XGW-9000系列高端新能源电站边缘网关产品需求文档（PRD）

文件标识 ：XGW-9000-PRD-V1.0
文件状态 ：[√]草稿 [ ]正式发布 [ ]正在修改
当前版本：V1.0

修订记录

序号	版本	编写/修订说明	修订人	修订日期	备注
1	V1.0	创建PRD文档，完成信息结构图、产品结构图、原型设计等核心模块	产品部	2023-2-12	基于MRD转化，适配研发执行需求

一、文档概述

1.1 文档目的

本PRD是基于XGW-9000系列高端新能源电站边缘网关MRD的落地执行文档，用于明确产品的功能、性能、交互等具体需求，为研发、测试、设计团队提供统一的执行标准，确保产品按预期实现"多协议兼容、毫秒级控制、边缘智能、安全合规"的核心目标。

1.2 阅读对象

研发工程师（硬件/软件）、测试工程师、UI/交互设计师、技术架构师，文档不包含市场分析类内容，聚焦产品执行层面需求。

1.3 产品定位

面向中国、北美、欧洲新能源电站（光伏/风电/储能）的高端边缘网关，为电站运营商、EPC厂商、系统集成商提供"采集-计算-控制-协同"一体化解决方案，兼具国密安全、分级AI算力、多主站通信能力，适配国内外合规标准。

二、信息结构图

信息结构图用于辅助服务端/硬件研发人员明确产品数据结构，仅梳理产品层面核心信息，不涉及底层数据库设计：

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XGW-9000边缘网关
├─ 设备基础信息
│  ├─ 设备ID（唯一标识）
│  ├─ 硬件版本
│  ├─ 软件版本
│  ├─ 设备MAC地址
│  ├─ 设备启动时间
│  └─ 设备运行状态（在线/离线/故障）
├─ 采集数据信息
│  ├─ 遥测数据
│  │  ├─ 电压（数值/单位/精度）
│  │  ├─ 电流（数值/单位/精度）
│  │  ├─ 功率（数值/单位/精度）
│  │  ├─ 温度（数值/单位/精度）
│  │  └─ 辐照度（光伏场景）/风速（风电场景）
│  ├─ 遥信数据
│  │  ├─ 开关状态（通/断）
│  │  ├─ 设备告警状态（正常/异常）
│  │  └─ 通信链路状态（连接/断开）
│  └─ 采集时标（毫秒级）
├─ 协议适配信息
│  ├─ 协议类型（IEC104/Modbus/DLT645等）
│  ├─ 协议版本
│  ├─ 设备接入数量
│  └─ 协议启用状态
├─ 边缘计算信息
│  ├─ AI算力等级（2TOPS/6TOPS）
│  ├─ 功率预测结果（数值/误差率/时间范围）
│  ├─ 故障诊断信息（故障类型/位置/预警等级）
│  └─ 计算任务状态
├─ 安全认证信息
│  ├─ 证书编号
│  ├─ 加密算法类型（国密SM1-SM4/AES-256）
│  ├─ 用户权限等级
│  └─ 操作日志（操作人/时间/内容）
├─ 主站通信信息
│  ├─ 主站ID
│  ├─ 通信规约类型
│  ├─ 连接状态
│  └─ 数据传输量
└─ 运维管理信息
    ├─ 远程升级包版本
    ├─ 故障日志（时间/类型/详情）
    ├─ 本地存储占用率
    └─ 功耗数据

三、产品结构图

产品结构图为产品经理梳理的功能框架，用于明确产品的频道/页面/模块层级，辅助研发团队理解产品整体逻辑：

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XGW-9000边缘网关
├─ 本地管理模块
│  ├─ 本地Web页面
│  │  ├─ 登录页（用户名/密码/验证码）
│  │  ├─ 设备状态页（CPU/内存/存储/温度监控）
│  │  ├─ 数据采集配置页（协议选择/采集周期/精度设置）
│  │  ├─ 控制策略配置页（AGC/AVC参数/群调算法选择）
│  │  ├─ 安全设置页（用户权限/加密算法/证书管理）
│  │  └─ 日志查询页（运行日志/操作日志/故障日志）
│  └─ 本地LCD界面（可选）
│     ├─ 实时数据展示（电压/电流/功率）
│     ├─ 告警信息弹窗
│     └─ 快捷操作按钮（重启/恢复出厂）
├─ 设备接入模块
│  ├─ 协议解析单元（50+协议适配/自动识别）
│  ├─ 设备台账管理（设备型号/厂商/接入时间）
│  ├─ 设备状态监控（在线率/通信状态/健康度）
│  └─ 即插即用配置（SCD/ICD文件导入）
├─ 数据处理模块
│  ├─ 数据采集单元（100ms周期/±0.5%精度）
│  ├─ 数据预处理（滤波/标度变换/越限检测）
│  ├─ 边缘计算单元（AI功率预测/故障诊断）
│  └─ 数据存储单元（128GB本地存储/7天循环）
├─ 控制调度模块
│  ├─ AGC控制单元（有功功率分配/100ms响应）
│  ├─ AVC控制单元（无功电压调节/合格率统计）
│  ├─ 群调群控单元（逆变器/储能集群调度）
│  └─ 本地自治单元（断网预案/计划执行）
├─ 通信协同模块
│  ├─ 多主站通信单元（8路/V1.0阶段）
│  ├─ 无线通信单元（4G/5G/WiFi/LoRa）
│  ├─ 云边协同单元（MQTT/OPC UA协议/断点续传）
│  └─ 远程运维单元（OTA升级/远程调试）
└─ 安全防护模块
    ├─ 身份认证单元（数字证书/多因素认证）
    ├─ 数据加密单元（传输TLS1.3/存储SM4）
    ├─ 权限控制单元（RBAC三级权限）
    └─ 安全审计单元（日志记录/不可篡改）

