a b s t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o n ( d n r ) i sah o tt o p i ci nt h e r e s e a r c ho nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka u t o m a t i o ns y s t e mw h i c hc a ni m p r o v et h e n e t w o r kr u n n i n gs t r u c t u r e ，r e d u c ea c t i v el o s s ，a n di n c r e a s en e t w o r kr e l i a b i l i t y b yc h a n g i n gt h ec o m b i n a t i o ns t a t e so fs e c t i o ns w i t c h e sa n dc o n t a c ts w i t c h e s c o n s e q u e n t l y , i ti sm e a n i n g f u lt od e s i g nad n re x p e r i m e n td e v i c eo nw h i c h w ec a n p r a c t i s e t h e 氣d n ra l g o r i t h mr e s e a r c ha n ds i m u l a t et h ew h o l ep r o c e s s o f r e c o n f i g u r a t i o n 。 t h et e s tb e n c hi s c o m p o s e do ff o u rf u n c t i o nm o d u l e s ：d i s t r i b u t i o n n e t w o r kc i r c u i ts i m u l a t i o n m o d u l e ，e m b e d d e ds y s t e mm o d u l e ，d a t a a c q u i s i t i o nm o d u l e ，a n dr e c o n f i g u r a t i o ne x e c u t i o nm o d u l e a m o n gt h e s e m o d u l e st h ee m b e d d e ds y s t e mm o d u l e ，w h i c hi sc o m p o s e do f $ 3c 2 410 x m i c r o p r o c e s s o rb a s e do na r m 9 2 0 tc o r ea n dl i n u xe m b e d d e do p e r a t i n g s y s t e m ，i st h e c e n t e rc o n t r o lm o d u l e i t sm a i nf u n c t i o ni st or e c e i v et h e p a r a m e t e r sf r o md a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，r u nt h ed m ta l g o r i t h m ，a n dt h e n o u t p u ti t so p e r m i o nr e s u l t t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kc i r c u i ts i m u l a t i o nm o d u l e i sal o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kb a s e do ni e e e r b t sb u s 2a n db u s 4 t h ed a t aa c q u i s i t i o nm o d u l ec e n t e r sa b o u tas t cm c u a n di t sm a i n f u n c t i o ni st o g e tt h ep a r a m e t e r sf r o mt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r kc i r c u i t s i m u l a t i o nm o d u l ea n dt h e ns e n dt h e s ep a r a m e t e r st ot h ee m b e d d e ds y s t e m m o d u l e t h er e c o n f i g u r a t i o ne x e c u t i o nm o d u l ec h o o s e saa i 胍r af p g aa s i t sp r o c e s s o rt oi m p l e m e n tt h eo r d e ro fr e c o n f i g u r a t i o n t h e nt h i s p a p e r i n t r o d u c e sa n da n a l y z e st h ef o u rf u n c t i o nm o d u l e sa b o u tt h e i rp r i n c i p l e f u n c t i o n ，t h ek e y sa n dd i f f i c u l t i e sa b o u tt h e i rd e s i g n ，a n da l s od e v e l o p sa d n r a l g o r i t h ma n ds u c c e s s f u l l yr e a l i z e si to nt h i st e s tb e n c h f i n a l l y , t h i sp a p e rs h o w st h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ta n dt h ep o i n t st o b ei m p r o v e da n dd e v e l o p e d k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o n ，e m b e d d e ds y s t e m ， a r m ，l i n u x u 原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝 的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不 包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我 共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。 作者簽名：墨：l ：壘 日期：丕! 竺壁年上月盟日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校 有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文， 允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科 學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)， 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。 作者簽名：望! ：l 篁一導(dǎo)師簽名么笙日期：型年上月堡日 頸士學(xué)位論文第一章緒論 第一章緒論 1 1 課題研究背景 隨著我圈工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及隨之而來(lái)的電器產(chǎn)品越來(lái)越多地走入并影響 入粥豹生活，電力在入鈉豹生活孛扮演了更加重要的角色。那么，如何黻最經(jīng)濟(jì) 的方式必靂戶連續(xù)提供嵩質(zhì)量鮑電麓嚨2 電力系統(tǒng)童動(dòng)純作茭改善供電質(zhì)量以 及提高供電可靠性的一種主要途徑得到了廣大電力人的關(guān)注【。 由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，通常將電力系統(tǒng)分為發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和配電系 統(tǒng)三個(gè)予系統(tǒng)進(jìn)衙分褥和研究。其孛配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中壹接與用戶相連的部 分，它的可靠性及安全性直接影響媚戶罔電的可靠性及安全性【2 1 。多供電途徑魄 網(wǎng)格狀配電網(wǎng)的運(yùn)行方式非常靈活，僅憑借值班員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)度和管理配電網(wǎng)絡(luò) 將越來(lái)越困難，遙切需要發(fā)展智靛配電軟件來(lái)協(xié)助操俸?jiǎn)T甚至代替操作員更科 學(xué)、更及時(shí)地徽患最佳艙調(diào)度決策。 