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基于SOC／IP智能电力系统 |
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| 基于SOC／IP智能电力系统 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:39:07  |
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顾士平 吴军基 吴殿峰 杨 伟
南京理工大学动力学院 南京 210094
1 引言
随着科学技术的发展、经济水平的提高，用户对电力的质量、可靠性、平稳性、经济性提出越来越高的要求。特别我国已加入WTO，电力行业将面临国际化竞争，不提高电力系统的质量将会被市场淘汰，因此电力系统的智能化改造是十分必要的。
新型顾氏网络协议（能实现印刷板级总线、现场控制总线、局域网、广域网的大统一（1）；能实现网络的QoS实时传输（2）；能实现数据链路层高强度数据的加密传输（3）。）系统芯片（SOC／IP）的开发，为智能电力系统的实现提供了现实可能性，现在要建设智能电力系统是完全可行的。可以在经济能承受的情况下，逐步实现电力系统智能化。
2 概念
SOC／IP：Systemon chip系统建立在单芯片上／IntellectualProperty自主知识产权。
IESOC：Intellectualized Electronic powerSystemOn Chip基于芯片的智能电力系统。
智能电力系统分为三个子系统：智能发电子系统；智能输／配电子系统（智能电网）；智能用户子系统。
智能电力系统：利用SOC技术、信息技术等控制三个电力子系统协同工作，使系统效率最高、经济效益最好、系统运行平稳。
利用SOC／IP芯片能组成一个完整的电力测量／控制系统，各种IP自主知识产权SOC核可通过编程实现复用，在单一芯片上完成以前多块芯片才能完成的工作，尤其适应电力系统各种参数的测量、运算处理和控制。将智能电力系统核做在一块芯片上，这样既大大提高了电力系统的可靠性，又使成本降低了一个数量级，大大地缩小了系统的体积，同时也缩短了系统更新换代的速度。目前，国外已经将研究电力系统智能化方向转向芯片系统。
3 IESOC／IP功能
IESOC／IP分为三类SOC／IP（如图1所示）：智能发电用IP核；输电／配电用IP核；智能用户管理控制IP核。
SOC／IP是个强大可编程芯片，集成了A／D转换、PWM变频控制、I／O控制、DSP数字处理芯片、32位RISC微控制器等。IESOC／IP已根据电力系统的要求固化了部分IP。可根据具体使用对象不同再进行少量设置、编程。
发电厂
智能发电用SOC／IP：是利用IP复用核根据电网情况来进行发电机测试、温度测试、排放废气成分测试、水汽测试，对发电量、发电功率、发电电压、发电电流、发电的功率因数等进行高阶处理，实现故障诊断，故障预测，发电机控制，燃料控制／管理，给水控制，发电效益核算等。以使系统达到最优的经济效益，将环境污染减少到最小。
输电／配电网
智能输／配电用SOC／IP（智能电网SOC／IP）：
动态管理电网，监控、预测电网运行情况，及时预警、动态调度，使电网避免崩溃，电力系统是产供销同时进行的，不能存储，因此协调好系统，可节约大量能源同时减少污染，保证电力系统的稳定性。输／配电系统的设备类型多，分布范围广，因此输／配电系统管理是智能电力系统的关键。
智能输电SOC／IP有以下几种不同的核：变电站管理SOC／IP核；输电电网管理SOC／IP核。
智能配电测试／控制／管理（配网自动化）：配电变压器测试／控制／管理；计量管理；线路测试／控制／管理。
智能用户
智能用户分为大用户和普通用户。智能用户管理控制SOC／IP可以实现电能质量实时监测、电力远程抄表、电力负荷控制、动态电力调度等。
下面以变电站系统为例介绍IESOC／IP的应用。
对于上述三类智能SOC／IP中，又有许多不同的设备。因此对于每种设备都开发一个SOC／IP是不现实的。可以采用通用核直接集成（如TCP／IP协议核）、针对具体情况的应用核实现IP复用（可编程）。
4 6SP系列IESOC／IP核介绍
下面介绍南京理工大学动力学院正在开发的IESOC的IP芯片SOC－250。
芯片中包含以下部件：A／D变换电路、PWM控制、I／O输入／输出口、专业DSP数字信号处理器、RISC精简指令微处理控制器、SRAM静态随机存储器、Flash ROM、以太网MAC＋PHY、232／485／CAN接口等部分构成。芯片布局图如图2所示。
A／D变换器：实现16路12位A／D变换，电力系统的各种参数通过模拟量的输入通道或数字量的输入通道送入SOC／IP芯片内进行处理。采用高性能的12位A／D转换器，转换时间短、误差小。
PWM输出口：PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是利用相当于基波分量的信号对载波进行调制，达到调节输出脉冲宽度的目的。此输出口可以实现变频控制，目前电气传动自动化中应用广泛的就是变频调速控制。
DSP数字信号处理器：DSP芯片可以实时快速地进行复杂的数字信号处理，具有运行速度快、精度高、集成方便等特点。DSP芯片对输入的信号进行适当的处理，以达到系统的要求，例如谐波分析、故障分析等。
RISC处理器：SOC－250内部包含两个不同性质的可编程芯片：高层为一个可编程性RISC核，内部具有自主开发的操作系统，主要是协调各部分的操作，同时实现网络通讯协议的实现（如：TCP、IP、UDP等）；低层为一个高吞吐量的可编程数字信号处理器DSP核。
MAC＋PHY：SOC－250提供了网络接口，媒体访问控制（Media Access Control，MAC）层和物 理层（PhysicalLayer）主要是为了实现与电力信息网的连接，这样可以实现信息的远程监控。
IP可重用核：SOC系统集成了一个复杂的系统，芯片的集成度大、速度快，还要解决各种干扰问题，完成系统级设计是一个十分艰巨的任务，所以，在设计过程中，可以利用已经过验证的IC电路模块，以缩短设计时间。这些已验证的，可重复使用的IC电路模块具有知识产权问题，通常称为IP（IntellectualProperty）可重用核。fs
232／485／CAN接口：SOC－250还提供了232／485／CAN接口，可以在工业测控系统中的不同系统或不同计算机之间进行数据通讯，实现信息的交换。
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