据中心加速,负载平衡和其他加速引擎。 XLP 800系列处理器采用40 nm技术制造,处理器内核频率从500 MHz到1.5 GHz以上,与之前的XLR ® 相比,每瓦性能提高3倍。 XLP800系列软件向后兼容XLR和XLS ® 处理器系列。 XLP800系列包括:带有32个虚拟CPU的XLP832 带有16个虚拟CPU的XLP816 功能 带有多达8个EC4400处理器核心供电XLP800系列处理器为数据平面和控制平面应用提供最佳性能。 EC4400核心架构保持了经过现场验证的多线程功能,可为面向吞吐量的数据平面处理提供最高性能。 XLP800系列处理器包含MOESI +连贯的三级缓存架构。每个EC4400内核都包含一个专用的64 KB指令缓存,一个32 KB L1数据缓存和一个512 KB 8路组关联二级缓存 XLP800系列处理器包含一个高性能内存子系统带有四个片上72位DDR3内存控制器,带宽为51.2 GBps(每秒千兆字节) 低延迟,高速快速消息网络(FMN)允许...

  XLP400 SERIES XLP432和XLP416多核,多线 nm技术制造,处理器内核频率从500 MHz到1.5 GHz以上,与XLR ®相比,每瓦性能提升3倍。 前身。 Broadcom XLP400系列处理器是高度可扩展的设备,集成了高端通信系统的关键功能,包括有线和无线安全,网络,存储,数据中心加速,负载平衡和其他加速引擎。 XLP400系列软件向后兼容XLR ® 和XLS ® 处理器系列。 XLP400系列包括:带有32个虚拟CPU的XLP432 带有16个虚拟CPU的XLP416 功能 最多有8个EC4400处理器内核该处理器为XLP® 400系列供电,可为数据平面和控制平面应用提供最佳性能。 EC4400核心架构保持了经过现场验证的多线程功能,可为面向吞吐量的数据平面处理提供最高性能。 XLP400系列处理器包含MOESI +连贯的三级缓存架构。每个EC4400内核都包含一个专用的64 KB指令高速缓存,一个32 KB L1数据高速缓存和一个512 KB 8路组关联二级高速缓存 XLP400系列处理器包含一个高性能内存子系统带有四个片上72位DDR3内存控制器,带宽为51.2 GBps(每秒千兆字节) 低延迟,高速快速消息网络(FMN)允许非侵入式通信和控制VirtuCores,加速引擎和I / O之间的消息传递 ...

  PEX 8750 48通道,12端口PCI Express Gen 3(8 GT / s)开关,27 x 27mm FCBGA

  ExpressLane PEX8750是采用40nm技术开发的48通道,12端口,PCIe Gen3交换机设备。 PEX8750提供多主机PCI Express交换功能,使用户能够通过可扩展,高带宽,无阻塞的互连将多个主机连接到各自的端​​点,以实现各种应用,包括服务器,存储,通信和图形平台。除了高通道数/通道数,该器件还提供两个NT端口和时钟隔离功能。由于它们具有向后兼容性,在混合(Gen1,Gen2和Gen3)系统中使用PCIe Gen3交换机进行设计,使设计人员能够在迁移到下一代端点时为其完整的Gen3启用设计提供面向未来的设计。 PEX8750非常适合扇出,聚合和点对点流量模式。其中包括PLX专有的visionPAK调试软件,该软件允许在均衡后进行内部接收眼观察,并可访问器件的内部调试寄存器,从而加快产品上市速度。...

  PEX 8749 48通道,18端口PCI Express Gen 3(8 GT / s)开关,27 x 27mm FCBGA

  ExpressLane PEX 8749是一款采用40纳米技术开发的48通道18端口PCIe Gen 3交换设备。 PEX 8749提供多主机PCI Express交换功能,使用户能够通过可扩展,高带宽,无阻塞的互连将多个主机连接到各自的端​​点,以连接各种应用,包括服务器,存储,通信和图形平台。除了高端口数,ag追杀证据该器件还提供片上DMA引擎,两个NT端口和时钟隔离功能。由于它们具有向后兼容性,在混合(Gen1,Gen2和Gen3)系统中使用PCIe Gen3交换机进行设计,使设计人员能够在迁移到下一代端点时为其完整的Gen3启用设计提供面向未来的设计。 PEX 8749非常适合扇出,聚合和点对点流量模式。其中包括PLX专有的visionPAK调试软件,该软件允许在均衡后进行内部接收眼观察,并可访问器件的内部调试寄存器,从而加快产品上市速度。...