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1.1煤礦井下供電系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定
煤礦井下供電系統(tǒng)的運(yùn)行受到多種因素的影響,對煤礦安全生產(chǎn)造成不良影響。主要表現(xiàn)為:變壓器的容量不足以及對備用電源的設(shè)計(jì)不滿足規(guī)范。變壓器容量不足的原因是在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí),沒有為供電系統(tǒng)留有充足余量,系統(tǒng)經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行,處于超負(fù)荷狀態(tài),供電系統(tǒng)的母線長期處于發(fā)熱狀態(tài)且用電超載,降低了電氣設(shè)備和電纜的使用年限。此外,由于電氣設(shè)備短路、雷擊、大型設(shè)備啟動等原因,會造成電網(wǎng)電壓波動,降低了供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。
1.2地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器向井下供電
在實(shí)際安全考察中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)煤礦企業(yè)沒有按照規(guī)定安裝使用接入井下電源或非直接接地變壓器中性點(diǎn),而是采用單個(gè)煤礦專用或多家煤礦共用接地中性點(diǎn)變壓器連接供電系統(tǒng),通過三芯電纜線與三相火線的連接接入井下,使用保護(hù)接地與工作接地結(jié)合的中性線與單根相線接入辦公區(qū)域和生活區(qū),以供生活用電。
1.3沒有采用雙回路供電系統(tǒng)
我國的規(guī)定要求礦井生產(chǎn)使用雙回路供電系統(tǒng),年產(chǎn)量在6萬噸以下的煤礦可以使用單回路供電,但必須滿足備用電源的要求。但是,一些礦井仍采取單回路供電,雖然有些煤礦單位配置了柴油或汽油發(fā)電機(jī),也僅僅為了應(yīng)付檢查或停電時(shí)緊急照明。而且雙回路供電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)容量限制情況下保證關(guān)鍵電氣設(shè)備即使停電也可正常運(yùn)行,為礦井工作人員的安全撤離提供了機(jī)會,防止透水事故和通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)導(dǎo)致粉塵、瓦斯聚集。此外,礦井周圍存在靜電和電火花,如果靜電接地不良,會造成放電火花甚至爆炸。接觸器和繼電器可能因質(zhì)量不佳,在開合時(shí)無法分?jǐn)嚯娏饕矔纬呻娀鸹ǎ浑娎|長期在外力或超負(fù)荷狀態(tài)下工作,也可能產(chǎn)生電火花,從而引發(fā)短路,導(dǎo)致瓦斯爆炸。
1.4地面引入的供電線路沒有設(shè)置相關(guān)保護(hù)裝置
煤礦井下的規(guī)定要求供電線路、通訊線路、入井軌道、電機(jī)車架線在入井處必須安裝防雷裝置;井下使用的電器必須具備漏電、過流和接地等保護(hù)功能。井下電氣設(shè)備還要滿足防爆要求。但是檢查時(shí)卻發(fā)現(xiàn)有些煤礦并沒有按照規(guī)定將保護(hù)措施做到位,僅僅是將架空線接入井口,再由電纜線引入井下或者直接接入變壓器,如果遇到雷電襲擊,雷電會沿著導(dǎo)線侵入井下工作面,引起瓦斯爆炸或人員傷亡,設(shè)備遭受雷擊也會被嚴(yán)重?fù)p壞,存在巨大安全隱患。而且,煤礦井下工作環(huán)境較為潮濕,影響設(shè)備絕緣,漏電保護(hù)器能夠避免因漏電造成引發(fā)爆炸或明火,減少井下安全事故。
2煤礦井下供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式
2.1煤礦井下雙回路供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式
雙回路供電系統(tǒng)包括分列和并列兩種運(yùn)行方式。分列運(yùn)行指的是兩條線路同時(shí)運(yùn)行,兩段母線間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開。分列運(yùn)行適用于擁有較大負(fù)荷的變電和配電所,具有電纜線路的電流小、壓降小、線路距離長、停電面積小的優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是由于兩個(gè)回路具有不同負(fù)荷,對其總配電開關(guān)的保護(hù)整定也有所不同,如果一個(gè)回路停電,另一個(gè)回路的總配電開關(guān)也要重新進(jìn)行整定,不利于兩回路之間快速切換。并列運(yùn)行指的是當(dāng)一條回路運(yùn)行時(shí),另一回路帶電備用,兩段母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)相連接。并列運(yùn)行適用于擁有較小負(fù)荷的變電和配電所,優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)回路擁有相同負(fù)荷,其總配電開關(guān)具有相同的保護(hù)整定,切換迅速;缺點(diǎn)是通過電纜線路的電流較大、壓降大、運(yùn)行線路間的距離短,如果短路會造成大面積停電。
2.2煤礦井下供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式技術(shù)要求
我國頒布的煤礦生產(chǎn)的安全條例明確規(guī)定必須將雙回路供電運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用到井下采礦區(qū)域的配電所、變電所中,為供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保障。同時(shí),井下變電所向部分通風(fēng)機(jī)供電時(shí),應(yīng)采取分列運(yùn)行方式,保障通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。此外,綜合考慮井下作業(yè)的機(jī)電設(shè)備的規(guī)格和負(fù)荷,制定科學(xué)的供電方案,提高礦區(qū)生產(chǎn)的安全性和效率,保證井下作業(yè)的高效穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)。
3煤礦井下供電系統(tǒng)的優(yōu)化措施
