基于RK3358 的電力系統智能化設計

王坤陽

（佳源科技股份有限公司，江蘇 南京 210012）

0 引 言

現代化的農業生產離不開電力系統的加持。電力系統在農業機械、農業排灌、農作物脫粒等眾多領域具有廣泛的影響力。農業生產用電的價格明顯低于工商業用電的價格，一般工商業的電費均價在0.600 0 元/kW·h 以上，而農業方面1 ～10 kV 的電費均價只有0.590 0 元/kW·h，10 kV 以上的電費電價更是低于這個標準。在農業生產領域，農業排灌和農作物脫粒用電在1 ～10 kV 層面的電費均價低至0.439 0 元/kW·h，其中的尖峰電價為0.602 0 元/kW·h，高峰電價為0.541 8 元/kW·h，低谷電價低到0.301 0 元/kW·h。電力系統為農業生產提供質優價廉的電力支持，對農業生產效率的提升無疑是巨大的。

1 電力系統智能化對于農業生產的意義

1.1 有效應對農村勞動力不足

受制于人口老齡化和農村空心化，現階段在農村生活的人口以高齡老人和留守兒童居多。這對于農業生產所需的勞動力是一個巨大的挑戰，農業生產所需的勞動力會越來越短缺。電力系統智能化則可以做到有效補位。

1.2 供電更加安全便捷

電力系統智能化可以為農業生產者提供安全、穩定、便捷的智能化電力服務。

1.3 助力農業現代化

電力系統智能化配合智慧農業、農業物聯網、水肥一體化、植保無人機、大規模機械化生產、智能農田排灌系統以及全自動收割脫粒烘干機，可以有效提升農業生產效率，緩解農業用工成本過高和人手不足的問題。

2 電力系統智能化的運行框架

2.1 電力系統智能化與農業生產的交互

電力系統智能化在農業生產領域的運行框架如圖1 所示，需要與各種農業生產設備協同配合才能實現規模效益。

圖1 電力系統智能化在農業生產領域的運行框架

2.2 電力系統智能化的客戶端數據交互

電力系統運行中會產生海量數據，如設備運行狀況、電價方案以及線損模式等，因此智能化的電力系統必須保證穩定運行。電力系統智能化的客戶端交互運行如圖2 所示，考慮后期數據量比較大，為保證其安全、穩定，應采用一主多從的方式進行部署。當一臺主機宕機后，備機能夠及時替換，保證電網服務能持續運行。采用一主多從的模式具備以下幾個優點：一是數據結構簡單，易于擴展；二是支持海量數據讀寫；三是處理速度快；四是響應速度快；五是支持高并發；六是支持多種語言進行開發；七是支持多種數據類型。

圖2 電力系統智能化的客戶端交互運行

2.3 電力系統智能化通信過程的主從交互

電力系統智能化通信過程的主從交互如圖3 所示。電力系統中產生的海量信息需要存儲，智能化電力系統采用MySQL 數據庫進行關系型數據存儲。日常業務數據的存儲，可以為用戶交互提供可靠的數據保障，采用雙主機模式，保證數據實時同步備份，出現宕機的情況則能夠及時替換。離散型數據存儲選擇InfluxDB 數據庫，用來存儲傳感器等產生的離散型數據。

圖3 電力系統智能化通信過程的主從交互

3 RK3358 的介紹

在電力系統智能化的時代背景下，RK3358 核心板成為保障電力系統與全網線路高效運轉的關鍵一環，對電力系統各模塊的密切配合起著非常重要的作用。在智能化電力系統中，RK3358 核心板可以應用在各類電表的數據采集分析、繼電器保護、回路巡檢、邊緣計算以及人工智能（Artificial Intelligence，AI）布署等功能設計，幫助電器設備加速升級。