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 3 1 ( d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e e o n f i g u r a t i o n ) 就是在保證配網(wǎng)呈輻 射狀、滿足饋線熱容、電壓降落要求和變壓器容量等的前提下，改變分段開(kāi)關(guān)、 聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)翡組合狀態(tài)，使配闋某些指標(biāo)( 如：配電網(wǎng)線損、負(fù)荷均衡或供電電歪 震量等 最佳豹配漓運(yùn)行方式。 1 1 1 配電網(wǎng)重構(gòu)研究的目的和意義 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的研究起源于8 0 年代后期，因其在降低配電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損和改善 系統(tǒng)的安全方薔的重要侔靂麗受到不少學(xué)者的關(guān)注玲1 0 l 。早期的配毫照絡(luò)重擒主 要是研究通過(guò)怎樣的供電路徑給掰用戶供電謝以使總的費(fèi)用最小，即研究配剛規(guī) 劃階段的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問(wèn)題。隨著對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)認(rèn)識(shí)的逐步加深，學(xué)者們開(kāi)始研 究配電裔動(dòng)純系統(tǒng)中加入兩絡(luò)重構(gòu)的可行性，研究結(jié)果表明配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)不僅在 經(jīng)濟(jì)和技寒主可符，兩盟可瀲極大地優(yōu)純配鼓系統(tǒng)蕊運(yùn)行。爨翦，國(guó)內(nèi)外學(xué)者所 作的配電網(wǎng)終重構(gòu)研究大多集中予降低線損郴l 、負(fù)荷均衡化【1 4 l 及最佳恢復(fù)受故 障影響的健全區(qū)域供電陽(yáng)等方面。 配電瓣絡(luò)重梅的意義主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方藹l 邂： l 、均衡受蕊，消除過(guò)載，提高供電電篷蕨量 在配網(wǎng)中，每條饋線均有不同類型的負(fù)荷，如商業(yè)類、民用類和工業(yè)類。由 予不同類型負(fù)荷的日負(fù)荷曲線是不聞的，在變電所的變壓器及每條饋線土峰值負(fù) 蔚出現(xiàn)的時(shí)聞也是不弱的，導(dǎo)致實(shí)際當(dāng)中配邀兩孛昀受萄分布是不均勻的、有時(shí) 甚至是極不均衡，這_ 嚴(yán)重降低了配電線路和設(shè)備的利用率，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的 線損。通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，可以將負(fù)荷從重熊載或是過(guò)負(fù)載饋線( 或變壓器) 轉(zhuǎn)移 碩士學(xué)位論文第一章緒論 到輕負(fù)載饋線( 或變壓器) 上，這種轉(zhuǎn)移不僅調(diào)節(jié)了運(yùn)行饋線的負(fù)荷水平，消除饋 線過(guò)載，還能改善電壓質(zhì)量。 2 、降低配電網(wǎng)線路損耗，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性 降低電力系統(tǒng)的線損，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，是電力系統(tǒng)面臨的一項(xiàng) 長(zhǎng)期課題。在電能的輸送和分配過(guò)程中，電網(wǎng)中的變壓器線路元件都要消耗一定 的電能，配電網(wǎng)的網(wǎng)損占了整個(gè)電網(wǎng)網(wǎng)損相當(dāng)大的比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西方主要工業(yè) 國(guó)家的線損率大致在5 8 ，我國(guó)為9 左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有差距。 而3 5 1 1 0 k v 配網(wǎng)線損是地區(qū)線損的重要組成部分，降低配網(wǎng)線損是降損工 作的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前，可以通過(guò)多種途徑來(lái)降低配電網(wǎng)的線損，如配電網(wǎng)絡(luò) 重構(gòu)、安裝補(bǔ)償電容器、提高配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)和更換導(dǎo)線的措施。但對(duì)于一 個(gè)給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可以在不需要額外投資的情況 下，只是改變電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)的狀態(tài)從而改變配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，就可 以達(dá)到降低配電網(wǎng)絡(luò)損耗的目的。 3 、提高供電可靠性 提高供電可靠性有兩層含義，一是在配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)分段開(kāi)關(guān)運(yùn) 行狀態(tài)的重構(gòu)，把故障線路上的部分或全部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他線路上去，從而達(dá)到 快速隔離故障和恢復(fù)供電、盡量減少用戶停電時(shí)間的目的。二是在系統(tǒng)已經(jīng)建成， 各元件的可靠性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都不易改變的情況下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法，改變 用戶的供電路徑，使重要用戶和多數(shù)用戶從更為可靠的路徑獲得供電，提高整個(gè) 配電系統(tǒng)的可靠性。 1 1 2 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工程實(shí)用化的條件 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工程實(shí)用化必須滿足下列要求【1 7 】： 1 、算法上的要求 要求算法可靠、穩(wěn)定，并且計(jì)算速度快。 2 、硬件設(shè)施的要求 配電網(wǎng)的硬件設(shè)施是重構(gòu)實(shí)用化的物質(zhì)基礎(chǔ)。配電網(wǎng)建立起了s c a d a 系 統(tǒng)，具備了配電調(diào)度中心、通道和執(zhí)行端裝置，才能對(duì)配電網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行 遠(yuǎn)動(dòng)操作。當(dāng)這些條件還不能滿足時(shí)，可以只考慮遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)這些遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān) 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的部分重構(gòu)；或者實(shí)時(shí)操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)，也可先實(shí)現(xiàn)季節(jié)性重構(gòu)和節(jié)假日 前后重構(gòu)，這種重構(gòu)方式不要求必須是遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)。堅(jiān)持下來(lái)，獲得的經(jīng)濟(jì)效益同 樣是非?？捎^的。 3 、配電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)的要求 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，需要系統(tǒng)能獲得各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)在任一時(shí)刻的負(fù)荷 數(shù)據(jù)。 2 碩士學(xué)位論文第一章緒論 4 、軟件技術(shù)的要求 重構(gòu)軟件如何合理的加入已有的配電管理系統(tǒng)中，或者如何對(duì)已有的重構(gòu)軟 件進(jìn)行升級(jí)，成為重構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)工程實(shí)用化的另一個(gè)關(guān)鍵因素。 1 1 3 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)啟動(dòng)的條件 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的啟動(dòng)需要考慮以下幾個(gè)方面的因素【1 7 1 ： 1 、綜合考慮歷史、現(xiàn)在和未來(lái)的運(yùn)行情況。