嵌入式在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

嵌入式技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展前言嵌入式技術(shù)的定義，特點(diǎn)及發(fā)展嵌入式技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)在未來(lái)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)語(yǔ)0前言在21世紀(jì)的今天，我們的生活已經(jīng)離不開電能。電力系統(tǒng)，作為電能生產(chǎn)，傳輸?shù)钠脚_(tái)，需要滿足可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。隨著一次能源的消耗及科技的發(fā)展，智能電力系統(tǒng)的提出，通過最少的損耗，最全面的信息反饋以及最快的故障處理速度來(lái)應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)。而嵌入式技術(shù)作為21世紀(jì)應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)之一，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)控制和監(jiān)控不可缺少的技術(shù)之一，在智能電力系統(tǒng)的發(fā)展當(dāng)中擔(dān)任怎樣的角色，我們拭目以待。1嵌入式技術(shù)的定義，特點(diǎn)及發(fā)展1.1嵌入式系統(tǒng)的定義方法有很多，主要的兩種定義方式有兩種。第一種定義：根據(jù)國(guó)際電器和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的定義，嵌入式“就是控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”，原文未devicesusedtocontrol,monitor,orassistertheoperationofequipment,machineryorplants。(根據(jù)它的應(yīng)用來(lái)定義)第二種定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件和硬件和剪裁適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(根據(jù)它的組成來(lái)定義)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下四類1.單個(gè)微處理器

這類系統(tǒng)可以在小型設(shè)備中找到。這類設(shè)備是供應(yīng)商根據(jù)設(shè)備的用途來(lái)設(shè)計(jì)的。這類設(shè)備受Y2K影響的可能性不大。2.不帶計(jì)時(shí)功能的微處理器裝置

這類系統(tǒng)可在過程控制、信號(hào)放大器、位置傳感器及閥門傳動(dòng)器等中找到。這類設(shè)備也不太可能受到Y(jié)2K的影響。但是，如果它依賴于一個(gè)內(nèi)部操作時(shí)鐘，那么這個(gè)時(shí)鐘可能受Y2K問題的影響。

3.帶計(jì)時(shí)功能的組件這類系統(tǒng)可見于開關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、電梯、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等。它們是一個(gè)大系統(tǒng)的局部組件，由它們的傳感器收集數(shù)據(jù)并傳遞給該系統(tǒng)。這種組體可同PC機(jī)一起操作，并可包括某種數(shù)據(jù)庫(kù)(如事件數(shù)據(jù)庫(kù))。

4.在制造或過程控制中使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于這類系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與儀器、機(jī)械及設(shè)備相連來(lái)控制這些裝置的工作。這類系統(tǒng)包括自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)用于總體控制和監(jiān)視，而不是對(duì)單個(gè)設(shè)備直接控制。過程控制系統(tǒng)可與業(yè)務(wù)系統(tǒng)連接1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用1．工業(yè)控制：

目前，基于嵌入式系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器正在逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來(lái)幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。2．交通管理：

在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。3．信息家電：

這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。4．家庭智能管理系統(tǒng)：

水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)2.1用于SCADA2.2用于電費(fèi)計(jì)量2嵌入式技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用2.3用于電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)2.4在變電站通信系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1用于SCADA

SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能,即我們所知的"四遙"功能。RTU(遠(yuǎn)程終端單元),FTU(饋線終端單元)是它的重要組成部分。其中的RTU(遠(yuǎn)程終端單元)就是典型的嵌入式系統(tǒng)，位于變電站的運(yùn)動(dòng)裝置，它主要負(fù)責(zé)采集檢測(cè)和儲(chǔ)存所在設(shè)施的電力運(yùn)行狀態(tài)的各種參數(shù),向遠(yuǎn)端的調(diào)度中心發(fā)送重要電力參數(shù),并執(zhí)行遠(yuǎn)端調(diào)度中心發(fā)往所在設(shè)施的調(diào)度及控制命令。在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用。

隨著我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行水平的不斷提高,各級(jí)調(diào)度中心為達(dá)到更精準(zhǔn)的可控性,對(duì)信息通信的能力提出了更高的要求。為提高可靠性,增加了對(duì)無(wú)人值班的智能模式等新功能的要求。網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化成為電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)以它獨(dú)特的性能優(yōu)點(diǎn)，剛好可以滿足這方面的要求。2.2用于電費(fèi)計(jì)量