一方面,井下供電系統(tǒng)的電源經(jīng)地面變電所通過兩臺主變壓器設(shè)備接入井下作業(yè)面實(shí)施供電。位于地面的主變壓器采用一臺運(yùn)行、一臺備用的運(yùn)行方式,利用雙電源向井下所有電氣、動力、照明設(shè)備提供安全穩(wěn)定供電。井下變電所的饋電盤柜為通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)經(jīng)過雙回路電源實(shí)施供電。根據(jù)機(jī)電設(shè)備的容量和功率,按照1140V、660V進(jìn)行電壓的優(yōu)化設(shè)置,按照127V對通信、照明和其他電氣設(shè)備實(shí)施供電,按照36V對交流控制回路進(jìn)行供電。另一方面,對井下供電系統(tǒng)要采取積極有效的漏電保護(hù)措施,建立匹配完善的保護(hù)體系。所有電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置和局部接地裝置都應(yīng)同井下主接地極連接成一個(gè)總接地網(wǎng)。嚴(yán)格要求井下電工按規(guī)范接線,確保電纜頭密封,防止進(jìn)入潮氣引起漏電事故。對井下電纜懸掛到一定高度,防止出現(xiàn)“擠、壓、砸、淋”等現(xiàn)象,減少漏電事故的發(fā)生。及時(shí)對饋電開關(guān)進(jìn)行檢漏保護(hù)試驗(yàn)和遠(yuǎn)方檢漏試跳試驗(yàn),確保漏電保護(hù)功能有效,及時(shí)切斷漏電回路。
4小結(jié)
1電力氣象信息服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用功能
1.1事故分析
災(zāi)害性天氣及惡劣氣候?qū)﹄娋W(wǎng)的安全運(yùn)行造成的影響主要表現(xiàn)為:大雪、凍雨、雨夾雪等天氣極易使線路出現(xiàn)倒塔、斷線的現(xiàn)象;強(qiáng)風(fēng)易使輸電線路發(fā)生斷線或相間放電;大霧及沙塵天氣易使輸電線路發(fā)生污閃;雷電天氣容易使變電站及輸電線路由于雷擊而遭受損壞;氣溫之間的溫差過大也會使輸電設(shè)備無法正常運(yùn)行;暴雨天氣極易使輸電線路發(fā)生倒塔。以上災(zāi)害性天氣必須引起電網(wǎng)調(diào)度部門的高度重視。及時(shí)、準(zhǔn)確的對災(zāi)害性天氣進(jìn)行預(yù)警,能夠使電網(wǎng)調(diào)度及管理部門提前做好應(yīng)對的措施,從而減少或避免災(zāi)害帶來的損失。
1.2野外的施工檢修
每年都要對電力系統(tǒng)中的輸配電設(shè)備進(jìn)行定期或不定期的檢修,需要檢修的設(shè)備的數(shù)量多、時(shí)間長,操作也相對比較復(fù)雜,并且該項(xiàng)工作極易受到當(dāng)?shù)靥鞖狻夂虻纫蛩氐闹萍s,尤其是在惡劣天氣狀況下,會嚴(yán)重影響到室外的電力施工、搶修及檢修等工作。為了確保順利、安全的實(shí)施該項(xiàng)操作,需要先準(zhǔn)確預(yù)報(bào)當(dāng)?shù)亍?dāng)時(shí)的氣象條件,再進(jìn)行操作及檢修等工作,這種方法不僅使檢修的質(zhì)量及速度有所提高,還能夠在一定程度上減少由于停電引起的負(fù)荷損失。
1.3負(fù)荷預(yù)測在電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理及計(jì)劃
過程中,負(fù)荷預(yù)測在電能分配、發(fā)電及輸電等方面發(fā)揮著決定性作用。負(fù)荷用電不僅與經(jīng)濟(jì)的增長及工農(nóng)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān),還受到經(jīng)濟(jì)、政治及政策等因素的制約。以本省為例,山西省負(fù)荷用電與天氣及氣候等因素之間的相關(guān)關(guān)系比較明顯,干旱、內(nèi)澇等增加了農(nóng)灌的負(fù)荷,強(qiáng)度較高的降雪、降雨天氣大幅度降低了用電負(fù)荷。山西省電網(wǎng)用電負(fù)荷表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性,通常表現(xiàn)為當(dāng)夏季的氣溫升高時(shí),制冷負(fù)荷有所增加;當(dāng)冬季氣溫降低時(shí),采暖負(fù)荷快速增加。因此,氣溫是電網(wǎng)負(fù)荷中一個(gè)較為敏感的因素。
1.4電氣設(shè)備的氣象服務(wù)評價(jià)
服務(wù)系統(tǒng)的主要功能是通過統(tǒng)計(jì)與分析歷史的電力及氣象資料,研究并逐步建立電力調(diào)度、電力線路發(fā)生污閃事故的氣候量化條件,再依據(jù)不同的氣象條件對污閃的概率進(jìn)行計(jì)算。針對大風(fēng)、溫度、暴雨及濕度等建立起相應(yīng)的警報(bào)系統(tǒng),再分析電力設(shè)備的維護(hù)安裝條件,并以此建立起合理的與設(shè)備安裝維護(hù)相關(guān)的氣象指標(biāo)。
2電力系統(tǒng)氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化路徑
2.1加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入力度,建立多元化的投資體系
電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是電力氣象信息服務(wù)的關(guān)鍵問題。通常情況下山西省各個(gè)地區(qū)電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在著很大程度的差異,一些地區(qū)受到資金的制約,沒有足夠的資金投入到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,致使無法廣泛、深入的開展電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)。因此,多元化投資體系的建立非常有必要。將政府投資作為主體,并設(shè)立專用資金用于建設(shè)電力氣象信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,從而為電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)造良好的發(fā)展條件。另外,還要使市場的作用得到充分發(fā)揮,制定科學(xué)、合理的政策,吸引和鼓勵個(gè)人及企業(yè)投資,為該地區(qū)電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供充足的資金支撐。