配電網(wǎng)重構(gòu)控制不能僅依賴某 個(gè)時(shí)間斷面的數(shù)據(jù)，而應(yīng)當(dāng)綜合考慮歷史、現(xiàn)在和預(yù)測(cè)的未來(lái)的負(fù)荷情況，并對(duì) 它們進(jìn)行加權(quán)處理。 2 、設(shè)置配電網(wǎng)重構(gòu)控制效果閾值。設(shè)置降損效果閾值，當(dāng)重構(gòu)后的降損效 果超過(guò)該閾值時(shí)，才考慮配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制的啟動(dòng)。 3 、設(shè)置配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓閾值。計(jì)算出重構(gòu)后各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓，若均在最 高節(jié)點(diǎn)電壓閾值u m 刪和最低節(jié)點(diǎn)電壓閾值u m i n 硼之間，才考慮配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 控制的啟動(dòng)。 4 、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的最終執(zhí)行，一般要經(jīng)過(guò)調(diào)度員的確認(rèn)。 1 2 嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用現(xiàn)狀 1 2 1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展 關(guān)于嵌入式技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程中，因其與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不 同的應(yīng)用特點(diǎn)所邁上的兩種不同發(fā)展道路，探矽工作室在其著名的嵌入式系統(tǒng) 開(kāi)發(fā)圣經(jīng)一書中有如下描述【1 8 】： 實(shí)用化的數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1 9 4 6 年，在其后漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)始 終是供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到2 0 世紀(jì)7 0 年代， 微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計(jì)算 機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性等特點(diǎn)迅速走出機(jī)房。 基于高速數(shù)值計(jì)算能力的微型機(jī)表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士 的興趣，要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。例 如將微型計(jì)算機(jī)經(jīng)電氣加固、機(jī)械加固并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦 船中構(gòu)成自動(dòng)駕駛儀或輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣一來(lái)計(jì)算機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài) 與通用的計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對(duì)象體系中 實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去，這些是 理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中，實(shí) 現(xiàn)的是對(duì)對(duì)象的智能化控制。因此，它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要 求與技術(shù)發(fā)展方向。 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算技術(shù)，發(fā)展方向是總線 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大；面嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì) 象的智能化控制能力，技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能控制能力 與控制的可靠性。 早期，人們勉為其難地將通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改裝，在大型設(shè)備中實(shí)現(xiàn)嵌入 式應(yīng)用。然褥，對(duì)于眾多的對(duì)象系統(tǒng)( 如家用電器、儀器儀表、王控單元) ， 無(wú)法嵌入通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完 全不同。因此，必須獨(dú)立地發(fā)展通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這就形成 了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支。 如果說(shuō)微型楓的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入到現(xiàn)代計(jì)算枧發(fā)展階段，那么嵌入式計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)的誕生，則標(biāo)志了計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩 大分支并行發(fā)展時(shí)代，從而共同促進(jìn)了2 0 世紀(jì)末計(jì)算機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展。 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域集 中精力發(fā)展通用計(jì)算楓系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求。通用微處 理器迅速?gòu)? 8 6 、3 8 6 、4 8 6 到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴(kuò)張計(jì)算機(jī)基于高速海 量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入到盡善盡美階段。 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨(dú)立發(fā)展的道路就是 單芯片化道路，它動(dòng)員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過(guò)起源 于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，承擔(dān)起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地 將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代。 因此，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于它不僅形成了計(jì)算 機(jī)發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng) 域，使計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入人類社會(huì)全面智能化時(shí)代的有力工具。 1 2 2 嵌入式微處理器a r m a r m l l 蛇1 l ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e ) 既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以 認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1 9 9 1 年a r m 公 司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用a r m 技術(shù)知識(shí) 產(chǎn)權(quán)l(xiāng) p 核的微處理器，即通常所說(shuō)的a r m 微處理器，己遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類 電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于a r m 技術(shù)的 微處理器應(yīng)用約占據(jù)了3 2 位r i s c 微處理器7 5 以上的市場(chǎng)份額，a r m 技術(shù)正在 逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。 