电力系统自动化系统的总体设计
电力系统复杂程度的增长以及设计理念的不断更新，对自动化的要求越来越高，应用于电力系统的自动化系统，要求具有高度稳定性、可靠性、安全性、实时性，设计一套满足要求并具有前瞻性的电力自动化系统对于电力行业以及自动化系统中各个自动化设备的生产厂家都具有重要的经济利益与研究意义。

标签：电力系统；自动化系统；设计
现在我国的电力系统中，已经存在不少的各种类别的自动化装置设计，但是我们应该认识到其中的大部分都是针对某些具体的装置开发，并没有多少可复用性，放大到整个电力系统中就是可移植性差并且与整体的设计要求有偏差。

从编程的角度看，许多自动化系统用的还是以往的流程图类线性程序，这类程序维护成本高，可移植性差，难以升级并使用最新的技术。

文章将从总体上对电力系统的自动化系统进行设计，用以解决一些当下自动化系统中存在的问题。

电力系统中的自动化系统可以分为两个部分，一个部分是硬件部分；另一个是软件部分。

两个部分可以分别进行设计，软件部分居于硬件部分之上，为了标准化以及可移植性，软硬件之间需要做好接口设计，并设计中间层用以隔离软件与硬件，方便日后维护。

1 自动化系统的硬件总体设计
电力系统中可以应用的自动化装置种类非常的多，主要可以归为两类，自动化装置算为一类，如备自投装置、自动准同期装置、无功综合控制装置、接地选线装置、低周减载装置等等；另一类为控制与保护装置，如稳定控制装置、母差保护装置、电动机保护装置、后备保护装置等等。

这些装置覆盖了测量、控制、保护、通信等各个领域。

自动化系统中的硬件方案设计，按照功能就是运行状态监视、设备保护、动态控制、故障信号处理等部分。

系统采用分层系统结构，按照在系统中的运行等级分为执行层、通信与信号处理层、以及承载软件运行的终端。

执行层为各种控制、测量、保护装置、报警装置，也就是具体的分布安装与电力系统中的各种自动化设备以及出现问题时能够发出警报的装置，这些设备的主要功能分为三类。

第一类是负责各种信号的测量，收集电力系统中各部分的运行状态与参数，并向上送入通信网络中。

第二类是各种保护装置，在尽可能的情况下应该应用可以由上端设置保护阈值的保护装置，实现更大的自动化范围。

第三类作为动作机构，能够接受上端命令进行动作。

通信与信号处理层为重要的信号处理媒介，由各BUS总线、各信号处理器、网络服务器构成。

BUS总线连接各种终端自动化设备与信号处理器，负责在信号处理器与自动化终端之间可靠的传送信号；信号处理层则作为一个媒介层，进
行各种A/D、D/A转化和不同协议之间的数据转换。

由于各种自动化终端现在并没有一个统一的标准，厂家各行其是，所以为了以后自动化系统的兼容性以及可维护性与可扩展性，需要一个媒介层隔离自动化终端与上层软件之间的联系；网络服务器则承载软件运行终端与信号处理器之间的媒介，在两者之间可靠传输信号。

软件运行终端可以选用计算机，也可以选择各种嵌入式操作系统，两种方式各有优缺点，应用计算机作为终端则可移植性更强，操作门槛较低，操作人员可以经过较少的培训就可以上手。

应用嵌入式操作系统的话，整个系统的实时性能会更高，因为其针对性更强，但是嵌入式操作系统对操作人员的要求较高。

从未来的发展来看，可以应用嵌入式操作系统，因为如果想连接计算机的话，嵌入式操作系统支持接入计算机网络，让计算机从总体构架上居于嵌入式系统之上，兼得两者的优点。

因此，承载软件运行终端的硬件载体为嵌入式系统所需硬件。

嵌入式操作系统需要的硬件较多，有以下必备几种：
（1）微处理器芯片，可以用DSP也可以用ARM，DSP的运行速度更高，更适合做运算，并且它还提供各种内置的接口协议，可以很方便的进行通信。