四、原型设计（界面线框图）

4.1 原型类型

采用灰模原型（V1.0阶段），后续可迭代为交互原型，核心展示页面布局与功能元素，不涉及视觉设计：

4.1.1 本地Web管理-设备状态页

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┌─────────────────────────────────────────┐
│ 【XGW-9000管理系统】  ▶ 设备状态          │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 基本信息                                │
│ 设备ID：XGW2025001  硬件版本：V1.0      │
│ 软件版本：V1.0.0     启动时间：2025-12-31│
│                                         │
│ 运行状态监控                            │
│ ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐ │
│ │CPU:25%│ │内存:30%│ │存储:20%│ │温度:40℃│ │
│ └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘ │
│                                         │
│ 通信链路状态                            │
│ 主站1（国网）：已连接  主站2（南网）：未配置│
│ 4G链路：已连接  WiFi链路：未启用        │
└─────────────────────────────────────────┘

4.1.2 数据采集配置页

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┌─────────────────────────────────────────┐
│ 【XGW-9000管理系统】  ▶ 采集配置         │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 协议选择：□IEC104 □ModbusTCP □DLT645 □OPCUA│
│ （可多选，选中后展开对应配置项）         │
│                                         │
│ ModbusTCP配置                           │
│ 从站地址：______  采集周期：□100ms □500ms│
│ 采集点位：电压[0001] 电流[0002] 功率[0003]│
│ 精度设置：±0.5%  数据上传策略：增量/全量  │
│                                         │
│ 【保存配置】 【测试连接】 【恢复默认】     │
└─────────────────────────────────────────┘

4.2 硬件原型核心模块

硬件原型聚焦核心接口与组件布局，不涉及PCB细节：

核心处理器：瑞芯微RK3588（四核ARM+6TOPS NPU）
接口区：6路网口（4个千兆）、8路串口（RS232/485自适应）、2路CAN口、USB3.0×2、SIM卡槽（4G/5G）
安全组件：华大HDU9701加密芯片（国密算法）
电源区：双电源输入（AC85-265V/DC24V）、功耗≤15W

五、用例模型

采用简化用例模型，通过用例图+用例描述明确核心功能场景，不使用复杂UML规范：

5.1 核心用例图

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┌─────────────────────────────┐
│           XGW-9000          │
│  ┌─────────┐   ┌─────────┐  │
│  │ 协议适配 │   │ 数据采集 │  │
│  └─────────┘   └─────────┘  │
│  ┌─────────┐   ┌─────────┐  │
│  │ 边缘AI  │   │AGC控制  │  │
│  └─────────┘   └─────────┘  │
│  ┌─────────┐   ┌─────────┐  │
│  │安全认证 │   │远程运维 │  │
│  └─────────┘   └─────────┘  │
└─────────────────────────────┘
     ▲        ▲         ▲
     │        │         │
┌────┴───┐ ┌──┴────┐ ┌──┴────┐
│ 运维人员│ │电网主站│ │云端平台│
└────────┘ └───────┘ └───────┘

5.2 关键用例描述

用例1：AGC指令响应

项目	内容
用例名称	AGC有功功率调节
行为角色	电网主站（触发方）、XGW-9000（执行方）、逆变器/储能（受控设备）
简要说明	网关接收电网AGC指令，在边缘侧完成功率分配并下发至受控设备，同步反馈执行结果
前置条件	网关与主站/受控设备通信正常，AGC控制策略已配置
后置条件	受控设备功率调整至指令值，网关记录操作日志并上报主站

用例2：边缘AI功率预测

项目	内容
用例名称	光伏发电功率短期预测
行为角色	XGW-9000（自主执行）、云端平台（接收结果）
简要说明	网关基于本地采集的历史发电数据/辐照度数据，通过AI模型预测未来15分钟-4小时功率
前置条件	AI算力模块已启用，历史数据存储≥3天，预测模型已加载
后置条件	生成预测报告（数值+误差率），本地存储并同步至云端

六、功能流程图

6.1 AGC控制核心流程

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开始
├─ 电网主站下发AGC指令（目标功率）
├─ 网关解析指令并校验合法性
│  ├─ 合法：进入功率分配环节
│  └─ 不合法：反馈指令错误，流程终止
├─ 调用群调算法（最少停机策略）
├─ 向逆变器/储能集群下发子指令
├─ 采集受控设备实时功率
│  ├─ 功率达标：记录结果并上报主站
│  └─ 未达标：重新下发指令（最多重试3次）
└─ 流程结束

