【導讀】微電網(wǎng)正在成為提高電源可用性和優(yōu)化能源成本的主流解決方案。在偏遠地區，微電網(wǎng)通過(guò)利用可再生能源（例如太陽(yáng)能或風(fēng)能）替代傳統電網(wǎng)。在采用傳統電網(wǎng)供電的地區，微電網(wǎng)為傳統電網(wǎng)需求高峰時(shí)段提供了替代供電資源。布設多重電力資源可以在發(fā)生自然災害等緊急情況下提高電力供應。
微電網(wǎng)的哪些優(yōu)點(diǎn)使其成為了傳統電網(wǎng)的有效替代方案？微電網(wǎng)其實(shí)具有著(zhù)更強的通信、控制和自動(dòng)化水平，從而提高了其靈活性。
微電網(wǎng)系統采用先進(jìn)的分布式能源資源管理系統（DERMS）來(lái)掌握所有電力能源以及住宅和商業(yè)區域的電力消耗情況。DERMS主要根據可再生能源產(chǎn)生電力的全天波動(dòng)來(lái)掌握每處電源的供電情況。對信息進(jìn)行分析之后，DERMS會(huì )根據需要分配資源。
遠程通信單元（RTU）是此類(lèi)通信網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵部分。RTU具有多種功能，包括：
● 改善網(wǎng)絡(luò )內部通信
● 對設備進(jìn)行直接控制
● 助力邊緣智能
● 將數據轉換為有用的可操作信息
網(wǎng)絡(luò )內部通信
微電網(wǎng)利用現有的通信協(xié)議，如：國際電工委員會(huì )（IEC）61850，分布式網(wǎng)絡(luò )協(xié)議3（DNP3）和Modbus通訊協(xié)議作為其網(wǎng)絡(luò )的基礎。IEC 61850通過(guò)利用基于以太網(wǎng)的協(xié)議（例如高可用性無(wú)縫冗余（HSR）或并行冗余協(xié)議（PRP））提供了充分的靈活性和可靠性。這些協(xié)議支持環(huán)形和星形等各種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，從而可以輕松地將各種資源連接在一起，如圖1所示。RTU可以充當每種資源的前端，與更廣泛的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，使得需求管理更加容易。
圖1：微電網(wǎng)系統示例
RTU通常通過(guò)在主機處理器之外添加專(zhuān)用處理器或FPGA來(lái)實(shí)現通信功能。為了降低多處理器設計的復雜性，TI的Sitara處理器包括一個(gè)專(zhuān)用子系統（PRU-ICSS），用于實(shí)現確定性的實(shí)時(shí)工業(yè)通信。PRU-ICSS可以實(shí)現傳統上需要定制FPGA開(kāi)發(fā)的通信功能，例如直通交換和風(fēng)暴預防。
直接控制設備
除了提供通信，RTU還可直接控制設備，例如電容器組或太陽(yáng)能逆變器控制器。某些RTU具有附加輸入功能，可直接讀取設備的電流和電壓。如果測量值超出預設范圍，則RTU可能會(huì )關(guān)閉或隔離設備，以供公用設備供應商進(jìn)行進(jìn)一步調查。
PRU-ICSS可以利用它的實(shí)時(shí)功能來(lái)替換如需要其他外部FPGA等的接口功能。采用多個(gè)ADC且適用于同步相干DAQ的靈活接口 (PRU-ICSS) 參考設計介紹了如何從多個(gè)模數轉換器接收多通道輸入。該參考設計的框圖如圖2所示。
圖2：靈活接口參考設計框圖
助力邊緣智能
如今，許多DERMS使用云中的機器學(xué)習算法來(lái)幫助預測發(fā)電量和用電量。機器學(xué)習算法需要用于訓練的大型數據集和用于推理的高超的計算能力。未來(lái)，某些機器學(xué)習功能可能會(huì )更靠近網(wǎng)絡(luò )邊緣，以改善本地化控制。
推理在專(zhuān)為矩陣數學(xué)設計的處理器內核上更有效地執行，因此TI Sitara™ AM5749處理器將推理工作轉移到了集成數字信號處理器（DSP）或嵌入式視覺(jué)引擎（EVE）。除了專(zhuān)用的硬件加速之外，TI深度學(xué)習（TIDL）框架還提供了用于在DSP和EVE上優(yōu)化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（CNN）和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（DNN）的軟件工具。
在將模型用于A(yíng)M57x處理器上的推理之前，需要使用臺式計算機或云計算資源對大型數據集進(jìn)行訓練。TIDL框架包括一個(gè)工具，用于將訓練后的模型轉換為可用于嵌入式部署的代碼；圖3說(shuō)明了此過(guò)程。
圖3：用于A(yíng)M574x處理器的TI機器學(xué)習軟件框架過(guò)程
將數據轉換為相關(guān)的可操作信息
先進(jìn)的微處理器可以捕獲比以往更多的數據。這可能意味著(zhù)可以更頻繁地監測關(guān)鍵資源，或者可以監測到先前未監測到的資源。
掌握更多信息可以更輕松地確定網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )中的問(wèn)題。一旦確定了問(wèn)題區域，操作員就可以準確地轉到特定設備，而不必檢查區域中的多個(gè)設備。因此，工作效率得到了提高，從而也能夠更快速地恢復電網(wǎng)運行，并且節省成本。
結論
RTU可以改善通信功能、提高測量和控制水平，并助力邊緣智能，從而成為了推動(dòng)微電網(wǎng)更加智能化的有力解決方案。而這些RTU的核心是能夠滿(mǎn)足嚴苛要求的工業(yè)級處理器。
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