fpga智能電網(wǎng)解決方案

1、fpga,智能電網(wǎng)解決方案:Microsemi FPGA開發(fā)平臺(tái)推動(dòng)智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車發(fā)展1 Microsemi FPGA開發(fā)平臺(tái)推動(dòng)智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽 車發(fā)展 致力實(shí)現(xiàn)智能、安全，以及互連世界的半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先 供應(yīng)商一美高森美公司宣布與電力線通信開發(fā)商ArianeControls 公司合作，為業(yè)界首個(gè)支持主要新興電動(dòng)汽車充電和相關(guān)智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)平臺(tái)提供FP GA技 術(shù)。ArianeControls的 AC-CPM1AutoGradeJ2931評(píng)測和開發(fā)板充分利用MicrosemiProASIC3快閃FPGA的性能和靈活性。加快電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車供電設(shè)備之間的J2931汽車標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)的開發(fā)

2、速度。MicrosemiProASIC3FPGA是行業(yè)內(nèi)能夠滿足結(jié)溫要求達(dá)135攝氏度的Grade1AEC-Q100汽車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。美高森美副總裁兼 SoC產(chǎn)品部門副總裁兼總經(jīng)理EsamElashmawi稱：“我們非常高興能夠在電動(dòng)汽車和臺(tái)匕相關(guān)智發(fā)揮重要作用。這個(gè)平臺(tái)結(jié)合FPGAArianeControls的電力線通信技術(shù)，為汽車制造商創(chuàng)建二匕皆 -非常高效的、高靈活性的開發(fā)環(huán)境，以配合 J2931標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)發(fā)展。隨著這些標(biāo)準(zhǔn)最終確定和獲得批準(zhǔn)，我們的FPGA產(chǎn)品還可為智能汽車充電系統(tǒng)的生產(chǎn)提供理想的解決方案?！盇rianeControls的 AC-CPM1AutoGradeJ293

3、1 平臺(tái)使用Microsemi ProASIC3快閃FPGA來運(yùn)行Ariane經(jīng)過驗(yàn)證的PLM-1知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊，為在現(xiàn)有線纜上傳送數(shù)據(jù)提供簡單、穩(wěn)健且經(jīng)濟(jì)的方法。MicrosemiProASIC3快閃FPGA顯著減少 自發(fā)熱問題，并可在更高溫度下運(yùn)行， 而且增加了設(shè)計(jì)余量，可以抵御發(fā)的固錯(cuò)誤，并且消除SRAMF PG常見的配置存儲(chǔ)器翻轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，因而成為汽車動(dòng)力傳動(dòng)和安全系統(tǒng)的理想選擇。ArianeControls汽車產(chǎn)品開發(fā)部門負(fù)責(zé)人MarioLe page表示：“ AC-CPM1AutoGradeJ2931平臺(tái)充分利用美高森美功 能強(qiáng)大的P roASIC3 FPGA產(chǎn)品，構(gòu)建出目前唯一適用于

4、嚴(yán)苛 汽車環(huán)境的評(píng)測和開發(fā)解決方案。這款全新設(shè)計(jì)采用 Ariane 技術(shù)，并為用于電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車供電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化J1772TM連接器的控制導(dǎo)引線路通信而優(yōu)化。我們現(xiàn)在可為 汽車制造商和充電站制造商提供開發(fā)平臺(tái)，使他們能夠持續(xù) 測試和評(píng)估下一代電動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的通信方式?！逼弘娋W(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)方案電網(wǎng)廣域監(jiān)控分析仿真節(jié)點(diǎn)技術(shù)方案背景近年來，世界主要發(fā)達(dá)國家相繼開展了智能電網(wǎng)相關(guān)研究工作，國內(nèi)外智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用，電 網(wǎng)向智能化方向發(fā)展已成為必然趨勢。隨著電網(wǎng)公司現(xiàn)代化 電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行管理的進(jìn)行， 新技術(shù)、新設(shè)備的推廣應(yīng)用工作，大量科研成果已轉(zhuǎn)化并廣泛應(yīng)用到實(shí)際工程中，為建設(shè)統(tǒng)堅(jiān)強(qiáng)智能

5、電網(wǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐和設(shè)備保障。但距智能電網(wǎng)發(fā)展要求還有一定差距，主要表現(xiàn)在:1. 電力系統(tǒng)運(yùn)行特性日趨復(fù)雜，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求越來越高，安全控制難度不斷加大。長期沿用的基于局部信息的電力系統(tǒng)分析和控制手段，將難以滿足超大規(guī)模電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。必須要擴(kuò)大安全分析與監(jiān)視的范圍，把握電網(wǎng)全局信息，及時(shí)準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。2. 經(jīng)濟(jì)調(diào)度，節(jié)能調(diào)度和精細(xì)化管理要求日益提高?，F(xiàn)有依賴人工安排的計(jì)劃制定模式無法滿足精益化管理要求。必須要調(diào)度計(jì)劃平臺(tái)，包括母線負(fù)荷預(yù)測，考慮安全約束的經(jīng)濟(jì)調(diào)度等功能。3.自然災(zāi)害的預(yù)防 4.技術(shù)支撐系統(tǒng)已初具規(guī)模，但對(duì)業(yè)務(wù)變化的快速反應(yīng)能力亟待提高。傳統(tǒng)電力系

