网络型电能质量监控系统设计

范海涛,,王树民   

摘要: 分布式的网络型电能质量监控系统有着优良的性能,本文利用近年来发展迅速的嵌入式技术,采用自由软件搭建了一套低成本、高可靠性、高性能的网络型电能质量监控系统,系统采用模块化设计和总线式的接口方式,具有很强的兼容性和扩展性。文章详细介绍了该系统的设计思想以及各个层次的软硬件结构,分析了控制系统的实时性概念,并且针对uClinux 嵌入式操作系统实时性较差的缺陷,利用RTAI (Real Time Application Interface) 对uClinux 的实时性进行了扩展,使uClinux 可以应用于硬实时控制领域,拓宽了uClinux 操作系统在控制领域中的应用范围。

 

引言
     随着供电方、用电方和设备制造方对电能质量问题的日益重视及微处理器处理能力的增强和数字信号处理技术的发展, 电能质量监控系统也逐步发展和壮大。传统的电能质量监控装置多是以非在线方式运行,然而由于电能质量监控数据具有海量数据和数据的共享性等特点,非在线的监控方式已经不能满足现代的电力系统监管需求。非在线的监控模式,正逐步被功能强大的在线监控模式所替代。现阶段的各种网络型电能质量监测系统大多只具有监测的功能控制工程网版权所有,而且系统中采用的大量软件,从现场设备的操作系统软件到服务器的大型数据库软件均采用昂贵的商业软件控制工程网版权所有,因此建造一套网络型电能质量监测系统成本巨大,这严重阻碍了我国电力系统自动化水平的提高。自由软件是指软件的源代码必须是可得到的,允许任何人使用、拷贝、修改、分发 (免费P少许收费) 的软件控制工程网版权所有,相对于商业软件来说,它具有开放、灵活、更新快和成本低P无成本的特点。本文采用自由软件开发了一套低成本、高性能的网络型电能质量监控系统,系统具有很好的稳定性和扩展性,并且具有极低的成本。
412 　现场控制层的软件实现
     由于现场控制层所要实现的任务比较复杂,流程控制的程序设计方法很难实现现场控制层所应具有的全部功能,这就必须借助操作系统的帮助。现场控制层所要实现的功能及硬件平台的限制决定了运行在硬件平台上的嵌入式操作系统必须具备以下特征:1) 体积小; 2) 健壮性强; 3) 协议栈完整,网络功能强; 4) 具有硬实时的特征。为了满足以上的要求并且降低成本,系统采用了利用实时应用程序接口RTAI(The Real2Time Application Interface) 改造后的 uClinux 作为嵌入式操作系统。 A) 对uClinux 的实时性改造 uClinux 是一个源码开放的操作系统,它是Linux 的一个变种, 是一种优秀的嵌入式Linux 版本。 uClinux 是Micro2Control2Linux 的缩写控制工程网版权所有, 由于uClinux 主要是针对无MMU(内存管理单元) 的微处理器开发的www.cechina.cn,所以它不能使用虚拟内存管理技术,但其保留了Linux 操作系统的主要优点:稳定性、优异的网络性能和文件系统支持。在现阶段,实时系统逐渐成为研究的热点,并且得到了广泛的应用。实时系统分为两类,一类是硬实时(Hard Real2Time) ; 另外一类则是软实时( Soft Real2Time) 。所谓硬实时是指如果系统对某个实时任务的处理未能在某个截止时间开始或者结束的话,最终的结果将是灾难性的,这就意味着即便是处理结果合乎逻辑但是仍然毫无意义;而在软实时系统中,处理任务启动或者结束的截止时间只是一个期望值,并不见得必须满足,即便是处理时间超过了截止时间,结果也是有意义的。Linux 虽然也可采取基于优先级的调度策略,并且也将进程分为实时进程和非实时进程,但是由于Linux 核心态进程的不可抢占性,以及Linux 中对临界区资源保护的策略等,造成了L