基于RK3358 的电力系统智能化设计

王坤阳

（佳源科技股份有限公司，江苏 南京 210012）

0 引 言

现代化的农业生产离不开电力系统的加持。电力系统在农业机械、农业排灌、农作物脱粒等众多领域具有广泛的影响力。农业生产用电的价格明显低于工商业用电的价格，一般工商业的电费均价在0.600 0 元/kW·h 以上，而农业方面1 ～10 kV 的电费均价只有0.590 0 元/kW·h，10 kV 以上的电费电价更是低于这个标准。在农业生产领域，农业排灌和农作物脱粒用电在1 ～10 kV 层面的电费均价低至0.439 0 元/kW·h，其中的尖峰电价为0.602 0 元/kW·h，高峰电价为0.541 8 元/kW·h，低谷电价低到0.301 0 元/kW·h。电力系统为农业生产提供质优价廉的电力支持，对农业生产效率的提升无疑是巨大的。

1 电力系统智能化对于农业生产的意义

1.1 有效应对农村劳动力不足

受制于人口老龄化和农村空心化，现阶段在农村生活的人口以高龄老人和留守儿童居多。这对于农业生产所需的劳动力是一个巨大的挑战，农业生产所需的劳动力会越来越短缺。电力系统智能化则可以做到有效补位。

1.2 供电更加安全便捷

电力系统智能化可以为农业生产者提供安全、稳定、便捷的智能化电力服务。

1.3 助力农业现代化

电力系统智能化配合智慧农业、农业物联网、水肥一体化、植保无人机、大规模机械化生产、智能农田排灌系统以及全自动收割脱粒烘干机，可以有效提升农业生产效率，缓解农业用工成本过高和人手不足的问题。

2 电力系统智能化的运行框架

2.1 电力系统智能化与农业生产的交互

电力系统智能化在农业生产领域的运行框架如图1 所示，需要与各种农业生产设备协同配合才能实现规模效益。

图1 电力系统智能化在农业生产领域的运行框架

2.2 电力系统智能化的客户端数据交互

电力系统运行中会产生海量数据，如设备运行状况、电价方案以及线损模式等，因此智能化的电力系统必须保证稳定运行。电力系统智能化的客户端交互运行如图2 所示，考虑后期数据量比较大，为保证其安全、稳定，应采用一主多从的方式进行部署。当一台主机宕机后，备机能够及时替换，保证电网服务能持续运行。采用一主多从的模式具备以下几个优点：一是数据结构简单，易于扩展；二是支持海量数据读写；三是处理速度快；四是响应速度快；五是支持高并发；六是支持多种语言进行开发；七是支持多种数据类型。

图2 电力系统智能化的客户端交互运行

2.3 电力系统智能化通信过程的主从交互

电力系统智能化通信过程的主从交互如图3 所示。电力系统中产生的海量信息需要存储，智能化电力系统采用MySQL 数据库进行关系型数据存储。日常业务数据的存储，可以为用户交互提供可靠的数据保障，采用双主机模式，保证数据实时同步备份，出现宕机的情况则能够及时替换。离散型数据存储选择InfluxDB 数据库，用来存储传感器等产生的离散型数据。

图3 电力系统智能化通信过程的主从交互

3 RK3358 的介绍

在电力系统智能化的时代背景下，RK3358 核心板成为保障电力系统与全网线路高效运转的关键一环，对电力系统各模块的密切配合起着非常重要的作用。在智能化电力系统中，RK3358 核心板可以应用在各类电表的数据采集分析、继电器保护、回路巡检、边缘计算以及人工智能（Artificial Intelligence，AI）布署等功能设计，帮助电器设备加速升级。

3.1 数据采集分析与控制管理

RK3358 核心板可以用在数据采集分析与控制领域，对于电力系统智能化意义重大。通过RS-485、控制器局域网（Controller Area Network，CAN）以及以太网等接口接入各类传感器，借助强大的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）处理能力，对配电变压器和终端用电数据解析计算，可以实现的功能有用电监控、阶梯定价、负荷管理以及线损分析，从而实现自动抄表、错峰用电、用电检查、负荷预测以及节约用电成本等目标。

3.2 性能稳定可靠

RK3358 核心板可以承受-40 ～85 ℃的极端恶劣环境，用在配电管理系统终端上，面向的器件有集中器、采集器、能源控制器以及融合终端等智能终端，具备高性能、低功耗、温升低的特点。RK3358 核心板采用28 nm 四核A35 架构，芯片的计算能力可达10K DMIPS。与40 nm 四核A7 芯片相比，RK3358核心板同等条件下的综合性能提升40%，功耗降低10%，优势明显，长时间工作的升温幅度较低，具有更高的可靠性[1]。