a r m 公司是專門從事基于r i s c 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供 應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯 片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從a r m 公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的a r m 微處理器核，根據(jù)各 囟不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的a r m 微處理器芯片 4 碩士學(xué)位論文第一章緒論 進(jìn)入市場(chǎng)。 目前，全世界有幾十家著名的半導(dǎo)體公司都使用a r m 公司的授權(quán)，其中包 括摩托羅拉、i b m 、i n t c l 、a t m e l 、s o n y 、n e c 、三星、l g 等。 a r m 微處理器核技術(shù)廣泛用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運(yùn)算、多媒體和嵌入 式解決方案等領(lǐng)域，已成為r i s c 標(biāo)準(zhǔn)。a r m 處理器核是系統(tǒng)中的引擎，它從存 儲(chǔ)器讀取a r m 或t h u m b 指令并執(zhí)行這些指令。 目前基于a r m 核的處理器主要有以下幾類：a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、 a r m l0 e 、a r m l1 、s e c u r c o r e 、m p c o r e 、s t r o n g a r m x s c a l e 等。每一個(gè)系列的 a r m 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。其中，a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、 a r m l 0 e 以及a r m l1 為通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能 來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。s e c u r c o r e 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 s t r o n g a r m 和x s c a l e 貝u 是i n t e l 公司基于a r m 體系的解決方案。 以下來(lái)了解一下將要使用的a r m 9 系列處理器： a r m 9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下 特點(diǎn)： l 、5 級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 2 、提供1 1 m i p s m h z 的哈佛結(jié)構(gòu)。 3 、支持3 2 位a r m 指令集和16 位t h u m b 指令集。 4 、支持3 2 位的高速a m b a 總線接口。 5 、全性能的m m u ，支持w i n d o w sc e 、l i n u x 、p a l mo s 等多種主流嵌入式 操作系統(tǒng)。 6 、m p u 支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 7 、支持?jǐn)?shù)據(jù)c a c h e 和指令c a c h e ，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 a r m 9 系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、 高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。 1 2 3 常用的嵌入式操作系統(tǒng) 1 、l i n u x 2 2 _ 2 6 1 在所有的操作系統(tǒng)中，l i n u x 是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的。l i n u x 本身的種種 特性使其成為嵌入式開(kāi)發(fā)的首選。在進(jìn)入市場(chǎng)的前兩年中，嵌入式l i n u x 的設(shè)計(jì) 通過(guò)廣泛應(yīng)用而取得巨大成功。隨著嵌入式l i n u x 技術(shù)的成熟，定制需要的尺寸 尤為方便，同時(shí)支持更多硬件平臺(tái)，并從早期的試用階段邁進(jìn)到成為嵌入式市場(chǎng) 的主流。 l i n u x 發(fā)展如此之快的主要原因是產(chǎn)品的成本。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，只擁 有先進(jìn)的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如何減少產(chǎn)品的投入也是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。免費(fèi)的 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 l i n u x 無(wú)疑為廠商節(jié)約了一大筆開(kāi)支。 此外，嵌入式l i n u x 協(xié)會(huì)( e l c ) 在2 0 0 2 年底發(fā)布了e l c 產(chǎn)品規(guī)范版本1 0 ( e l c p s ) ，它可提供的好處包括： ( 1 ) 嵌入式l i n u x 發(fā)布可以很清楚地顯示自身的功能特性； ( 2 ) 在很少或沒(méi)有額外接1 2 1 的條件下，第三方類庫(kù)和中間程序就可以運(yùn)行不 同的嵌入式l i n u x 配置： ( 3 ) 軟件開(kāi)發(fā)人員可以將程序段寫入一個(gè)現(xiàn)成的a p i 中，并相信這一代碼段 可為其他的嵌入式l i n u x 環(huán)境提供接口。 另一種常用的嵌入式l i n u x 是g c l i n u x ，i _ t c l i n u x 是一個(gè)符合g n u g p l 公約的 開(kāi)放源代碼項(xiàng)目，是由l i n e o 公司在l i n u x2 0 的基礎(chǔ)上裁減得到的。在g c l i n u x 這個(gè)英文單詞中，肛表示m i c r o ，即小的意思；c 表示c o n t r o l ，即控制。所以u(píng) c l i n u x 就是m i c r o c o n t r 0 1 l i n u x ，字面上的理解就是“針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的l i n u x 系統(tǒng) 。u c l i n u x 去掉了l i n u x 中的內(nèi)存管理單元，主要用于沒(méi)有內(nèi)存管理單元的 處理器( 比如三星公司的s 3 c 4 4 b o x 處理器) ，該系統(tǒng)直接訪問(wèn)內(nèi)存，所有程序 中訪問(wèn)的地址都是物理地址。 2 、i - t c o s i i1 2 7 - 2 9 1 在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，由j e a nj l a b r o s s e 開(kāi)發(fā)的r t c o s ，由于開(kāi)放源代碼和 強(qiáng)大而穩(wěn)定的功能，曾經(jīng)一度在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域引起強(qiáng)烈反應(yīng)。i t c o s i i 是 i - t c o s 的第二版，目前己經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域，比如醫(yī)療設(shè)備、引擎控制、網(wǎng)絡(luò)適 配器、a t m 機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等。 i t c o s i i 最大的特點(diǎn)就是它的源代碼開(kāi)放，這是其它商業(yè)實(shí)時(shí)內(nèi)核無(wú)法比擬 的。它是針對(duì)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，而且在設(shè)計(jì)之初就充分考慮到了它的可移植 性，它的大部分源代碼都是用高可移植性的a n s ic 編寫的。i t c o s i i 可以移植 到很多的處理器上，它能運(yùn)行在大部分的8 位，1 6 位，3 2 位，甚至6 4 位的微處理 器和d s p 上。 