（2）电源管理电路，用以变压与稳压，为整个系统提供必须的能源。

（3）数据存储芯片，一是作为内存使用，需要能够高速读取的FLASH芯片；二是需要大数量存储量的芯片，用以存储日常数据。

其他电路DSP芯片已经基本集成与芯片内。

2 自动化系统的软件总体设计
在本次设计中，按照上节所述，将使用嵌入式操作系统。

嵌入式操作系统在运行层次上与计算机上的操作系统类似，都用应用程序层、系统层、驱动层以及硬件层，我们应用的是应用程序层，它和处理器及嵌入式操作系统的关联并不大，可以很好的保证软件系统的可移植性与可重用性。

底层的系统操作我们可以不用理会，只需要少量操作系统针对性设计就可以在操作系统上设计我们的程序了。

一是需要选择一个操作系统作为程序运行环境。

当前的嵌入式操作系统种类非常的多，它们各有千秋，在本次设计中，我们选用的是UC/OS，一是因为它的体积小，二是因为它的可移植范围非常的广，较为成熟。

所以我们选择它作为运行于DSP上的操作系统。

在完成操作系统的选择后，将进行自动化软件平台的设计。

软件平台设计需要针对电力系统中自动化系统功能进行分析，将各种不同功能划分为不同的任务，而后不同的任务运行不同的模块，软件平台负责调度协调各个模块的工作，满足自动化系统运行要求。

具体的模块划分，为测量模块、数据处理模块、输入
输出模块、通信模块、故障处理模块。

任务的调度、内存的分配、通信协议等问题属于操作系统问题，可以不用关心。

2.1 数据测量模块。

也就是定时采样任务，该模块的主要工作内容就是依据设定好的不同数据之间的传输协议方式向平台索要不同自动化设备的原始数据。

2.2 数据处理模块。

因为各种来源的干扰，采集到的数据存在大量的噪声，需要经过一定的算法处理才能获得有效的数据值，该模块负责依据不同数据来源，采用针对性算法对数据进行过滤加工。

2.3 输入输出模块。

也就是人机交互模块，包括键盘、指示灯、显示屏等等，键盘与显示屏的驱动操作系统本身就可以完成，只需要使用相应API。

2.4 通信模块。

通信模块分为两个部分，一个是数据传输监听部分，用以接受数据并送给等待者；一个是数据发送部分，用以提取数据缓冲区中的数据并按照设定的数据传输协议将数据发送出去。

2.5 故障处理模块。

该模块是数据真正的利用者，数据从数据处理模块流出后，送至此处。

它分为三个部分，分别为数据检查、具体故障处理、报警部分。

首先模块依据软件设定对数据进行检查，一旦发现数据存在问题时，将问题内容送至具体故障处理程序，故障处理程序依据问题内容采取操作。

如果该故障系统处理不了则交至报警部分处理，发出报警讯号。

2.6 日志记录模块。

电力系统日常运行情况对后续的维护和问题处理有着非常重要的意义，因此需要日志记录模块，它的数据来源于故障处理模块。

整个软件系统是以数据流驱动设计理念进行设计，模块化设计程序，可移植性高，可维护性好。

其大致数据流向为：
自动化终端->媒介层转换->网络服务器通信模块数据测量模块数据处理模块故障处理模块->日志记录模块->输出模块。

参考文献
[1]严晓蓉.电力自动化系统中的数据处理[J].电力自动化设备，2005（03）.
[2]王娜.电力自动化系统的应用分析[J].黑龙江电力，2012（12）.
[3]李海芬.对电力自动化系统的控制分析[J].暖通空调，2013（05）.
[4]黄颖.电力自动化系统智能保护测控设备的设计与开发[D].中南大学，2008.
[5]蔡媛媛.基于Linux的电力自动化系统无人值班的实现[D].华北电力大学，
2004（12）.
作者简介：吴俊，身份证号：510211************。