3.3 安全防护和回路巡检

RK3358 核心板在电力系统智能化领域起到安全防护和回路巡检的作用。电力系统对于生产、消费以及运营管理有着极为严格的要求，RK3358 核心板可以有效提升供电设备和用电设备的安全系数。通过传感器、摄像头、直流稳压电源等智能硬件设备采集到环境数据，可以实现温湿度调控、人脸识别、烟雾报警、火灾应急响应、电力系统智能消防等功能[2]。

RK3358 核心板在安全防护和回路巡检领域采用先进制程，具备高性能、低功耗的特点，可以满足不同场景下电力系统设备器件的安全等级需求。它提供高安全系数的因特网服务提供商（Internet Service Provider，ISP），支持图像像素多级降噪，可进行黑光全彩拍摄，内置独立的2T 嵌入式神经网络处理器（Neural-network Process Units，NPU）计算单元，支持山林防火、电网线路异常检测等现场应用智能算法，在配电房、供电服务站以及电网监测运行管理站房等现场可以使用[3]。

3.4 助力边缘计算与AI 布署

首先，RK3358 核心板可以助力边缘计算与AI布署，电网系统布局规模庞大的设备器件，如电表设备、保护装置、采集装置以及控制设备等。对于分布式发电、智慧储能、用户电网产生的问题，边缘计算与AI 布署满足“端侧本地化”高效运行的需求，大大提高运行效率。

其次，RK3358 核心板内置独立的NPU，具有极高的算力并支持接口扩展，便于快速搭建各类应用场景的AI 部署，快速处理终端数据，有效支持数据采集分析、数据系统管理等功能，可以缓解本地服务端面临的压力。

最后，RK3358 核心板采用8nm 64 位高性能的CPU，计算能力最高可达93K DMIPS，算力支持方面则有6Tops NPU，它支持8K 视频编解码、RKNNToolkit 套件、Rock-X AI 开发组件以及算子（Operator，Op），可快速实现AI 部署[4]。

3.5 保障终端系统安全

RK3358 核心板能够提高电力系统终端领域的安全性能。电力系统智能化对于提供安全、稳定、可靠的电力系统至关重要，对于读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵赖性、数据保密性、通信层安全等领域必须保障数据安全。除了照顾到数据安全以外，软件层及时稳定也非常重要。对于电力系统的应用层软件，RK3358 核心板也进行有效保障，主要体现在以下几个方面。一是强大的系统包容性。它支持多种系统的组合形式，不仅可以支持AMP 形式的嵌入式系统，也可以支持全裸机系统、裸机系统+RTOS、裸机系统+Linux 以及裸机系统+RTOS+Linux 等情况[5]。二是强大的实时响应能力。它可以实现微秒级别的定时器、通用I/O 端口（General Purpose Input /Output Ports，GPIO）中断、任务调度响应机制。三是强大的协同适配性。它支持多种操作系统（Operating System，OS），如Android、Linux 以及统信、麒麟、翼辉、科东等国产OS，均可适配。四是强大的数据安全性。安全性能已达国密级别，会定期合入公共漏洞和暴露（Common Vulnerabilities & Exposures，CVE）安全漏洞补丁，支持磁盘加密，保证数据不被窃取。实行固件加密以及防回滚、全链路的安全机制，启动Secure Boot，防止固件被篡改。使用基于TrustZone 的硬件隔离机制，对开放式可移植可信执行环境（Open Portable Trusted Execution Environment，OPTEE）实施可信授权。对于数据的访问、硬件加密模块，同样能支持哈希、高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）、RSA、SM4 等加密算法；对于存储密钥等关键敏感信息，支持安全的动态口令（One Time Password，OTP）[6]。

4 结 论

当前，国内的电力系统正面临着机遇和挑战，RK3358 核心板将数字技术加持到电力系统智能化领域，有助于提高电力系统整体的感知能力、管理水平以及运行效率，不断加强电力强国的智能化建设。而随着智能化电力系统越加完善，农业生产也会从中受益良多，不仅享受较为低廉的电力价格，而且支持越来越多的新型农业生产设备投入农业生产领域，对于农业产量的提高、品质的优化、农业生产资源的整合、农业产业的优化布局都会产生非常积极的作用。