i - t c o s i i 是一個(gè)完全搶占式的內(nèi)核，它總是運(yùn)行最高優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)，但 不支持輪轉(zhuǎn)法任務(wù)調(diào)度。每個(gè)任務(wù)被賦予唯一的優(yōu)先級(jí)，使用自己獨(dú)立的堆棧。 i r t c o s i i 提供了許多系統(tǒng)服務(wù)，如郵箱機(jī)制、隊(duì)列機(jī)制和信號(hào)量機(jī)制、固定大小 的內(nèi)存分區(qū)以及時(shí)間相關(guān)的函數(shù)等等。 3 、v x w o r k s v x w o r k s 是w i n d r i v e r 公司專門為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)軟 件，它為程序員提供了高效的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源以及實(shí) 時(shí)的任務(wù)間通信。 v x w o r k s 自1 9 8 3 年問(wèn)世以來(lái)，已成功應(yīng)用在航天、航空、艦船、通信、醫(yī)療 6 碩士學(xué)位論文 第一寨緒論 等關(guān)鍵領(lǐng)域。不久前引入關(guān)注的美國(guó)“勇氣號(hào)火星探測(cè)器就采用了v x w o r k s 操作系統(tǒng)。譬蔣，v x w o r k s 己經(jīng)成雋事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和軍用標(biāo)準(zhǔn)，大量軟硬件 廠家都提供v x w o r k s 的擴(kuò)展組件。 因此，v x w o r k s 在各種c p u 硬件平臺(tái)上可以提供統(tǒng)一的接口和一致的運(yùn)行特 征，應(yīng)用程序不用任何改動(dòng)就可以運(yùn)行在各種c p u 主，力程序員提供了一致的開(kāi) 發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，減少了重復(fù)的勞動(dòng)。 4 、w i n c e f 3 0 j w i n c e ( w i n d o w sc 聊是m i c r o s o f t 公司1 9 9 7 年發(fā)布的應(yīng)用在p d a 等設(shè)備上的 嵌入式操作系統(tǒng)。1 9 9 8 年，裝有中文版w i n c e 操作系統(tǒng)的手持設(shè)備面世。這幾年 中，w i n c e 在p d a 操作系統(tǒng)市場(chǎng)中份額逐年上升。 w i n c e 是為各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種緊密的、高效的、可升級(jí)的操 作系統(tǒng)。它是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的 操作系統(tǒng)。w i n c e 采用模塊化設(shè)計(jì)，初始設(shè)備開(kāi)發(fā)商( o e m ) 或者嵌入式操作系統(tǒng) 開(kāi)發(fā)商可以從適合目標(biāo)平臺(tái)的操作系統(tǒng)中自行選擇系統(tǒng)模塊和組件。選擇的系統(tǒng) 模塊和組件的多少?zèng)Q定了所需內(nèi)存的大小。其操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要 2 k b 的r o m 。 w i n c e 作為一個(gè)高度模塊化并且具有i n t e 壤e t 服務(wù)、強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性支持、廣 泛的通信功能的平臺(tái)，使得開(kāi)發(fā)人員能獲得更大的靈活性，讓他們可以充分發(fā)揮 自己的想象力，構(gòu)建高度定制化的設(shè)備來(lái)滿足用戶的需求。 目前為盎，w i n c e 可以作為許多嵌入式系統(tǒng)的平臺(tái)，應(yīng)用予包括工監(jiān)控鍘器、 機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)集線器、辦公室設(shè)備、零售設(shè)備、攝像機(jī)、電話、機(jī)頂盒、i n t e r n e t 訪問(wèn)設(shè)備和家庭娛樂(lè)設(shè)備等方面。 5 、p a l m o s p a l mo s 是由p a l m 公司開(kāi)發(fā)、應(yīng)用在p d a 上的操作系統(tǒng)。自最早版本1 0 在 1 9 9 6 年3 月隨p a l m 公司的p d a 產(chǎn)品p i l o t1 0 0 0 面市以來(lái)，p a l mo s 不斷推出新版本， 在p d a 操作系統(tǒng)上市場(chǎng)占有率位居前列。 p a l mo s 提供可用性很強(qiáng)的a p i ，使得任何入都可以開(kāi)發(fā)基于p a l mo s 的應(yīng) 用程序，在i n t e m e t 上也發(fā)布了很多免費(fèi)的應(yīng)用程序，豐富的可用資源是p a l mo s 風(fēng)靡全球的一個(gè)重要原因。它運(yùn)行在一個(gè)搶占式的多任務(wù)內(nèi)核之上，同時(shí)刻用 戶界面僅僅允許一個(gè)應(yīng)用程序被打開(kāi)，與同步軟件h o t s y n c 結(jié)合可以使p d a 與 p e 上的信息實(shí)現(xiàn)同步，把p c 的功能擴(kuò)展到掌上電腦上。同其她嵌入式操作系 統(tǒng)相比，p a l m 具有更大的靈活性和移動(dòng)性。 6 、s y s m b i a n 一 s y s m b i a n 成立于1 9 9 8 年6 月，其在移動(dòng)計(jì)算設(shè)備和手機(jī)軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域 7 碩士學(xué)位論文第一章緒論 擁有近二十年的豐富經(jīng)驗(yàn)，是一家由各主要無(wú)線通信技術(shù)公司持股的軟件許可證 授權(quán)公司，為支持?jǐn)?shù)據(jù)分組傳輸?shù)氖謾C(jī)提供高級(jí)、開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化的操作系統(tǒng) s y s m b i a no s t m 。 1 3 研制配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的意義 由1 1 1 節(jié)對(duì)于配網(wǎng)重構(gòu)意義的論述可以知道，配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)對(duì)于提高配電 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及供電質(zhì)量的改善都具有十分重要的作用。但是， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變同時(shí)也伴隨著一定的風(fēng)險(xiǎn)，如節(jié)點(diǎn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移對(duì)母線的影 響，開(kāi)關(guān)不可靠工作對(duì)節(jié)點(diǎn)供電的影響等，都可能引發(fā)供電事故。因此，配網(wǎng)重 構(gòu)運(yùn)行中系統(tǒng)工作的可靠性就尤其重要。 目前，目前廣大院校對(duì)于配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的研究多集中在優(yōu)化算法層面，基于 各種提高供電質(zhì)量或可靠性指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行最快、最優(yōu) 的求解過(guò)程。這部分研究對(duì)于1 1 2 節(jié)提出的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工程實(shí)用化條件中第 一點(diǎn)中算法所要求的可靠、穩(wěn)定及快速性的提高具有非常重要的意義。除算法外， 重構(gòu)中各相關(guān)設(shè)備本身工作的可靠性也十分重要?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外各大公司也都展開(kāi) 了關(guān)于配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)裝置的研制，但多數(shù)由于在可靠性方面的缺陷使得相關(guān)方面 的產(chǎn)品尚無(wú)法真正得到應(yīng)用。 因此，研制這么一套配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的研究具有 十分積極的意義： 1 、為配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法提供一套可供實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。