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(yuǎn)地區(qū)，微電網(wǎng)通過利用可再生能源（例如太陽能或風(fēng)能）替代傳統(tǒng)電網(wǎng)。在采用傳統(tǒng)電網(wǎng)供電的地區(qū)，微電網(wǎng)為傳統(tǒng)電網(wǎng)需求高峰時(shí)段提供了替代供電資源。布設(shè)多重電力資源可以在發(fā)生自然災(zāi)害等緊急情況下提高電力供應(yīng)。

微電網(wǎng)的哪些優(yōu)點(diǎn)使其成為了傳統(tǒng)電網(wǎng)的有效替代方案？微電網(wǎng)其實(shí)具有著更強(qiáng)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(tǒng)采用先進(jìn)的分布式能源資源管理系統(tǒng)（DERMS）來掌握所有電力能源以及住宅和商業(yè)區(qū)域的電力消耗情況。DERMS主要根據(jù)可再生能源產(chǎn)生電力的全天波動(dòng)來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(jù)需要分配資源。

遠(yuǎn)程通信單元（RTU）是此類通信網(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(nèi)部通信

對設(shè)備進(jìn)行直接控制

助力邊緣智能

將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的可操作信息

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信

微電網(wǎng)利用現(xiàn)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(chǔ)。IEC 61850通過利用基于以太網(wǎng)的協(xié)議（例如高可用性無縫冗余（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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(dāng)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(tǒng)示例

RTU通常通過在主機(jī)處理器之外添加專用處理器或FPGA來實(shí)現(xiàn)通信功能。為了降低多處理器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，TI的Sitara處理器包括一個(gè)專用子系統(tǒng)（PRU-ICSS），用于實(shí)現(xiàn)確定性的實(shí)時(shí)工業(yè)通信。PRU-ICSS可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)上需要定制FPGA開發(fā)的通信功能，例如直通交換和風(fēng)暴預(yù)防。

直接控制設(shè)備

除了提供通信，RTU還可直接控制設(shè)備，例如電容器組或太陽能逆變器控制器。某些RTU具有附加輸入功能，可直接讀取設(shè)備的電流和電壓。如果測量值超出預(yù)設(shè)范圍，則RTU可能會(huì)關(guān)閉或隔離設(shè)備，以供公用設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。

PRU-ICSS可以利用它的實(shí)時(shí)功能來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(shè)計(jì)介紹了如何從多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收多通道輸入。該參考設(shè)計(jì)的框圖如圖2所示。

圖2：靈活接口參考設(shè)計(jì)框圖

助力邊緣智能

如今，許多DERMS使用云中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來幫助預(yù)測發(fā)電量和用電量。機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要用于訓(xùn)練的大型數(shù)據(jù)集和用于推理的高超的計(jì)算能力。未來，某些機(jī)器學(xué)習(xí)功能可能會(huì)更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣，以改善本地化控制。

推理在專為矩陣數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)的處理器內(nèi)核上更有效地執(zhí)行，因此TI Sitara AM5749處理器將推理工作轉(zhuǎn)移到了集成數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或嵌入式視覺引擎（EVE）。除了專用的硬件加速之外，TI深度學(xué)習(xí)（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AM57x處理器上的推理之前，需要使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)或云計(jì)算資源對大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。TIDL框架包括一個(gè)工具，用于將訓(xùn)練后的模型轉(zhuǎn)換為可用于嵌入式部署的代碼；圖3說明了此過程。

圖3：用于AM574x處理器的TI機(jī)器學(xué)習(xí)軟件框架過程

將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)。這可能意味著可以更頻繁地監(jiān)測關(guān)鍵資源，或者可以監(jiān)測到先前未監(jiān)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)中的問題。一旦確定了問題區(qū)域，操作員就可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)到特定設(shè)備，而不必檢查區(qū)域中的多個(gè)設(shè)備。因此，工作效率得到了提高，從而也能夠更快速地恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行，并且節(jié)省成本。

結(jié)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的核心是能夠滿足嚴(yán)苛要求的工業(yè)級處理器。