基于嵌入式系统的电力配电柜采集及显示终端开发

基于嵌入式系统的电力配电柜采集及显示终端开发

王志猛、赵雪娥、齐晓洁

聊城市光明电力服务有限责任公司临清分公司  山东 聊城 252600

摘要：随着计算机信息和物联网通信技术迅猛发展，智能配电系统作为智能网的关键一环，正在快速发展。美国通用电气、德国西门子和法国施耐德等国际知名的电气公司的配送电开关柜已经通过加装智能模块、物联网设备接入网关及开发智能设备等方式实现了数据的采集和互联，配电数据也可接入云平台实现大数据分析功能。国内的大型电力设备生产商也在研发和设计各类智能配电设备，进行高压开关盘柜智能化升级和布局。

关键词:一体化配电柜集成终端;嵌入式系统;多仪表融合

引言

基于电力系统的物联网建设是推动传统电网向能源流、业务流、数据流“多流合一”的能源互联网转型跨越的关键，是实现互利共赢的能源生态，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的重大机遇。其中，智能感知与智能终端是电力系统及装备状态感知层的核心基础单元，是海量元信息感知与采集的主要来源，智能感知和智能终端的技术水平直接决定了电力物联网中的信息物理融合的建设进程，是当前电气工程领域的研究热点。

1开关设备智能终端集成化的原理和功能

按照现有传统开关柜的基础标准和智能电网的建设要求，通过开发基于微控制器的智能监控终端，可完成多仪表集成、数字化和网络化，同时可实现智能采集、传输和互联。简化制造过程的繁琐工艺，加强操作安全和可靠控制，如图1所示。本文智能终端开发目标是将配电柜的保护检测和显示操控整合成一体。在分析国内外同类产品性能的基础上，采用嵌入式智能化技术，面向未来建设智能电网的需求，研发开关设备智能仪表集成系统，实现高低压配电设备的电力参数的智能化采集、显示和传输。该智能终端可接入大数据云平台、实现语音控制和远程监控等智能化功能，为智能电网和分布式能源的实施提供支持服务。同时通过智能化开发，还可解决目前开关电气设备布线难、维护难和成本高等工程难题。

2柔性互联智能配电网概念与结构特点

传统交流配电网通常是闭环设计、开环运行的单辐射状网络，面临着大量电力电子装置接入的挑战；新兴的直流配电网则在配电线路损耗、消费端分布式新能源与储能接入等方面展现出优势，在现阶段以及未来较长时间内，配电网将呈现出交直流混联共存、微电网（群）蓬勃发展等趋势。柔性互联智能配电网这一概念，则是将配电网中各条馈线、各个交/直流配电子网或微电网（群）等通过柔性互联设备（flexibleinterconnecteddevice，FID）连接，使得各配电子网或微电网充分发挥其自身特性，实现分布式新能源、储能设备、电动汽车等的友好接入，并在各配电子网或微电网间实现智能调度，达到潮流控制、有功无功功率优化、能量互济、协同保护等功能。一个典型的柔性互联智能配电网。变电站引出的两条馈线，可调节馈线间的功率分配；FID2连接了交流配电网和直流配电网；FID3连接了不同变电站引出的馈线，可避免两站间直接互联导致的电磁环网和合闸冲击；FID4作为微电网接入配电网的接口，起到了能量路由的作用。

3智能终端的硬件设计

3.1系统总体架构

开关设备智能终端既要跟下位机通信又要与上位机通信并且需要友好的操作界面，需要具有较强的CPU处理能力。配电柜的工作环境比较恶劣且长期运行，对智能终端具有超高的稳定性和具备恶劣环境的适应性，需要选择工业级以上的硬件芯片，才能保证系统的长期稳定可靠。在国产高性能嵌入式AＲMCPU中，以瑞星微和全志为主，其高端芯片性能较强，但是这类芯片的主要应用还是消费类电子产品，如娱乐平板、机顶盒、商业显示器以及VＲ等，但缺乏在恶劣工业环境应用的案例。NXPiMX6芯片具有商业级、工业级以及车规级等多种规格可选，产品上市已有7～8年，在全球车载市场拥有广泛的客户，并在许多工业和车载项目中得到成功应用，且通过各类抗干扰的严格测试。

3.2数据采集层研究

基于区块链技术的智能电网数据采集主要通过加密技术得到密钥和密文，完成本层数据管理的数字签名和信息加密。传统的智能电网数据管理需要设置一个统一的网络传输管理机构作为网络传输中心，而区块链技术能够将这个传输点的任务平均分配给每个区块节点，使这些节点既承担了数据传输的任务，也具备路由器网络协议以及区块信息认证的任务。这样可以使区块节点依据时间序列存储在主体中，在区块节点被同时破坏50%以上之前都能不受干扰继续传输网络数据，也能使所有的智能电网数据做到有据可查，同时还能保障智能电网数据库的安全，确保基于区块链技术的智能电网数据不会被任意修改或非法追溯。

3.3分布式储能优化配置

借由其潮流调节能力和配电子网互联功能，FID为配电网提供了能量的空间调配能力；配电网中的分布式储能设备通过在接入处适时充放电，实现了能量的时间调度。上述两者在能量调配方面具有相似互补性质，它们在柔性互联智能配电网中的协同优化配置值得加以关注。柔性互联智能配电网中分布式储能的优化配置问题首先应对储能系统有较为准确的描述。针对电池储能与功率转换系统构成的四象限运行储能系统，建立了其有功、无功功率耦合的储能运行模型，并对其容量约束进行分段线性化，通过混合整数二阶锥规划算法求解了该储能系统的选址定容优化配置问题提出了将储能系统的运行生命周期损耗（lossoflife，LOL）成本纳入系统调度成本的研究策略，通过分别讨论锂电池和铅酸电池等储能形式，在不同运行场景下分析了调度成本关于储能LOL成本的敏感性，说明了考虑储能LOL成本的重要性；将储能参与电力市场的直接收益和间接收益作为分布式储能规划问题的考虑标准，建立外层储能侧综合收益及其他收益最大化、内层各主体协调运行成本最小化的双层决策问题，以改进粒子群算法求解，验证了市场机制下的储能系统优化配置方法。

结束语

近些年区块链技术经过飞速发展，尤其是在智能电网数据管理领域达到一个新的高度。本文对基于区块链技术的智能电网数据管理框架进行研究，完成了数据采集层、场景应用层的功能搭建，并对运行机制和关键技术进行研究，分析了数据传输和保护的基本流程。但本文只是构建了基于区块链技术的智能电网数据管理的简单框架，对于其详细模式还需要进行进一步研究。

参考文献

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