相比于在計(jì)算機(jī)上仿真， 本裝置可以讓學(xué)生們更清晰地了解配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的工作原理及工作過(guò)程； 2 、為配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)走向真正應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。本裝置完全采用模塊化設(shè)計(jì)， 為今后各模塊功能的升級(jí)提供了方便，也使其他功能模塊的加入變得簡(jiǎn)單可行。 正如1 1 2 節(jié)第二點(diǎn)所述，在各種自動(dòng)化裝置尚不健全的的狀況下，根據(jù)歷史數(shù) 據(jù)實(shí)現(xiàn)季節(jié)性重構(gòu)和節(jié)假日前后重構(gòu)，也能產(chǎn)生可觀的效果； 3 、為配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)從實(shí)驗(yàn)室研究走向真正應(yīng)用鋪陳了道路。 1 4 本文的主要工作 1 、深入研究配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和原理，詳細(xì)解析了配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)在走向應(yīng)用 過(guò)程中所需開(kāi)展的研究工作以及注意事項(xiàng)。 2 、深入學(xué)習(xí)研究了u p - n 魄6 汰m 2 4 1 0 s 實(shí)驗(yàn)儀器平臺(tái)；包括其核心處理器 $ 3 c 2 4 1 0 x 的各項(xiàng)特性、資源及其應(yīng)用；以及嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境、 開(kāi)發(fā)工具、其驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)等。 3 、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了以s t c 單片機(jī)s t c l 2 c 5 4 1 0 a d 為核心、外加模擬開(kāi)關(guān)組以 及鎖相分頻電路構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集模塊，同時(shí)結(jié)合傅立葉算法實(shí)現(xiàn)其對(duì)多路模擬電 8 碩士學(xué)位論文 第一章緒論 壓輸入信號(hào)電壓峰值、相位以及頻率的采集，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)r s 2 3 2 上傳至 嵌入式系統(tǒng)模塊。 4 、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了以a l t e r a 公司c y c l o n ei i i 系列f p g ae p 3 c 2 5 e 1 4 4 為核 心的重構(gòu)執(zhí)行模塊，系統(tǒng)程序以v e r i l o gh d l 硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其主要內(nèi) 容包括r s 2 3 2 串口通信程序及重構(gòu)指令的解析程序等。 5 、研究開(kāi)發(fā)了基于克隆遺傳算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，并結(jié)合所丹發(fā)的實(shí) 驗(yàn)裝置進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該實(shí)驗(yàn)裝置的有效性及可靠性。 9 碩士學(xué)位論文第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)方案論證 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置主要用于實(shí)驗(yàn)?zāi)M配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，同時(shí)也可以實(shí) 驗(yàn)?zāi)M配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的整個(gè)過(guò)程。 模擬配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法時(shí)，除了算法上的準(zhǔn)備，硬件上主要是提供一個(gè)可供 算法運(yùn)行的平臺(tái)以及對(duì)運(yùn)算結(jié)果的顯示。而在模擬整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過(guò)程時(shí)，其 主要在于模擬配電網(wǎng)絡(luò)與中央處理核心的互動(dòng)，即中央處理核心對(duì)模擬配電網(wǎng)絡(luò) 參數(shù)的采集以及根據(jù)這些參數(shù)得出的對(duì)模擬配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)結(jié)果的反饋?？?見(jiàn)，在實(shí)現(xiàn)兩種功能的過(guò)程中，對(duì)裝置配置要求的著重點(diǎn)也有所不同。 那么，可不可以搭建一個(gè)系統(tǒng)，能夠同時(shí)很好地滿足上述兩種實(shí)驗(yàn)要求呢? 我們?yōu)榇酥贫艘韵聝煞N實(shí)現(xiàn)方案： 方案一：以一款強(qiáng)大的處理器為核心，為其搭建龐大的模擬配電網(wǎng)絡(luò)，并為 其配置各節(jié)點(diǎn)的電壓采集電路，各分段開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程控制接口等，然后圍繞處理器還 需要有電壓參數(shù)采集的相關(guān)電路、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制的相關(guān)電路、l c d 顯示模塊用 于顯示重構(gòu)結(jié)果參數(shù)等。 該方案的優(yōu)點(diǎn)在于只用一款控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，系統(tǒng)看起來(lái) 簡(jiǎn)單明了，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本較低。但是該方案的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯：其一，強(qiáng)弱電不 分家，核心控制部分與現(xiàn)場(chǎng)不分家，使得系統(tǒng)的工作環(huán)境相當(dāng)惡劣；其二，整個(gè) 系統(tǒng)將眾多復(fù)雜的控制功能集中于一塊處理器，軟件實(shí)現(xiàn)難度大；其三，系統(tǒng)升 級(jí)不便，甚至需要將整個(gè)系統(tǒng)推倒重建。 方案二：采用模塊化設(shè)計(jì)理念，除了選擇以一款功能強(qiáng)大的處理器用于重構(gòu) 算法的計(jì)算這一核心功能模塊以外，還將與模擬配電網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的控制部分分別設(shè) 計(jì)為數(shù)據(jù)采集模塊和重構(gòu)命令執(zhí)行模塊，通過(guò)這兩個(gè)模塊，將核心功能模塊從現(xiàn) 場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境中解放出來(lái)。同時(shí)，還可設(shè)計(jì)一個(gè)以模擬配電網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò) 為模板的l e d 顯示模塊，以l e d 的亮滅來(lái)顯示網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，這樣，只有 在模擬演示配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過(guò)程時(shí)，才需要用到結(jié)構(gòu)龐大的模擬配電網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行 算法相關(guān)研究時(shí)，通過(guò)l e d 顯示模塊與核心功能模塊所帶的l c d 屏，重構(gòu)結(jié)果 及參數(shù)就可以一目了然地顯示出來(lái)。 相對(duì)于方案一，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：其一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，可以是用于實(shí)驗(yàn) 算法時(shí)由包括l e d 模塊在內(nèi)的幾個(gè)模塊構(gòu)成的“小 平臺(tái)，也可以是演示重構(gòu) 過(guò)程時(shí)由包括模擬配電網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的“大 裝置；其二，分不同功能塊實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu) 清晰，方便系統(tǒng)問(wèn)題的查找；第三，系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)方便。