2.2充分發(fā)揮政府的主導(dǎo)作用
社會及科技的發(fā)展,使山西省氣象信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到電力系統(tǒng)領(lǐng)域。目前,該地區(qū)的氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)正逐步完善,但與發(fā)達(dá)省份相比,仍然存在著很大程度的差距。首先,基礎(chǔ)設(shè)施相對比較薄弱,硬件設(shè)施較為簡陋且短缺,技術(shù)手段也明顯不足;另外,網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)及軟件的開發(fā)等缺乏經(jīng)費(fèi)保障。電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化是一個(gè)與多個(gè)部門相互關(guān)聯(lián)的綜合性能較強(qiáng)的系統(tǒng)工程,相關(guān)部門必須建立起有力的具有主導(dǎo)性的領(lǐng)導(dǎo)體系,并加強(qiáng)對電力氣象信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的組織與管理,明確的對各個(gè)部門進(jìn)行分工協(xié)作,不僅能使電力信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)過程中的浪費(fèi)及重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象大大減少,還能有效促進(jìn)其快速、健康發(fā)展。
2.3開展技術(shù)培訓(xùn),加強(qiáng)信息服務(wù)人才隊(duì)伍建設(shè)
建設(shè)優(yōu)秀的電力氣象信息服務(wù)隊(duì)伍是氣象信息服務(wù)工作順利開展的重要保證。目前,山西省正在逐步完善氣象信息服務(wù)組織,但是仍然缺乏電力氣象信息服務(wù)方面的人才,一方面存在著嚴(yán)重的數(shù)量不足;另一方面是現(xiàn)有的電力氣象信息服務(wù)人員的技能及知識都已過時(shí)、陳舊,不能夠與復(fù)雜的電力需求相適應(yīng)。因此,必須加強(qiáng)工作人員的培訓(xùn)與教育,可以通過正規(guī)學(xué)校遠(yuǎn)程教育或在職培訓(xùn),使人員的素質(zhì)得到提升,還要定期組織相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn),爭取構(gòu)建一支專業(yè)的高素質(zhì)的電力氣象信息服務(wù)隊(duì)伍;同時(shí),還要重視擴(kuò)大電力氣象信息服務(wù)的隊(duì)伍,以確保及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的開展電力氣象信息服務(wù)工作。
2.4建立有效的氣象信息收集及機(jī)制
氣象服務(wù)信息資源在電力的發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用,因此,必須對傳播渠道進(jìn)行改革,通過網(wǎng)絡(luò)渠道收集電力部門對氣象信息服務(wù)的廣泛需求,并定期組織學(xué)者專家等進(jìn)一步對需求進(jìn)行分析,再向決策部門上報(bào)。這一方法就能夠使決策部門對電力部門的需求及動向進(jìn)行快速了解,并及時(shí)的對供給方式及內(nèi)容等進(jìn)行調(diào)整,還要快速的對電力部門的需求作出反應(yīng),使電力部門的需求與政府目標(biāo)相互一致。另外,還要制定切實(shí)可行的法律及制度,使政府的氣象信息更加制度化與規(guī)范化。
2.5加強(qiáng)信息資源的整合,推進(jìn)資源共享
【論文摘要】電力系統(tǒng)是一個(gè)規(guī)模龐大的動態(tài)系統(tǒng),電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的影響。本文針對電壓穩(wěn)定性破壞進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
近年來,我國電力事業(yè)發(fā)展迅速,電網(wǎng)內(nèi)部也存在著引起電壓崩潰的因素,而且可能更為突出,只是由于目前大多數(shù)有載調(diào)壓器分接頭未投入自動和電力部門過早地采用了甩負(fù)荷這一最后的措施,因而電壓穩(wěn)定問題似乎顯得不那么突出。隨著電力市場化,人們對電能質(zhì)量要求提高,甩負(fù)荷這一措施的使用將會受到限制。研究認(rèn)為,電壓崩潰日趨嚴(yán)重的主要原因有以下幾點(diǎn):一是由于經(jīng)濟(jì)上及其它方面(如環(huán)保)的考慮,發(fā)、輸電設(shè)備使用的強(qiáng)度日益接近其極限值;二是并聯(lián)電容無功補(bǔ)償大量增加,因而當(dāng)電壓下降時(shí),向電網(wǎng)提供的無功功率按電壓平方下降;三是線路或設(shè)備的投切,引起電壓失穩(wěn)的可能性往往比功角穩(wěn)定研究中所考慮的三相短路情況要大得多,然而人們長期以來只注意功角穩(wěn)定的研究。
1電壓穩(wěn)定性破壞的原因
1.1電壓崩潰的起因電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的物理本質(zhì)是系統(tǒng)中功率平衡問題,電力系統(tǒng)運(yùn)行的前提是必須存在一個(gè)平衡點(diǎn)。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題,直觀的講也就是負(fù)荷母線上的節(jié)點(diǎn)功率平衡問題。當(dāng)節(jié)點(diǎn)提供的無功功率與負(fù)荷消耗的無功功率之間能夠達(dá)成此種平衡,且平衡點(diǎn)具有抑制擾動而維持負(fù)荷母線電壓的能力,電力系統(tǒng)即是電壓穩(wěn)定的,反之倘若系統(tǒng)無法維持這種平衡,就會引起系統(tǒng)電壓的不斷下降,并最終導(dǎo)致電壓崩潰。當(dāng)有擾動發(fā)生的時(shí)候,會造成節(jié)點(diǎn)功率的不平衡,任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率不平衡將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓的相位和幅值發(fā)生改變。各節(jié)點(diǎn)電壓和相位運(yùn)動的結(jié)果若是能穩(wěn)定在一個(gè)系統(tǒng)可以接受的新的狀態(tài),則系統(tǒng)是穩(wěn)定的,若節(jié)點(diǎn)的電壓和相角在擾動過后無法控制的發(fā)生不斷的改變,則系統(tǒng)進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)。電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和系統(tǒng)的無功功率平衡有關(guān),電壓崩潰的根本原因是由于無功缺額造成的,擾動發(fā)生后,系統(tǒng)電壓無法控制的持續(xù)下降,電力系統(tǒng)進(jìn)入電壓失穩(wěn)狀態(tài)。無論是來自動態(tài)元件的擾動還是來自網(wǎng)絡(luò)部分的擾動,所破壞的平衡均歸結(jié)為動態(tài)元件的物理平衡。電力系統(tǒng)的動力學(xué)行為僅受其動態(tài)元件的動力學(xué)行為及其相互關(guān)系的制約。