6、統(tǒng)安全性研究基于可靠性理論和還原論的基礎(chǔ)，已經(jīng)無法解釋連鎖性大停電事故發(fā)生機(jī)理，更無法給出防止和抑制這類事故發(fā)生的全面解決方案?，F(xiàn)代電網(wǎng)安全性理論認(rèn)為，現(xiàn)代大電網(wǎng)復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)固有的自組織臨界性特征的動(dòng)力學(xué)行為引發(fā)一系列的，復(fù)雜的，不可預(yù)測的和無序的混沌狀態(tài)的爆發(fā)。原先從上至下建模和控制方式的數(shù)學(xué)方法，已經(jīng)不能處理這個(gè)相互之間即具有依賴性，連通性，又具有復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)特征的大系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)無標(biāo)度特征和自組織臨界性，是事故內(nèi)在動(dòng)力。利用電網(wǎng)自組織臨界性特點(diǎn)，同當(dāng)前發(fā)展的廣域測量系統(tǒng)及原有的SCADA系統(tǒng)相結(jié)合，建立實(shí)時(shí)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，從而監(jiān)測電力系統(tǒng)距出現(xiàn)自組織臨界性臨界點(diǎn)的安全域值，進(jìn)而

7、采取適當(dāng)措施降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。這種方式對(duì)于從總體上研究電網(wǎng)連鎖性故障的機(jī)理，預(yù)測各種規(guī)模停電事故的信息，最終找到緩解和預(yù)防大停電事故的方法和途徑具有重要現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)是還原論思想方法，在分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為時(shí)先建立系統(tǒng)中各元件的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，通過方程式表述，將系統(tǒng)描述為巨維的微分-代數(shù)方程組，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到系統(tǒng)的解。但在應(yīng)對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)連鎖反應(yīng)事故和大停電機(jī)理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為方面不確定性日益增多，這種以還原論為基礎(chǔ)的分析方法已經(jīng)無能為力，很難揭示系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)行為特征，暴露出明顯的局限性。同時(shí)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目不斷增加，傳統(tǒng)方法在計(jì)算能力和計(jì)算精度方面的局限

8、性也越來越明顯。更重要的是，怎樣識(shí)別一個(gè)不太嚴(yán)重的故障是否會(huì)引發(fā)電網(wǎng)的連鎖崩潰這樣的問題，能夠揭示故障傳播機(jī)理，才真正是防止大停電事故必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。而傳統(tǒng)還原論的分析方法并不能從電網(wǎng)整體特性上去分析故障傳播的機(jī)理。針對(duì)基于還原論仿真系統(tǒng)不足，應(yīng)用復(fù)雜性科學(xué)理論研究電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，提供了全新的視角，有助于我們從整體上把握電力網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，并討論相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性。但復(fù)雜系統(tǒng)理論方法是在忽略系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的細(xì)節(jié)場景上求得對(duì)系統(tǒng)整體行為的把握，僅僅依靠復(fù)雜系統(tǒng)理論方法難以獲得系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)行為的真實(shí)描述，也難以指導(dǎo)連鎖性故障的實(shí)際防治策略。以PML為基礎(chǔ)的廣域測量系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)重

9、要支撐技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地反映全網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，作為電網(wǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測的新技術(shù)和重要手段，在狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗(yàn)證、繼電保護(hù)及故障定位等方面獲得重要應(yīng)用。合理配置和充分利用同步相量信息，對(duì)構(gòu)筑新一代電網(wǎng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)，特別是防止大停電事故的發(fā)生,維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要的作用。但 WAMS至今還沒有像預(yù)期那樣廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定分析和控制的主要原因是:1. PM尿集的相量信息的利用缺乏突破，數(shù)據(jù)挖掘工具僅限于傅立葉變換和 Prony分析，缺乏可行的方法來求取實(shí) 測軌跡的穩(wěn)定裕度。2. 缺乏將 WAM與數(shù)字仿真結(jié)合的理論及思路3. WAMS通道的可靠性及其時(shí)延的不確定性。目標(biāo)開

