电力监控系统之嵌入式系统

摘 要：伴随嵌入式系统被深入研究和应用,嵌入式系统将向网络化、智能化、规范化、集成化等方向逐渐发展.本文主要针对嵌入式系统在电力系统数据采集测量、电能质量监控、电网无功补偿、谐波抑制和继电保护中的应用状况和发展前景进行一些探讨.

关 键 词：嵌入式系统处理器操作系统电力系统

电力系统是一个偌大的、瞬变的多输入输出系统,各重要节点的电压、电流等参数都对整个系统安全起着关键作用,为了保证其安全运行,有效的工作,必须要实时地监测各个节点的运行状况,及时发现电力系统的不正常状态及故障状态,快速地进行控制和处理.电力系统监视和控制的参数要求实时性较强,不仅包括频率、电压、电流、有功、无功、谐波分量、序分量等,还有些采集的特征量频率变化快而且复杂,如暂态突变量、高频的故障行波等,普通的采集处理方法数据流量小、灵活性差,对多路进行采样计算时就会显得吃力,甚至难以实现.为了克服以上不足,适应现代电力系统的要求,将嵌入式平台应用到电力系统中来,充分发挥其快速强大的运算和处理能力,以及并行运行的能力,满足了电力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求,并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定了技术基础.

1嵌入式系统

1.1嵌入式系统的定义

嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统.它主要由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成.用于实现对其他设备的控制、监视和管理等功能,它通常嵌入在主要设备中运行.

1.2嵌入式系统的几个发展阶段

嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史,近几年来,计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显,嵌入式技术已成为一个研究热点.纵观嵌入式技术的发展过程,大致经历4个阶段：

第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能.

第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统.

第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统.

第四阶段是以Inter为标志的嵌入式系统.

嵌入式系统技术日益完善,32位微处理器在该系统中占主导地位,嵌入式操作系统已经从简单走向成熟,它与网络、Inter结合日益密切,因而,嵌入式系统应用将日益广泛.

2嵌入式处理器

嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,据不完全统计,全世界嵌入式处理器的品种已有上千种之多.其中,我们最为熟悉的是8051和68H结构的产品.嵌入式系统的处理器可以分为两大类：一类是采用通用计算机的CPU为处理器,如X86系列；另一类为微控制器和DSP,微控制器具有单片化、体积小、功耗低、可靠性高、芯片上的外设资源丰富等特点,成为嵌入式系统的主流器件.

当前,嵌入式系统处理器的发展趋势主要采用32位嵌入式CPU,其主流系列有ARM（包括Intel公司的strongARM和XS－cale）、MIPS和SH三大系列.嵌入式系统CPU的另一类型为DSP.当前,DSP处理器的典型结构是单片化嵌入式DSP,如TI公司的TMS320系列；另一类是在通用CPU或单片系统中增加DSP协处理器,如Intel公司的MCS-296等.

3嵌入式系统平台在电力监控系统中的应用

一般情况下,对于电站的计算机监控系统和电力调度系统,数据量都大,可靠性要求也高,有的还需要实时性,所以必须采用以计算机为主的监控系统才能满足要求,一般采用分层分布开放式系统结构,整个系统功能主要有数据采集与通讯、显示与监视、故障诊断与报警、自动发电控制、自动电压控制、机组和断路器的控制、事故顺序记录、水流量计算、培训仿真等,其中,以下几点是非常重要的：

（1）数据采集：对电厂生产过程的各种数据量、模拟量、状态量等进行自动采集,并把采集的数据进行自动整理.

（2）数据处理：根据各种工况的要求和工作模式,对所采集的数据进行计算,按照各程序进行控制、监视、定值给定和最佳运行.

（3）数据通讯：与调度中心或控制中心进行数据通讯,把电厂运行状态参数传送给调度中心相关人员.这种分布开放式系统可完全满足高效率、高利用率、最大灵活性、良好的兼容性以及安全可靠和抗干扰能力强的要求.

4嵌入式系统平台的总体结构

嵌入式平台主要完成以下功能：对电压、电流等信号进行采样,A/D转换；对所采集到的数据进行计算分析,得出各种监测指标参数；将采集到的数据转变成遵循TCP/IP协议的形式,然后上传到Inter上.工作人员可以通过Inter实时浏览在线监测信息.数据存储部分存储大量历史统计数据,采用掉电保护设计,在系统掉电情况下数

据不会丢失.嵌入式平台的总体结构

如图1所示.

图1嵌入式系统平台的总体结构

5结束语

本文只是嵌入式平台和DSP技术在电力系统部分领域中应用的一个简单介绍和探索.紧跟嵌入式系统技术的新发展,将最新的技术融入电力理论和实际应用中,使我国电力系统能在某些方面走向世界前列.