2電壓穩(wěn)定性的分類
將電壓穩(wěn)定性問題適當(dāng)分類,對電壓穩(wěn)定性的分析,造成不穩(wěn)定基本因素的識別,以及提出改善穩(wěn)定運(yùn)行的方法等都是有利的。①按擾動的規(guī)模來講電壓穩(wěn)定問題可以分為小擾動電壓穩(wěn)定性,大擾動電壓穩(wěn)定性。一是小擾動電壓穩(wěn)定性是在如系統(tǒng)負(fù)荷逐漸增長,送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率的微小變化之下系統(tǒng)控制電壓的能力。小擾動下系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行意味著系統(tǒng)本身能夠不斷調(diào)整以適應(yīng)變化的情況,系統(tǒng)控制系統(tǒng)有能力在小擾動后令人滿意地運(yùn)行,保證系統(tǒng)發(fā)出的無功等于消耗的無功,在出現(xiàn)最大負(fù)荷時(shí)能成功地供電。這種形式的穩(wěn)定性由負(fù)荷特性、連續(xù)作用的控制及給定瞬間的離散控制作用所確定。系統(tǒng)對小擾動的響應(yīng)特性取決于初始運(yùn)行條件、輸電系統(tǒng)強(qiáng)度以及所用的發(fā)電機(jī)的勵磁控制等因素。依靠負(fù)荷和電源自身固有的調(diào)節(jié)能力,使擾動前后的電壓值相同或者相近。二是大擾動電壓穩(wěn)定性是關(guān)于在發(fā)生諸如系統(tǒng)故障后,系統(tǒng)控制電壓的能力。這些擾動包括輸電線上短路、失去一臺大發(fā)電機(jī)或負(fù)荷,或者失去兩個(gè)子系統(tǒng)間的輸電線。系統(tǒng)對大擾動的響應(yīng)涉及大量的設(shè)備。
此外,用來保護(hù)單個(gè)元件的裝置對系統(tǒng)變量變化的響應(yīng)也影響系統(tǒng)的特性。②按照失穩(wěn)事故的時(shí)間場景電壓穩(wěn)定問題可以分為:一是暫態(tài)電壓穩(wěn)定性,穩(wěn)定破壞的時(shí)間框架從0~大約10秒,這也是暫態(tài)功角穩(wěn)定性的時(shí)間框架。在這類電壓不穩(wěn)定中,電壓失穩(wěn)和功角失穩(wěn)之間的區(qū)別并不總是清晰的,也許兩種現(xiàn)象同時(shí)存在。這類電壓崩潰是由諸如感應(yīng)電動機(jī),和直流換流設(shè)備等不良的快速反應(yīng)負(fù)荷元件造成的。對于嚴(yán)重的電壓下降感應(yīng)電動機(jī)可能失速,吸收無功功率急劇增加,進(jìn)而將引起其臨近的其它感應(yīng)電動機(jī)失速。除非盡快切除該類負(fù)荷,否則會導(dǎo)致電壓崩潰。二是中期電壓穩(wěn)定性,穩(wěn)定破壞的時(shí)間框架通常為30秒到50秒,典型者為2到3分。發(fā)生此類電壓失穩(wěn)事故時(shí)電力系統(tǒng)一般處于高負(fù)荷水平,且從遠(yuǎn)方電源送入大量功率,當(dāng)重載條件下運(yùn)行的系統(tǒng)受到突然的大擾動后,由于電壓敏感性負(fù)荷的作用,系統(tǒng)能夠暫時(shí)保持穩(wěn)定。但擾動后網(wǎng)絡(luò)無功損耗大量增加,引起負(fù)荷區(qū)域電壓下降,當(dāng)自動調(diào)節(jié)分接頭的變壓器和配電電壓調(diào)節(jié)器動作,而恢復(fù)末端變壓器負(fù)荷側(cè)電壓,從而恢復(fù)負(fù)荷功率時(shí),網(wǎng)絡(luò)傳輸電流進(jìn)一步增大加劇輸電網(wǎng)絡(luò)中電壓的下降。同時(shí)送端發(fā)電機(jī)可能因過勵磁限制而只發(fā)送有功,甚至由于發(fā)電機(jī)長時(shí)間過電流而被切除。這樣含電源在內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不可能提供足夠的無功功率,以支持負(fù)荷消耗與網(wǎng)絡(luò)無功損耗的需要,就會最終導(dǎo)致電壓崩潰對于這類電壓崩潰事故,運(yùn)行人員來不及干預(yù),自動調(diào)節(jié)分接頭的變壓器及配電電壓調(diào)節(jié)器,發(fā)電機(jī)過勵限制等因素在此過程中起重要作用。應(yīng)當(dāng)指出的是,在這一過程中自動調(diào)節(jié)分接頭的變壓器的作用是抑制或加劇電壓崩潰的進(jìn)程,與負(fù)荷特性分接頭位置及系統(tǒng)無功儲備有關(guān)。三是長期電壓不穩(wěn)定性,這種場景的電壓崩潰發(fā)展過程經(jīng)歷一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間,其過程可大致描述如下:負(fù)荷過速增長,導(dǎo)致主要負(fù)荷母線電壓單調(diào)下降。幾分鐘內(nèi)由于自動調(diào)節(jié)分接頭的變壓器及調(diào)度干預(yù)等作用,電壓的下降得到遏止后,一方面自動調(diào)節(jié)分接頭的變壓器使網(wǎng)上負(fù)荷得到恢復(fù),另一方面負(fù)荷繼續(xù)快速增加,電源的增加或當(dāng)?shù)責(zé)o功補(bǔ)償增加,跟不上負(fù)荷增長速度的需要,電壓下降進(jìn)一步惡化,最終導(dǎo)致部分地區(qū)電壓崩潰,系統(tǒng)瓦解,造成大面積停電。在長期電壓不穩(wěn)定事故中,往往沒有直接的擾動。其原因是本來已經(jīng)薄弱的嚴(yán)重過載的結(jié)構(gòu),不合理的網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷恢復(fù)和快速增長造成的。3小擾動電壓穩(wěn)定性的機(jī)理分析