其主要缺點(diǎn)在于設(shè)計(jì) 1 0 碩士學(xué)位論文第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 復(fù)雜以及價(jià)格相對(duì)較高。 通過(guò)對(duì)上述兩種方案的比較討論，本文最終選用了第二種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)該配電 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)裝置。同時(shí)，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)了不同等級(jí)的兩個(gè)系統(tǒng)，其所包 含的功能模塊稍有區(qū)別：第一等級(jí)是為了實(shí)驗(yàn)?zāi)M配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)算法的實(shí)驗(yàn)裝 置，其主要構(gòu)成包括嵌入式系統(tǒng)模塊、重構(gòu)執(zhí)行模塊以及l(fā) e d 顯示模塊，嵌入 式系統(tǒng)模塊運(yùn)行重構(gòu)算法，l e d 顯示模塊顯示重構(gòu)結(jié)果；第二等級(jí)則能實(shí)驗(yàn)?zāi)?擬在實(shí)際應(yīng)用中配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的完整過(guò)程，其主要由數(shù)據(jù)采集模塊、嵌入式系統(tǒng) 模塊、重構(gòu)執(zhí)行模塊以及模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成。 其中，嵌入式系統(tǒng)模塊選用的是a r m + l i n u x 的嵌入式平臺(tái)，相比于計(jì)算功 能強(qiáng)大的d s p 芯片，a r m + l i n u x 嵌入式平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于其豐富的軟件支持，更 好的通用性以及可移植性。因此，計(jì)算能力上的小小損失相對(duì)來(lái)說(shuō)是可以接受的。 數(shù)據(jù)采集模塊的核心選用的是內(nèi)置1 0 位高速a d 通道的s t c l 2 c 5 4 1 0 a d ， 其優(yōu)點(diǎn)不僅在于超高的性價(jià)比以及便捷的i a p 開(kāi)發(fā)環(huán)境，更在于其超強(qiáng)的抗干 擾能力和保密性能。尤其是其抗干擾能力，在配電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境下顯 得尤其重要。此外，模塊還配置了應(yīng)用傅立葉算法對(duì)節(jié)點(diǎn)電流的峰值、相位以及 頻率進(jìn)行計(jì)算采集所需的相關(guān)電路。 重構(gòu)執(zhí)行模塊的核心是一塊a l t e r a 的c y c l o n ei i i 系列f p g a ，在這里 選用f p g a 來(lái)接受嵌入式系統(tǒng)模塊的重構(gòu)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的輸出，是基于模 塊化設(shè)計(jì)的需求。通過(guò)將該部分功能模塊化，就可以在系統(tǒng)中其他模塊升級(jí)后繼 續(xù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接以及正常工作。而這里之所以選擇了一款性能超出系統(tǒng)要求不少 的芯片，另外一個(gè)重要因素在于我們將該款性價(jià)比很高的c y c l o n e 最新一代 f p g a 設(shè)計(jì)成最小開(kāi)發(fā)板模式，通過(guò)該最小開(kāi)發(fā)板搭配外圍電路實(shí)現(xiàn)模塊功能， 同時(shí)這個(gè)最小開(kāi)發(fā)板還可以提供一些其他的f p g a 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。 與其他模塊設(shè)計(jì)時(shí)考量的標(biāo)準(zhǔn)不同，模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊電路模型的選取是對(duì) 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法適應(yīng)度和可靠度進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)的重要因素之一，因此模擬配電網(wǎng) 絡(luò)模型的權(quán)威度就顯得相當(dāng)重要。本設(shè)計(jì)參考了i e e e 配電網(wǎng)可靠性測(cè)試系統(tǒng) ( i e e er e l i a b i l i t y t e s ts y s t e m ) 1 3 1 - 3 2 1 ，并選取其中等同于配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的b u s 2 和b u s 4 為模板，構(gòu)建本次的模擬配電網(wǎng)絡(luò)電路。其不僅具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威度，也 很好地契合了本項(xiàng)目主要基于可靠性來(lái)進(jìn)行配網(wǎng)重構(gòu)的目標(biāo)。 2 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)上面的方案論證，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求被設(shè)計(jì)成兩個(gè)等級(jí)： 第一等級(jí)系統(tǒng)沒(méi)有模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊，也不考慮數(shù)據(jù)的采集部分，網(wǎng)絡(luò)的起 始潮流參數(shù)根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自行生成，經(jīng)過(guò)嵌入式系統(tǒng)模塊中的重構(gòu)算法， 計(jì)算得出理想的重構(gòu)模式，然后輸出至f p g a 重構(gòu)執(zhí)行模塊執(zhí)行。執(zhí)行結(jié)果也不 碩士學(xué)位論文 第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 以改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)展示，而是增加了一塊同樣基于i e e e r b t sb u s 2 和b u s4 模 型的l e d 顯示模塊，以l e d 的亮滅來(lái)表示模擬配電網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)關(guān)的開(kāi)合情況，使 得算法的執(zhí)行時(shí)間及執(zhí)行結(jié)果清晰明了。其所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2 1 所示。 圖2 1 第一等級(jí)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 第二等級(jí)系統(tǒng)中，主要包括四個(gè)功能模塊：模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊、嵌入式系統(tǒng) 模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及重構(gòu)執(zhí)行模塊。首先由以s t c 單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采 集模塊對(duì)模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊中各節(jié)點(diǎn)的潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將這些初始潮流參 數(shù)通過(guò)r s 2 3 2 串口發(fā)送到嵌入式系統(tǒng)模塊保存，待系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集并 發(fā)送過(guò)一遍后，嵌入式系統(tǒng)模塊運(yùn)行相應(yīng)的配電網(wǎng)絡(luò)智能重構(gòu)算法，再根據(jù)運(yùn)算 結(jié)果將重構(gòu)結(jié)果指令通過(guò)r s 2 3 2 串口傳送至f p g a 重構(gòu)執(zhí)行模塊，重構(gòu)執(zhí)行模 塊執(zhí)行相關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)重組指令，實(shí)現(xiàn)模擬配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)實(shí)驗(yàn)。