10、發(fā)低成本高性能的監(jiān)測分析仿真節(jié)點(diǎn)，在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)廣泛部署，應(yīng)用創(chuàng)新的全域超實(shí)時(shí)仿真思路，為WAMS提供底層支撐，用于實(shí)現(xiàn):1.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測 輸電線路暫態(tài)和動(dòng)態(tài)行為監(jiān)測，采集電壓，潮流（輸電線路和變壓器是否過載，區(qū)域間潮流轉(zhuǎn)移是否越限），局 部頻率，ACE指標(biāo)，時(shí)間偏差（一定時(shí)期內(nèi)，時(shí)間頻率和額 定頻率累計(jì)）等信息。 微氣象在線監(jiān)測，獲得空氣溫度，相對(duì)濕度，風(fēng)速，風(fēng)向等信息，并采集線路覆冰，舞動(dòng)及弧垂視頻圖像。2.分布式在線分析 在監(jiān)測基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分布式實(shí)時(shí)處理，在線狀態(tài)估計(jì)，在線參數(shù)辨識(shí)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、模型驗(yàn)證及故障定位等功能。 在線參數(shù)辨識(shí)，利用小波算法對(duì)暫態(tài)數(shù)據(jù)在線分析，對(duì)最開始周波定量分析，

11、實(shí)現(xiàn)參數(shù)辨識(shí)與定量分析，識(shí)別出 復(fù)雜振蕩過程中所包含的多個(gè)模式隨時(shí)間的變化規(guī)律。 利用全局時(shí)標(biāo)信息實(shí)現(xiàn)輸電線路頻率特性系數(shù)的在線定量分析，利用Dfffing方程具有良好頻率與幅值敏感性 的特征，應(yīng)用混沌算法，檢測出基波微弱頻率變化，進(jìn)行全 局和局部頻率改變的檢測和跟蹤，實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程定位。 輸電線路故障選項(xiàng)與測距，利用小波變換時(shí)頻特性，提取出故障后各相a模電流的行波能量，根據(jù)不同故障類型 中各相電流行波能量的相對(duì)關(guān)系，在線識(shí)別出單相接地，兩 相短路和三項(xiàng)故障。特別是，運(yùn)用小波分析僅需要行波電流 前1/8周期信號(hào)，能夠滿足自動(dòng)重合閘實(shí)時(shí)要求。并可利用小波變換對(duì)奇異信號(hào)敏感的特性，有效地提出故障行波

12、的奇異性，利用小波變換模極大值的傳播來計(jì)算故障距離。低頻振蕩在線分析與定位，不依賴 于經(jīng)Prony分析得到振蕩模式特征向量組的方法，而是利用 小波變換時(shí)頻特性，對(duì)節(jié)點(diǎn)間的電壓相角差振蕩時(shí)間曲線進(jìn) 行分析，提取低頻振蕩模式。在此基礎(chǔ)上利用廣域分布的節(jié) 點(diǎn)在全局時(shí)標(biāo)下采樣的分析數(shù)據(jù)，快速定位振蕩中心區(qū)域。通過圖像識(shí)別算法，依據(jù)現(xiàn)場采集的視頻圖像，在線判 斷覆冰類型，舞動(dòng)模式與幅度以及弧垂參數(shù)，并識(shí)別出不均 勻覆冰或不同期脫冰。 模型校核，生成完整的大范圍系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線，將實(shí)測數(shù)據(jù)加入傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法中，并給測量數(shù)據(jù)以較大的權(quán) 重，用以校核模型和參數(shù)，提高狀態(tài)估計(jì)精度。3. 廣域超實(shí)時(shí)仿真 利用人工神

13、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，EEAC等算法，將采集數(shù)據(jù)與廣域仿真系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn):廣域在線N-1仿真，判斷系統(tǒng)安全裕度超實(shí)時(shí)廣域暫態(tài)仿真，得到系統(tǒng)未來受擾軌跡，判斷措施合理性。暫態(tài)實(shí)測軌跡穩(wěn)定裕度分析，結(jié)合EEAC 算法與內(nèi)建模型，在線判斷暫態(tài)穩(wěn)定性。 結(jié)合設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息和所處環(huán)境氣象信息，以及相關(guān)歷史采樣信息與歷史負(fù)荷，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)算 法，預(yù)測設(shè)備故障可能性與網(wǎng)絡(luò)阻塞可能性。篇三：智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)采集，智能電網(wǎng) 現(xiàn)代觀念的智能電網(wǎng)由高效、可靠、隨時(shí)保持有效的配電網(wǎng)絡(luò)組成。為了達(dá)到這些目標(biāo)，電網(wǎng)必須支持配電資源管 理，例如太陽能和風(fēng)能發(fā)電，據(jù)此，新型電氣設(shè)備