電力系統(tǒng)在給定的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)遭受任意小的擾動后,如果負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓與擾動前的電壓值相同或者相近,則稱系統(tǒng)在給定運(yùn)行點(diǎn)為小干擾電壓穩(wěn)定,此時(shí)系統(tǒng)擾動后的狀態(tài)位于系統(tǒng)擾動后的吸引域內(nèi)。從負(fù)荷節(jié)點(diǎn)可將系統(tǒng)分為兩部分,一部分可以看為電源系統(tǒng),則另一部分看為負(fù)荷。小擾動電壓穩(wěn)定性的前提是擾動后的系統(tǒng)電源的無功—電壓靜態(tài)特性和負(fù)荷的無功—電壓靜態(tài)特性必須有交點(diǎn),并且在該點(diǎn)具有維持電壓不變或有微小變化的能力。
4大擾動電壓穩(wěn)定性的機(jī)理分析
小擾動電壓穩(wěn)定性是系統(tǒng)在受到擾動后是否存在平衡點(diǎn)的問題,對于大擾動電壓穩(wěn)定性而言,擾動后的系統(tǒng)存在平衡點(diǎn)是其必要條件,但不是充分條件,系統(tǒng)是否能夠恢復(fù)到平衡點(diǎn),還依賴于系統(tǒng)中各元件無功功率的變化速度。當(dāng)電源自動調(diào)節(jié)的速率愈快時(shí),對大干擾的穩(wěn)定性愈有利。在穩(wěn)定性的評價(jià)中所關(guān)心的問題是電力系統(tǒng)遭受暫態(tài)擾動后的行為。電力系統(tǒng)在給定的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)遭受一定的擾動后,如果故障后平衡點(diǎn)超出系統(tǒng)運(yùn)行限制范圍,系統(tǒng)沒有能力保持在一個(gè)靜態(tài)穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn),也就是擾動后由于負(fù)荷QL增長,QL—U向上移動,或電源QG下降QG—U向下移動,使QL—U完全在QG—U上方,兩者無交點(diǎn),表示在任意電壓下均有負(fù)荷吸收的無功大于電源發(fā)出的無功。系統(tǒng)失去發(fā)電機(jī)或回路的事故之后控制電壓的能力,因此電壓崩潰,電壓穩(wěn)定性破壞。大擾動的電壓穩(wěn)定性涉及系統(tǒng)中的大量設(shè)備,但在任何給定條件下,只有有限數(shù)量設(shè)備的響應(yīng)是至關(guān)重要的。為確定穩(wěn)定性所必須考慮的裝置、過程和時(shí)間范圍對大擾動電壓穩(wěn)定問題的研究至關(guān)重要。
1.1信息網(wǎng)絡(luò)安全的基本特征
(1)相對性。安全系統(tǒng)是相對的,換而言之便是沒有絕對的安全系統(tǒng);同時(shí),操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理之間存在相對性,安全性基于系統(tǒng)的不同部件之間能夠發(fā)生轉(zhuǎn)移。(2)相關(guān)性。這里指的是配置的相關(guān)性。日常管理過程中,不一樣的配置會產(chǎn)生全新的問題,一般的安全測評只能證明特定環(huán)境和特定配置的安全性,例如新設(shè)備的應(yīng)用等。(3)時(shí)效性。主要體現(xiàn)為新的漏洞及攻擊方式逐漸呈現(xiàn),比如:NT4.0便從SP1逐漸發(fā)展至SP6;現(xiàn)在安全的系統(tǒng)在未來其安全性將會面臨考驗(yàn)。(4)復(fù)雜性。對于信息安全來說,屬于一項(xiàng)較為系統(tǒng)的工程,需融合技術(shù)手段及非技術(shù)手段,并且與安全管理、培訓(xùn)及教育密不可分,大致上分析便知其復(fù)雜性較高。(5)不確定性。指的是攻擊的不確定性。如攻擊時(shí)間的不確定性、攻擊手段及目標(biāo)的不確定性等。
1.2信息網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
(1)需要對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬軟件及數(shù)據(jù)進(jìn)行有效保護(hù),對于系統(tǒng)遭到破壞、更改或泄露等情況需實(shí)現(xiàn)有效規(guī)避。(2)對于外部非法入侵行為需采取有效防止措施,同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)部人員的管理及教育,使內(nèi)部人員的安全意識得到有效提高。(3)信息安全管理者需重視信息網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀所存在的問題,例如行為管理的脆弱性,又如網(wǎng)絡(luò)配置及技術(shù)的不完善性等。在認(rèn)識到問題的基礎(chǔ)上,制定有效的改善策略,進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)的安全性。
2電力系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)策略探究
2.1防火墻技術(shù)
電力系統(tǒng)當(dāng)中,為了防止病毒入侵,便需要防火墻技術(shù)的介入。目前具備的防火墻指的是設(shè)置在不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)安全域間的一系列部件的組合,它屬于不同網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)安全域間信息的唯一出入口,可以企業(yè)的安全政策為依據(jù),進(jìn)一步對出入網(wǎng)絡(luò)的信息流實(shí)現(xiàn)有效控制,同時(shí)自身還具備比較強(qiáng)的攻擊能力。另外,它還是提供信息安全服務(wù)的重要基礎(chǔ),也能夠使信息網(wǎng)絡(luò)更具安全性。近年來,防火墻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和Internet之間的隔離。
2.2NAT技術(shù)
應(yīng)用NAT技術(shù),能夠讓一個(gè)機(jī)構(gòu)里的全部用戶以有限的合法IP地址為途徑,進(jìn)一步對Internet進(jìn)行訪問,這樣便使Internet上的合法IP地址得到了有效節(jié)省。另外,以地址轉(zhuǎn)換為手段,還能夠使內(nèi)網(wǎng)上主機(jī)的真實(shí)IP地址實(shí)現(xiàn)隱藏,進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)的安全性得到有效提高。