電能已經(jīng)每家每戶都在使用，電費(fèi)的計(jì)量是電力系統(tǒng)的不可或缺的一部分。電力系統(tǒng)不斷發(fā)展對(duì)電費(fèi)計(jì)量提出了更高的要求。電力市場(chǎng)條件下需要建立一套有效而可靠的電能計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、分析、考核和交易系統(tǒng)。信息時(shí)代的電能計(jì)量系統(tǒng)要求局端中心站與站端RTU通過IP協(xié)議互聯(lián),站端RTU支持TCP/IP協(xié)議,并且實(shí)現(xiàn)智能化儀表計(jì)量。由于Linux優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)支持,可移植性好,強(qiáng)大的開發(fā)工具和環(huán)境,開發(fā)智能模塊相對(duì)容易,能夠很好地實(shí)現(xiàn)在智能化電子儀表和RTU中應(yīng)用嵌入式實(shí)時(shí)Linux這個(gè)目標(biāo)。以前人工抄表方式難以保迅速地獲取電費(fèi)數(shù)據(jù),通過有線或無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)智能抄表是解決這個(gè)問題很好的途徑,而無(wú)線通信方案相對(duì)效果更好。嵌入式Linux的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大,能夠?yàn)闊o(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)提供良好的支持。

2.3用于電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，由于人為或大自然的因素，發(fā)生各種各樣的故障，往往導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不正常。一旦出現(xiàn)這些狀況，保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)使斷路器跳閘或發(fā)出報(bào)警，自動(dòng)、迅速和有選擇地切除故障組件，使電力系統(tǒng)免遭損壞。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置將是電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的主要發(fā)展方向。微機(jī)保護(hù)的主要部分是嵌入式系統(tǒng)，用于分析計(jì)算電力系統(tǒng)的有關(guān)電氣量和判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障，然后決定是否發(fā)出跳閘信號(hào)。此外，微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)還具有相關(guān)監(jiān)控和操作程序，輸出信息記錄，以供運(yùn)行人員操作參考。采用嵌入式系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比的優(yōu)點(diǎn)。1.靈活性強(qiáng)

2.綜合判斷能力強(qiáng)3.性能穩(wěn)定可靠

4.微機(jī)保護(hù)利用微機(jī)的記憶功能5.優(yōu)越的工藝結(jié)構(gòu)條件

6.使用方便等優(yōu)點(diǎn)。2.4在變電站通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

操作系統(tǒng)（RTOS）的出現(xiàn)并逐漸成熟，人們利用RTOS提供的服務(wù),建立起以太網(wǎng)，為變電站通信系統(tǒng)提供了高效的實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信。變電站內(nèi)部數(shù)據(jù)由智能電子設(shè)備測(cè)得。每個(gè)智能電子設(shè)備都配置一嵌入式以太網(wǎng)接口，將該設(shè)備作為一以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)直接連到以太網(wǎng)上。嵌入式以太網(wǎng)是基于微控制器／微處理器的軟、硬件環(huán)境的，使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族（如TCP/IP）內(nèi)嵌在RTOS之中，因而使其應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域大為方便。3嵌入式技術(shù)在未來(lái)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用展望

前高性能、可靠穩(wěn)定的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在發(fā)電、變電、送電控制及檢測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)。發(fā)電廠值班員、電力調(diào)度員通過內(nèi)嵌微機(jī)電路的等離子、液晶投影機(jī)的屏幕得到實(shí)時(shí)的信息反饋，大量基于嵌入式系統(tǒng)的終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)、運(yùn)行事件信息，通過同樣基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字電力載波機(jī)、數(shù)字微波機(jī)及SDH\PDH光纖網(wǎng)絡(luò)傳到ATM交換機(jī)，再通過基于嵌入式系統(tǒng)的路由器、交換機(jī)、網(wǎng)卡構(gòu)成的INTERNET送到控制室。

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的本質(zhì)區(qū)別在于，它的供方的大部分來(lái)自分布式微電源點(diǎn)，而它的需方，則是在需求強(qiáng)度與價(jià)格規(guī)則的雙向約束下形成的負(fù)荷趨勢(shì)。智能電網(wǎng)改造的實(shí)質(zhì)性的第一步，就是更換成智能電表，實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)和價(jià)格互動(dòng)。這就需要嵌入式系統(tǒng)的介入，改善傳統(tǒng)手抄式的計(jì)費(fèi)方式，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有一部分智能電表的出現(xiàn)以及應(yīng)用，但是離實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)與價(jià)格互動(dòng)仍有一定的差距。3.2在智能變電站中的應(yīng)用展望

智能變電站是采用先進(jìn)、穩(wěn)定的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動(dòng)的變電站.在信息采集、測(cè)量等功能中