农村变电站嵌入式系统设计浅议

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乡村振兴作为我国新时期全面建成小康社会和社会主义现代化强国的战略之一，对农村农业发展做出重大部署。长期以来，农村城镇电网建设因缺乏统一规划指导，导致乡村电网基础设施简陋、供电质量差、能源消耗大。加之农村存在地域特性，对电网结构不合理之处也未充分意识到其重要性，严重阻碍了乡村经济健康发展。科学技术的应用不仅改善了变电站安全信息集成系统性能低下的处境，还对嵌入式系统设计进行持续优化。结合《农村电力需求评价和电网规划》，分析变电站二次系统改革技术对安全信息集成建设的推动作用。

由2009年水利水电出版社出版的陈拥军、姜宪著《农村电力需求评价和电网规划》一书，采用清晰的思维逻辑对农村电力需求从理论、实践并重的角度展开论述。本书共分为三部分六章节，第一部分论述了农村对电力的内在需求与电网建设必要；第二部分通过逐层分析法围绕农村电力需求展开综合评价、电量预测、电网建模及数据端口的方法研究；第三部分则说明农村电网规范系统基于GIS的开发研究和功能扩张。对从事电网建设人员、科研人员及高等院校相关师生提供了理论知识与参考价值。

随着变电站设施建设逐渐往集成领域发展，变电站在结构配置、应用技术上也不断朝着信息化、自动化转变。集成的应用可以将分散的孤立信息通过聚类或融合的途径改变其碎片化的原始状态，从而构造出具有内部逻辑关系的系统整体。其形成的不同组态方式可以推进嵌入式系统性能的平衡以及实现智能化的理想效果，该系统的灵敏性、扩展性不断帮助变电站针对运行信息、设施信息等相关操作提供重要途径，促使整个流程向变电站安全信息集成迈进。但想彻底改变农村落后的电网建设现状，就必须突破传统变电站安全信息运作模式的应用瓶颈。在社会各行业竞争压力愈发激烈的时代背景下，变电站安全信息智能控制系统一体化建设在不断转型升级，其效率高、周期短、消耗低的特性成为电能输送的关键环节。我国较为成熟的集成系统多是基于TOC理论、遗传算法、Web技术，这有利于嵌入式系统设计的不断优化。

变电站安全信息集成嵌入式系统一般由软件和硬件双重平台通过机械嵌入式模块实现设计应用。其中包括硬件系统与驱动层结合设计出的具有交互性的软件系统，通过裁剪嵌入式操作系统实现运作，中止应用程序接口可让系统中的应用软件与操作系统实现交互。变电站安全信息集成嵌入式硬件系统设计包括了智能采集器、集成存储器的安装、集成处理器的改装以及系统电路的设计。安全信息智能采集是变电站集中监控的基本途径，传统的辅助监测设备利用规约形式实现数据互通，已不太适用于每种设备单独模块的开发采集。变电站安全信息智能采集器便于接入各种设施设备，利用基于ARM的32位高速单片机的采集模块对设备进行监测。对监测设备数据进行周期性采集，实时分析安全告警数据等特征，将无异常和重复的数值进行过滤储存后，通过通用分组无线服务技术将采集到的有效数值输送到监控中心。当智能终端出现故障或是离线时，不影响对事故时段的补录采集，若人工发现数据有误可进行重新采集或数据更新。集成处理器一般采用ARM的CortexTM－M4型处理器，是ARM为了降低使用难度且有效进行控制、处理一体化的混合功能嵌入式处理器，又结合Cortex－M系列处理器低成本、低消耗的优点特征进行组合所成，使得变电站安全信息集成系统提高运行质量与效率。集成存储器为应对变电站运行程序需求，通过专业软件把变电站的安全信息录入组态储存器的变电站的存储矩阵，再编写相关安全信息处理控制对策，实现变电站以FPGA为核心的信息读控电路。系统电路设计要求将主控变电站安全信息写入控制电路，因为控制电路会对测试的时钟在不同状态下进行产出，并对信号测试的接入端口控制器进行把控，指令解码器接收数据后利用解码指令操作边界寄存器，对各功能进行扫描，JTAG接口会对装置系统以及内置处理器进行获取等操作作为变电站存储电路信号。

传统变电站会在原结构基础上加以规约转换板实现保护测控设备的通讯功能，仅一个内部转换虽满足了基本需要但会带来信息输送的缺失和成本的提高，往往不是最佳方案与途径。新时代发展下的变电站硬软件系统应朝着变电站三层式功能需求发展，而变电站信息集成嵌入式软件系统的设计优化可以促进硬件资源的合理配置，还可提高全面整体性能。因此，变电站安全信息集成嵌入式软件系统设计基于硬件系统设计平台，增添上层应用具有测控、通讯、保护等功能的运作环境。这要求软件系统设计中充分利用分层式思维为其提供支持所需的各类访问端口及硬件驱动。系统软件功能设计还应实现对实时变电站安全信息进行有效的收集、聚类、集成等操作。实时收集过程就是内部逻辑关联对各项集合进行频繁读取，通过装置设定好的运作公式以数据包形式进行输出。输出又重新转为新的输入，通过多次迭代、聚类直至不再发生变化而得到聚类结果。变电站安全信息集成过程存在安全运行跟踪和集成调控，根据节点坐标的不同状态看出主轴功率的曲线形态变化，清楚处理开始、结束、中断的各节点情况，再结合人工信息输入就能判断出运作现状及异常节点。随后，根据判断规则进行差异对比，实现后续跟踪与调控。

综上所述，农村变电站安全信息集成嵌入式系统设计不仅推动了乡村智能变电站的前进发展，也是降低农村电价、提高百姓生活质量的重要举措和农村经济进步、产业发展的基础设备。

作者:许国强 单位:运城职业技术大学智能制造与数智矿山学院