2.3防病毒技術(shù)
利用防病毒產(chǎn)品,能夠防止惡意程序的入侵,并起到抵御病毒的作用,進(jìn)一步使網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的服務(wù)器及PC機(jī)獲得了有效防護(hù)。防病毒產(chǎn)品具備功能強(qiáng)大的管理工具,能夠?qū)ξ募M(jìn)行自動更新,讓管理及服務(wù)作業(yè)更具合理性。另外,還可以使企業(yè)的防病毒安全機(jī)制更具完善性,具有優(yōu)化系統(tǒng)性能及解決病毒攻擊等優(yōu)勢,為電力系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)的安全性提供了重要保障。
2.4網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)是指對原有的數(shù)據(jù)或明文文件通過某種特定算法進(jìn)行有效處理,使其成為一段不可讀的代碼,然后只允許輸入相應(yīng)的密鑰后才可顯示出原來的內(nèi)容,通過此途徑為數(shù)據(jù)的安全性提供保障,同時(shí)使數(shù)據(jù)更具完整性及保密性。
2.5指紋認(rèn)證技術(shù)
對于電力系統(tǒng)來說,其信息網(wǎng)絡(luò)安全的身份認(rèn)證顯得極為重要。在現(xiàn)有的硬件防火墻的條件下,可以進(jìn)一步應(yīng)用最新的身份認(rèn)證技術(shù),即為指紋認(rèn)證技術(shù)。基于電力信息網(wǎng)絡(luò)管理過程中,把具有合法特質(zhì)的用戶指紋存入指紋數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。使用指紋技術(shù),便可以使認(rèn)證的可靠性增強(qiáng)。主要原理是,把用戶的密鑰與用戶指紋特征統(tǒng)一存儲在密鑰分配的KDC當(dāng)中,用戶在應(yīng)用密鑰時(shí)通過自動指紋識別確認(rèn)身份后從KDC中獲取。
2.6數(shù)據(jù)加密技術(shù)
防火墻及防病毒系統(tǒng)技術(shù)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)起到保護(hù)作用,同時(shí)通過數(shù)據(jù)加密技術(shù)也能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)起到保護(hù)作用。數(shù)據(jù)加密技術(shù)是一種對網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的訪問權(quán)進(jìn)行限制的技術(shù),在加密設(shè)備與密鑰加密過程中會產(chǎn)生密文,把密文向原始明文還原的過程為解密,是基于加密處理的反向處理,但是對于解密者來說,需使用同樣類型的加密設(shè)備及密鑰,才能夠進(jìn)一步對密文進(jìn)行有效解密。
3電力系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)架
通過防火墻、病毒網(wǎng)管及認(rèn)證服務(wù)器,使非授權(quán)用戶入侵網(wǎng)絡(luò)的情況得到有效防止,進(jìn)一步使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性得到有效體現(xiàn)。充分應(yīng)用CA中心,能夠?qū)τ脩羝鸬綑?quán)限控制作用,并且在結(jié)合內(nèi)容審計(jì)機(jī)制的基礎(chǔ)上,能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)資源與信息實(shí)現(xiàn)有效控制。通過防毒管理中心,并利用漏洞掃描器,使系統(tǒng)內(nèi)部安全得到有效保證,進(jìn)一步保證了信息的完整性。通過VPN與加密系統(tǒng),保證了信息不會泄露給沒有獲得授權(quán)的實(shí)體,進(jìn)而使信息更具保密性。另外,利用入侵檢測及日志服務(wù)器,能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全問題提供檢測方面的有效依據(jù),使信息實(shí)現(xiàn)可審查的特征,進(jìn)一步充分保證了信息的可靠性及安全性。
4結(jié)束語
將來的汽車會集成更多的處理器,因?yàn)橄冗M(jìn)的應(yīng)用和性能要求更為復(fù)雜的信號處理算法,包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的交互界面,以及車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)等。
汽車市場要求處理器供應(yīng)商做出長期的承諾。例如,汽車制造商有時(shí)要求其供應(yīng)商對某一處理器產(chǎn)品提供長達(dá)10~15年的供應(yīng)承諾。下面我們將探討針對汽車數(shù)字信號處理應(yīng)用的各種處理器類型,以及各個(gè)類型的優(yōu)缺點(diǎn)。此外,我們還將分析汽車應(yīng)用的特殊要求對面向汽車市場的處理器的影響。
汽車應(yīng)用中處理器的選擇
汽車系統(tǒng)所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)一般包括汽車認(rèn)證資格、片上集成度、性能、價(jià)格和節(jié)能等。軟件開發(fā)工具的質(zhì)量及軟件組件的可用性也會影響到處理器的選擇。處理器供應(yīng)商對其產(chǎn)品的承諾以及將來的發(fā)展規(guī)劃等也是重要的考慮因素。
由于關(guān)系到生命安全,汽車引擎、氣囊控制和剎車系統(tǒng)等關(guān)
鍵的汽車安全系統(tǒng)對處理器有十分嚴(yán)格的可靠性和耐用性要求。因此,汽車安全系統(tǒng)應(yīng)用對處理器供應(yīng)商來說是最嚴(yán)峻的考驗(yàn)。這些應(yīng)用要求處理器獲得汽車認(rèn)證資格,而且這類處理器都需要專門的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測試方法。
有許多非關(guān)鍵信號處理汽車系統(tǒng)也需要大量的處理器,比如車內(nèi)導(dǎo)航和娛樂設(shè)備。盡管汽車整車制造商和汽車電子系統(tǒng)供應(yīng)商對這類應(yīng)用也要求高質(zhì)量的組件,但要求畢竟沒有關(guān)鍵性安全應(yīng)用那么高。例如,用于車內(nèi)系統(tǒng)的處理器一般不要求獲得汽車認(rèn)證資格。