其各模塊 對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2 2 所示。 嵌入式系統(tǒng)模塊 ( 基于a r m 嵌入式平臺(tái)) r s 2 3 2 串 口通信 重構(gòu)執(zhí)行模塊 ( 基于f p g a 平臺(tái)) 遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān) 控制 r s 2 3 2 串 口通信 數(shù)據(jù)采集模塊 ( 基于s t c 單片機(jī)) 節(jié)點(diǎn)潮流數(shù) 據(jù)采集 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊 ( 基于i e e e - r b t sb u s 復(fù)制) 圖2 - 2 第二等級(jí)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 1 2 碩士學(xué)位論文第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 2 3 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì) 2 3 1 嵌入式系統(tǒng)模塊 嵌入式系統(tǒng)模塊是整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的大腦，是接收模擬配電網(wǎng)絡(luò) 潮流參數(shù)、執(zhí)行重構(gòu)算法、發(fā)布重構(gòu)指令的核心中樞。 為了縮減整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和投入，現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)模塊以搏創(chuàng)公司開(kāi)發(fā) 的u p n e t a r m 2 4 10 s 實(shí)驗(yàn)箱為平臺(tái)，搭載嵌入式l i n u x 組成一個(gè)a r m + l i n u x 的嵌入式系統(tǒng)。u p - n e t 刪2 4 1 0 一s 是北京博創(chuàng)公司基于三星$ 3 c 2 4 1 0 x 研制的 一款多功能儀器，集教學(xué)、科研等眾多功能于一身，是目前國(guó)內(nèi)軟、硬件配置非 常完善的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，國(guó)內(nèi)7 0 以上的高校嵌入式實(shí)驗(yàn)室用戶均選擇采用 這款平臺(tái)。 2 3 2 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬配電網(wǎng)絡(luò)中多達(dá)4 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流互感 器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將此電流數(shù)據(jù)經(jīng)a d 轉(zhuǎn)換后通過(guò)r s 2 3 2 串口發(fā)送至嵌入式 系統(tǒng)模塊，作為配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的初始潮流參數(shù)。 根據(jù)該模塊要實(shí)現(xiàn)的功能，可以發(fā)現(xiàn)其最大的特點(diǎn)在于需要采集的數(shù)據(jù)量眾 多，如果為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)a d 通道，顯然會(huì)使系統(tǒng)變得龐大而難于控制， 成本也十分巨大。 因此，本文選用7 4 h c l 5 5 解碼芯片來(lái)控制四塊1 6 選一模擬開(kāi)關(guān)c d 4 0 6 7 b ， 通過(guò)7 4 h c l 5 5 編碼器控制c d 4 0 6 7 b 的使能管腳，單片機(jī)只需要7 個(gè)i o 控制管 腳就可實(shí)現(xiàn)最多8 1 6 個(gè)通道的選通功能。 圖2 - 3 數(shù)據(jù)采集模塊原理框圖 控制核心選用了s t c l 2 c 5 4 1 0 a d ，其有方便的i a p 編程環(huán)境及超強(qiáng)的抗干 擾能力。此外，s t c l 2 c 5 4 1 0 a d 還內(nèi)置8 路1 0 位高速a d 轉(zhuǎn)換器，采集速度 可達(dá)1 0 0 k h z ，完全可以滿足本系統(tǒng)的采集精度及速度要求。 碩士學(xué)位論文 第二章配網(wǎng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) m c u 每次采集完一個(gè)節(jié)點(diǎn)參數(shù)后，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)，同時(shí)改變采集通道，并 將上一組采集的數(shù)據(jù)通過(guò)r s 2 3 2 傳送至嵌入式系統(tǒng)保存，然后進(jìn)入下一個(gè)節(jié)點(diǎn) 的采集。當(dāng)系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)都采集完一個(gè)周期后，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行新一輪的 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，待計(jì)算完后輸出結(jié)果至重構(gòu)執(zhí)行模塊，同時(shí)發(fā)送命令給數(shù)據(jù) 采集模塊開(kāi)始下一輪采集過(guò)程。該模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖2 3 所示。 2 3 3 重構(gòu)執(zhí)行模塊 重構(gòu)執(zhí)行模塊主要功能在于接收從嵌入式系統(tǒng)的r s 2 3 2 發(fā)送過(guò)來(lái)配電網(wǎng)絡(luò) 重構(gòu)控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為5 0 個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，執(zhí)行改變配電網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)任務(wù)。 本設(shè)計(jì)選用了a l t e r a 旗下高性能低價(jià)格的c y c l o n ei i i 代f p g a 為控制 核心。c y c l o n ei i i 是a l t e r a 在2 0 0 7 年底新上市的產(chǎn)品，被稱為功耗、功能 及成本完美的結(jié)合品，非常適合對(duì)成本敏感的大批量應(yīng)用。同時(shí)，a l t e r a 還提 供大量的i p 核共享，大大縮短了研發(fā)人員的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本。 系統(tǒng)選用了1 4 4 管腳封裝的e p 3 c 2 5 e 1 4 4 ，e p 3 c 2 5 系列芯片有超過(guò)兩萬(wàn)四 千個(gè)邏輯門，近6 0 0 k b i t 存儲(chǔ)空間，6 6 個(gè)可用i o 口以及支持多種i o 口電壓標(biāo) 準(zhǔn)。此外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持j t a g 及a s 配置兩種調(diào)試模式，采樣e p c s 4 作為 a s 配置芯片。所有i o 口全部配置為3 3 v t t l 模式。 信號(hào)從f p g a 輸出后，首先經(jīng)過(guò)光電隔離t l p 5 2 1 ，其所起的作用主要有兩 點(diǎn)：第一，隔離外部噪音，提高系統(tǒng)工作的可靠性。重構(gòu)執(zhí)行模塊是將重構(gòu)結(jié)果 直接輸出的環(huán)節(jié)，所以該部分工作的可靠性也格外重要，如果某個(gè)隔離開(kāi)關(guān)因?yàn)?噪聲發(fā)生誤動(dòng)，就直接改變了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)甚至引發(fā)供電故障，影響巨大。 第二，電平轉(zhuǎn)換。通過(guò)t l p 5 2 1 ，可以順利將輸入為3 3 v 的信號(hào)轉(zhuǎn)換為1 2 v 的 開(kāi)關(guān)量 刊粕t l p 黼5 2 1i e p 3 c 2 5 e 14 4 i f p g a ! ： 控制 割黼t l p 隅5 2 1 圖2 - 4 重構(gòu)執(zhí)行模塊原理框圖 2 3 4 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊以i e e e 配電網(wǎng)可靠