6.2 协议适配流程

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开始
├─ 接入新设备（逆变器/电表等）
├─ 网关自动扫描设备协议类型
│  ├─ 识别成功：加载对应协议解析库
│  └─ 识别失败：触发手动协议配置流程
├─ 建立通信链路并测试连通性
│  ├─ 连通成功：开始数据采集
│  └─ 连通失败：生成通信故障日志，告警提醒
└─ 流程结束

6.3 安全认证流程

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开始
├─ 用户发起本地/Web登录请求
├─ 网关校验账号密码
│  ├─ 校验通过：验证用户权限等级，进入对应功能页
│  └─ 校验失败：锁定账号（连续3次错误），流程终止
├─ 执行敏感操作（如修改控制参数）
├─ 触发二次认证（硬件加密狗/动态口令）
│  ├─ 认证通过：执行操作并记录日志
│  └─ 认证失败：操作驳回
└─ 流程结束

七、功能需求详情

按产品结构图的模块划分，明确各功能的具体需求，仅描述"做什么"，不涉及"怎么做"的技术实现：

7.1 设备接入模块

协议兼容：支持IEC104/101、Modbus RTU/TCP、DLT645、OPC UA、MQTT等50+协议，协议库可通过OTA更新，支持协议自动识别。
设备接入规模：单网关最多接入200个设备节点，支持光伏逆变器、储能BMS、汇流箱、智能电表等类型，支持SCD/ICD文件零配置接入。
状态监控：实时展示设备在线率（精度≥99%）、通信丢包率，设备异常时触发本地+云端双告警。

7.2 数据处理模块

采集精度：电压/电流精度±0.5%满量程，功率精度±1.0%，模拟量采样率40sps，采集周期≤100ms，时标精度毫秒级。
边缘计算：V1.0阶段启用2TOPS NPU算力，实现光伏发电功率预测（误差率≤10%）、设备超温/过压告警；V1.1阶段升级至6TOPS算力，支持故障诊断（准确率≥98%）。
数据存储：128GB本地存储，支持7天历史数据循环存储，支持按时间/设备类型查询，支持U盘一键导出。

7.3 控制调度模块

AGC/AVC控制：AGC指令响应时间≤100ms，功率调节步长0.1-1MW可配置；AVC维持并网点电压在±5%额定值，电压合格率≥99.5%。
本地自治：断网时自动切换至本地模式，按日前计划执行功率输出，联网后自动同步数据至云端，保障并网稳定。
多主站通信：V1.0阶段支持8路主站并发通信，V1.1阶段扩展至32路，支持国网/南网双对接，数据传输中断时自动重连。

7.4 安全防护模块

国密加密：集成华大HDU9701芯片，支持SM1-SM4国密算法，通信采用TLS1.3加密，存储采用SM4/AES-256加密。
权限控制：基于RBAC模型，分为管理员/运维员/访客三级权限，敏感操作需二次认证，操作日志存储≥6个月且不可篡改。
合规适配：满足等保三级、电力14号令，支持北美NERC CIP、欧洲NIS2基础合规要求，证书支持在线更新。

八、非功能需求

8.1 性能需求

硬件性能：四核ARM Cortex-A55（主频≥1.5GHz）、8GB DDR4内存、128GB eMMC存储、6TOPS NPU算力。
实时性：遥控命令执行时间≤1s，AGC响应时间≤100ms，协议解析延迟≤50ms。
可靠性：MTBF≥20000小时（V1.0），V1.1升级至≥30000小时；系统可用性≥99.9%，支持双电源冗余。
环境适应性：工作温度-40℃~+85℃，防护等级IP65，抗静电（接触±8kV/空气±15kV）、抗浪涌（共模±4kV）。

8.2 兼容性需求

硬件兼容：支持扩展5G模块、加密狗、SD存储卡，接口支持热插拔，无驱动冲突。
软件兼容：兼容Linux 5.4内核，支持Docker容器化部署，可运行第三方AI模型/控制算法。
平台兼容：支持对接华为云、阿里云、国网新能源云等主流平台，API接口符合RESTful规范。

九、全局说明

9.1 状态维持与恢复

当设备异常断电/重启时，需维持断电前的采集配置、控制策略、通信参数，重启后自动恢复运行状态，历史数据不丢失。

9.2 低功耗模式

夜间电站低负荷时段，网关自动切换至低功耗模式（功耗≤5W），不影响核心采集/通信功能，支持手动唤醒。

9.3 日志管理

日志分为运行日志/操作日志/故障日志三类，采用循环存储，过期日志自动清理，支持远程召唤与本地导出，日志格式为JSON。

十、验收标准

功能验收：50+协议适配成功率≥95%，AGC响应时间≤100ms，边缘功率预测误差≤10%，多主站通信无数据丢失。
性能验收：MTBF≥20000小时，极端温度（-40℃/+85℃）下稳定运行72小时无故障，安全合规通过等保三级测评。
兼容性验收：与华为/阳光电源等5家主流逆变器联调成功率100%，支持国网/南网主站对接。