現(xiàn)在,對性能要求最高的汽車信號處理應(yīng)用是車內(nèi)導(dǎo)航和娛樂系統(tǒng)。再過幾年這一情形可能有所改變,因?yàn)樾碌陌踩到y(tǒng)開始采用視頻和雷達(dá)處理,而且引擎和剎車控制系統(tǒng)將采用基于模型的復(fù)雜計(jì)算方法,目前流行的查找表參考方法也將被復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算方法所替代。
在處理器上集成適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)、存儲器和I/O接口有助于提高性能和穩(wěn)定性,以及降低功耗和系統(tǒng)成本。汽車應(yīng)用的片上集成要求與其它信號處理應(yīng)用有很大的區(qū)別。因此,面向汽車應(yīng)用市場的供應(yīng)商必須針對這些應(yīng)用的特殊要求而專門設(shè)計(jì)其處理器。多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器對面向汽車控制系統(tǒng)的處理器特別有用。例如,一個(gè)引擎控制系統(tǒng)一般要接收來自數(shù)十個(gè)模擬傳感器的輸入信號。
附表:處理器類型、代表性供應(yīng)商及處理器樣品
對面向汽車控制系統(tǒng)的處理器來說,片上閃存是一個(gè)關(guān)鍵特性,因?yàn)檫@些系統(tǒng)要使用很大的查找表,有時(shí)需要現(xiàn)場更新。如引擎控制系統(tǒng)所用的查找表就包含來自各種控制組件(比如加油器和點(diǎn)火線圈)的數(shù)萬個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)(或類似輸出值)。校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)一般是在汽車出廠前在實(shí)驗(yàn)室確定的,但汽車使用一段時(shí)間后某些校準(zhǔn)點(diǎn)可能需要調(diào)整。片上閃存就可以利用從汽車經(jīng)銷商處下載的數(shù)據(jù)現(xiàn)場更新校準(zhǔn)點(diǎn)或控制算法的其它參數(shù)。
與采用單獨(dú)的閃存芯片相比,將閃存集成在處理器上的最大好處在于系統(tǒng)性能的提高和成本的降低。雖然集成的片上閃存對系統(tǒng)開發(fā)商很有價(jià)值,但處理器供應(yīng)商要實(shí)現(xiàn)它卻非易事。經(jīng)汽車認(rèn)證的處理器對高溫的要求比主流閃存技術(shù)所能承受的溫度要高。可想而知,在這一市場上競爭的處理器供應(yīng)商往往需要投入大量的資源以開發(fā)可在汽車系統(tǒng)上穩(wěn)定工作的閃存技術(shù)。
數(shù)字網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器有助于分布式系統(tǒng)中處理器間的通信。有各種各樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議針對不同的汽車系統(tǒng)。面向特定汽車應(yīng)用的處理器一般都為相關(guān)協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。例如,控制域網(wǎng)絡(luò)(CAN)協(xié)議一般用于引擎和變速控制網(wǎng)絡(luò)。而面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)協(xié)議則針對車內(nèi)信息娛樂應(yīng)用,如音頻、視頻、導(dǎo)航及通信等。
對于面向關(guān)鍵應(yīng)用的處理器,先進(jìn)的片上調(diào)試追蹤單元也十分有用。這種追蹤功能可為系統(tǒng)開發(fā)者提供詳細(xì)的處理器、軟件和操作系統(tǒng)狀態(tài)信息,這些信息對驗(yàn)證和調(diào)試特別有用。針對全球嵌入式處理器調(diào)試接口的Nexus5001論壇標(biāo)準(zhǔn)定義了軟件與片上調(diào)試硬件的接口。該標(biāo)準(zhǔn)最早由IEEE行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)組織(IEEE-ISTO)于1999年制定,現(xiàn)已更新到IEEE-ISTO5001-2003。該標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者希望它能夠鼓勵開發(fā)工具供應(yīng)商將片上調(diào)試追蹤單元添加進(jìn)來,或加強(qiáng)對它的支持。
車內(nèi)信息和娛樂系統(tǒng)是當(dāng)前汽車應(yīng)用中對計(jì)算性能要求最高的信號處理系統(tǒng),主要是因?yàn)檫@些系統(tǒng)涉及到視頻處理等需要強(qiáng)大信號處理功能的應(yīng)用。一個(gè)高檔信息娛樂系統(tǒng)可能包括多通道音頻系統(tǒng)、DVD播放器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng),以及免提移動電話,所有這些都集成進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。針對車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的處理器包括相對高性能的DSP、DSP增強(qiáng)型通用處理器(GPP),以及DSP/GPP混合器件。這些處理器一般工作于200至750MHz的時(shí)鐘速率范圍內(nèi)。
相反地,針對引擎和剎車控制等關(guān)鍵控制系統(tǒng)的處理器一般都是中等性能的處理器。采用較大的芯片制造工藝(如0.18或0.25微米)比較容易滿足高溫等惡劣工作環(huán)境的要求,而且控制應(yīng)用的處理速度要求一般不太高。因此,相對較低的最大處理器時(shí)鐘速度(40至150MHz)和較大的制造工藝是這類應(yīng)用的最佳選擇。然而,這類應(yīng)用對處理性能的要求也在不斷提高,處理器供應(yīng)商必須調(diào)整策略,以便在滿足高溫要求的同時(shí)獲得更高的性能。
汽車應(yīng)用對價(jià)格特別敏感。處理器供應(yīng)商不得不開發(fā)高集成度的專用處理器以降低系統(tǒng)成本。雖然汽車應(yīng)用對價(jià)格比較敏感,但汽車資格認(rèn)證過程卻代價(jià)不菲,而且這些成本會增加芯片成本。結(jié)果,經(jīng)過汽車資格認(rèn)證的處理器一般要比非認(rèn)證的同類產(chǎn)品貴。在汽車信號處理系統(tǒng)中,高效節(jié)能一般不是主要問題。只有在引擎運(yùn)轉(zhuǎn)和電池充電系統(tǒng)啟動的時(shí)候,引擎、底盤和剎車控制等系統(tǒng)才處于工作狀態(tài)。