14、能夠獲得 所需的新能源，例如，大量的電動(dòng)汽車或現(xiàn)代化家電便利設(shè) 施。由于人們對(duì)電網(wǎng)的依賴性非常大，所以正常運(yùn)行時(shí)間成 為關(guān)鍵，電網(wǎng)必須 7x24小時(shí)不間斷、高效運(yùn)行。任何機(jī)械 系統(tǒng)常見的、甚至是最普通的系統(tǒng)故障和缺陷都是不可容忍 的。所以智能電網(wǎng)必須自動(dòng)檢測系統(tǒng)故障，然后快速隔離， 以便快速修復(fù)。實(shí)現(xiàn)這一愿景的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)：高精度和動(dòng)態(tài)可用性。全球范圍的供電公司都采用智能電網(wǎng)設(shè)備，此類設(shè)備提供關(guān)于 動(dòng)態(tài)變化負(fù)荷的高精度、隨時(shí)間變化的信息。為精確收集此 類電力數(shù)據(jù)，必須同時(shí)采集所有電力線的電壓和電流數(shù)據(jù)， 供電公司即可了解不同相之間的時(shí)序，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行 時(shí)間。最關(guān)鍵的應(yīng)用是測量三相功率，要求

15、每條線路有多路 時(shí)間對(duì)齊的模擬輸入，用于測量電壓和電流。本文回顧三相系統(tǒng)的功率測量要求，然后介紹稱為Petaluma的新型子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)監(jiān)測智能電網(wǎng)，時(shí)收集三相模擬數(shù)據(jù)。Petaluma為更加智能的電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理 提供了保證。三相電功率測量基礎(chǔ)知識(shí):三相電力系統(tǒng)承載頻率相同的三相交流電，各相之間彼此相位差120 。圖1所示為三相電壓波形，圖2所示為配置為4線丫型或星型連接的三個(gè)單相。3線丫型連接與沒有零線的 4線連接完全相同。零線連接至丫型配置系統(tǒng)的中心點(diǎn)，供不平衡負(fù)載使用。如果負(fù)載恰好平衡，意味著各相電流相同，相電流彼此抵消，零線中沒有電流。因此，3線連接常用于平衡負(fù)載。顯而易見，線越

16、少，消耗的銅纜就越少，系統(tǒng)成 本越低、也更經(jīng)濟(jì)。圖1.三相電波形。三相均為交流電，頻率相同，各相之間彼此相位差為120 。圖2線丫型配置。負(fù)載不平衡時(shí)，使用零線。功率是負(fù)載上電壓和電流的乘積。功率計(jì)包括電流表和電壓表，一起測量電力線上的功率。對(duì)于三相三線系統(tǒng)，測量總功耗至少需要 兩個(gè)功率計(jì)，如圖3所示?？偣β蕿閮蓚€(gè)功率計(jì)的瓦特?cái)?shù)之和。圖3線丫型系統(tǒng)負(fù)載?？偣β蕿閮蓚€(gè)功率計(jì)的瓦特?cái)?shù)之和。在這里，我們有必要對(duì)圖3中的電路進(jìn)行簡要分析。以三相負(fù)載的中心點(diǎn)作為 0V參考點(diǎn)。貝y：現(xiàn)在，我們需要稍做修改。然而，僅使用兩個(gè)功率計(jì)，是不能計(jì)算每相功率的；如圖 4所示，測量每相的功率基本 要求三個(gè)功率計(jì)，每相

17、一個(gè)，此時(shí)將零線用作地參考點(diǎn)。對(duì) 于負(fù)載不平衡的4線三相系統(tǒng)，零線中有電流。盡管可對(duì)全部三相電流進(jìn)行求和，從而計(jì)算得到通過零線的電流，但額外增加一個(gè)電流表來測量零線的電流更簡單。此外，在發(fā)生電流故障時(shí)，這種方法提供的數(shù) 據(jù)更有效。圖4.采用7路模擬輸入的三相功率測量配置 如圖4所示，有3個(gè)電壓表和4個(gè)電流表。每個(gè)表需要個(gè)電流變壓器或電壓變壓器和一個(gè)ADC模擬輸入，將模擬 電壓/電流信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。中央控制單元負(fù)責(zé)處理這 些數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)。 與直流電源不同，無論負(fù)載如何，每相交流電壓和電流隨時(shí)間發(fā)生變化。因此，ADC必須同時(shí)采樣輸入，以正確計(jì)算瞬態(tài)功率。一種方案是采用7個(gè)獨(dú)立的ADC每個(gè)電壓表或電流表一個(gè);中央控制單元需要連接全部并行的 ADC但這種方法存在問題。這種方法中，要求控制器和ADC之間有許多控制線，造成電路板布局較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以優(yōu)化性能。為提供大量10,控制器封裝的尺寸可能也較大。有一種更好的解決方案：采用多通道ADC這正是Petaluma子系統(tǒng)的解決方案。確保高精度三相監(jiān)測：高精度三相功率監(jiān)測必