盡管如此,高效節(jié)能在某些應(yīng)用中也很重要。有些系統(tǒng)在引擎關(guān)閉時(shí)處于工作狀態(tài),它們的功耗必須很低以便電池耗能不會影響引擎啟動。例如,車內(nèi)信息娛樂設(shè)備就是這類應(yīng)用之一。還有些系統(tǒng)必須密封得很好以免受到外界環(huán)境影響。在這種情況下,這類系統(tǒng)的封裝可能會影響散熱,因此功耗不能太大。
針對汽車應(yīng)用的信號處理器
在當(dāng)今的汽車系統(tǒng)中,有很多類型的芯片用于完成信號處理任務(wù),從8位MCU到DSP,再到FPGA。在信號處理扮演重要角色的系統(tǒng)中,8位和16位MCU現(xiàn)已不常被采用,因?yàn)樗鼈兊奶幚硇阅苡邢蕖榻档统杀荆到y(tǒng)開發(fā)商往往選擇那些性能正好夠用的處理器。但對某些應(yīng)用,預(yù)留一些性能空間是比較明智的,尤其是車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng),更能從這一性能空間的靈活性中獲益,因?yàn)橛行┕δ軕?yīng)用(如語音識別、導(dǎo)航及音頻控制)在選擇處理器時(shí)發(fā)展得尚不完善。
32位嵌入式通用處理器(GPP)一般用于中等性能要求的汽車信號處理控制系統(tǒng)。這一檔次的處理器一般采用RISC結(jié)構(gòu),所用指令簡單、普通且?guī)缀鯚o并行指令。GPP在強(qiáng)調(diào)決策和控制流變化的算法處理上特別有效,但許多情況下其信號處理性能也不錯。此外,GPP也是很好的編譯對象。與一些難于編譯的特殊DSP結(jié)構(gòu)相比,GPP編譯代碼是相當(dāng)有效的。流行的32位GPP結(jié)構(gòu)(比如MIPS、ARM和PowerPC)已廣泛應(yīng)用于汽車和非汽車應(yīng)用系統(tǒng)。
市場的廣泛認(rèn)可所帶來的優(yōu)勢包括豐富的第三方軟件組件供應(yīng)和強(qiáng)大的開發(fā)工具支持。這一類別的處理器包括德州儀器的TMS470系列(基于ARM7內(nèi)核)和飛思卡爾的MPC500系列(基于PowerPC內(nèi)核)。這兩種處理器都在32位通用處理器內(nèi)核上集成了汽車專用外設(shè)。飛思卡爾的MPC500系列處理器集成了外設(shè)、存儲器和專用I/O接口,主要針對引擎和變速控制應(yīng)用,它帶有大容量的閃存、多個(gè)CAN接口、一個(gè)Nexus調(diào)試接口、多個(gè)ADC,以及多個(gè)先進(jìn)的定時(shí)模塊。
DSP、DSP/GPP混合器件以及DSP增強(qiáng)型GPP一般用于車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)及需要信號處理功能的控制系統(tǒng)。這些處理器帶有特殊的功能,包括多積聚硬件、大容量存儲帶寬,以及采用多運(yùn)行算法的指令。這些特性綜合起來,可大大加速數(shù)字信號處理算法,比同樣時(shí)鐘速率的GPP要快得多。
DSP/GPP混合器件及DSP增強(qiáng)型GPP意在集成DSP和GPP的最佳特性:DSP的信號處理功能以及GPP在決策密集型算法和編譯代碼中的高效率。這種功能組合對那些既要求信號處理又需要決策處理的系統(tǒng)尤其重要。這類處理器包括德州儀器的TMS320C2000系列、飛思卡爾的MC56F83xx系列、瑞薩的SH7760,以及模擬器件公司的ADSP-BF53x(Blackfin系列)。
FPGA似乎不大適合汽車處理應(yīng)用,因?yàn)樗鼈円幌蛞园嘿F著稱。然而,最近幾年FPGA供應(yīng)商推出了一系列低成本、高效率的器件,使得FPGA也成為汽車系統(tǒng)的可選方案。與傳統(tǒng)的固定結(jié)構(gòu)處理器(比如DSP和GPP)不同,F(xiàn)PGA不受預(yù)先設(shè)定的指令集限制。相反,F(xiàn)PGA可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供極大的設(shè)計(jì)靈活性,以便開發(fā)適于特定應(yīng)用的處理結(jié)構(gòu)。
由于FPGA具有強(qiáng)大的并行處理能力,其信號處理速度比最快的固定結(jié)構(gòu)處理器還要快。但高性能是要付出代價(jià)的:基于FPGA的信號處理系統(tǒng)的開發(fā)成本要比固定結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)的成本高得多。雖然FPGA在汽車系統(tǒng)中的作用會逐漸擴(kuò)大,但目前它主要用于車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)的接口。當(dāng)然,一旦FPGA進(jìn)入汽車系統(tǒng),它就會有更多其它用途,有可能會替代其它系統(tǒng)組件的功能。
例如,隨著用FPGA實(shí)現(xiàn)“軟”處理器內(nèi)核的出現(xiàn),就像Altera的NiosII和賽靈思的MicroBlaze(二者都是32位RISC處理器內(nèi)核),微處理器可能會更多地采用FPGA實(shí)現(xiàn),而不是單獨(dú)的芯片。這樣可節(jié)省成本,因?yàn)檐浐丝梢远ㄖ疲ㄔO(shè)計(jì)者可以包括和剔除某些特性,也可以在功能和資源消耗上左右取舍),而且還易于實(shí)現(xiàn)與采用FPGA結(jié)構(gòu)的專用硬件(比如特定算法加速器)的接口。
數(shù)字信號處理器遍布汽車各個(gè)角落
隨著汽車應(yīng)用的電動和電控程度越來越高,數(shù)字信號處理將遍布汽車的各個(gè)角落。那些已經(jīng)采用數(shù)字信號處理的應(yīng)用將會增加計(jì)算負(fù)荷,從而促使新一代高性能汽車處理器的發(fā)展。例如,飛思卡爾新型MCP5554處理器的運(yùn)行速度是其前一代產(chǎn)品MPC566的兩倍,而且新增的SIMD指令執(zhí)行功能可進(jìn)一步提高其信號處理性能。
數(shù)字信號處理在汽車領(lǐng)域的新應(yīng)用既包括需要高信號處理性能的計(jì)算密集型應(yīng)用(如車道跟蹤系統(tǒng)),也包括僅需一般處理性能的應(yīng)用(如胎壓監(jiān)控系統(tǒng)-TPMS)。面向汽車信號處理應(yīng)用的處理器具有很寬的性能范圍,而且將來更會趨于多樣化。
基于視頻的安全和信息娛樂系統(tǒng)等高端應(yīng)用將需要更高的信號處理性能,而TPMS等低端應(yīng)用則需要節(jié)能高效的處理性能。