3.1 數據采集分析與控制管理

RK3358 核心板可以用在數據采集分析與控制領域，對于電力系統智能化意義重大。通過RS-485、控制器局域網（Controller Area Network，CAN）以及以太網等接口接入各類傳感器，借助強大的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）處理能力，對配電變壓器和終端用電數據解析計算，可以實現的功能有用電監控、階梯定價、負荷管理以及線損分析，從而實現自動抄表、錯峰用電、用電檢查、負荷預測以及節約用電成本等目標。

3.2 性能穩定可靠

RK3358 核心板可以承受-40 ～85 ℃的極端惡劣環境，用在配電管理系統終端上，面向的器件有集中器、采集器、能源控制器以及融合終端等智能終端，具備高性能、低功耗、溫升低的特點。RK3358 核心板采用28 nm 四核A35 架構，芯片的計算能力可達10K DMIPS。與40 nm 四核A7 芯片相比，RK3358核心板同等條件下的綜合性能提升40%，功耗降低10%，優勢明顯，長時間工作的升溫幅度較低，具有更高的可靠性[1]。

3.3 安全防護和回路巡檢

RK3358 核心板在電力系統智能化領域起到安全防護和回路巡檢的作用。電力系統對于生產、消費以及運營管理有著極為嚴格的要求，RK3358 核心板可以有效提升供電設備和用電設備的安全系數。通過傳感器、攝像頭、直流穩壓電源等智能硬件設備采集到環境數據，可以實現溫濕度調控、人臉識別、煙霧報警、火災應急響應、電力系統智能消防等功能[2]。

RK3358 核心板在安全防護和回路巡檢領域采用先進制程，具備高性能、低功耗的特點，可以滿足不同場景下電力系統設備器件的安全等級需求。它提供高安全系數的因特網服務提供商（Internet Service Provider，ISP），支持圖像像素多級降噪，可進行黑光全彩拍攝，內置獨立的2T 嵌入式神經網絡處理器（Neural-network Process Units，NPU）計算單元，支持山林防火、電網線路異常檢測等現場應用智能算法，在配電房、供電服務站以及電網監測運行管理站房等現場可以使用[3]。

3.4 助力邊緣計算與AI 布署

首先，RK3358 核心板可以助力邊緣計算與AI布署，電網系統布局規模龐大的設備器件，如電表設備、保護裝置、采集裝置以及控制設備等。對于分布式發電、智慧儲能、用戶電網產生的問題，邊緣計算與AI 布署滿足“端側本地化”高效運行的需求，大大提高運行效率。

其次，RK3358 核心板內置獨立的NPU，具有極高的算力并支持接口擴展，便于快速搭建各類應用場景的AI 部署，快速處理終端數據，有效支持數據采集分析、數據系統管理等功能，可以緩解本地服務端面臨的壓力。

最后，RK3358 核心板采用8nm 64 位高性能的CPU，計算能力最高可達93K DMIPS，算力支持方面則有6Tops NPU，它支持8K 視頻編解碼、RKNNToolkit 套件、Rock-X AI 開發組件以及算子（Operator，Op），可快速實現AI 部署[4]。

3.5 保障終端系統安全

RK3358 核心板能夠提高電力系統終端領域的安全性能。電力系統智能化對于提供安全、穩定、可靠的電力系統至關重要，對于讀取控制、隱私保護、用戶認證、不可抵賴性、數據保密性、通信層安全等領域必須保障數據安全。除了照顧到數據安全以外，軟件層及時穩定也非常重要。對于電力系統的應用層軟件，RK3358 核心板也進行有效保障，主要體現在以下幾個方面。一是強大的系統包容性。它支持多種系統的組合形式，不僅可以支持AMP 形式的嵌入式系統，也可以支持全裸機系統、裸機系統+RTOS、裸機系統+Linux 以及裸機系統+RTOS+Linux 等情況[5]。二是強大的實時響應能力。它可以實現微秒級別的定時器、通用I/O 端口（General Purpose Input /Output Ports，GPIO）中斷、任務調度響應機制。三是強大的協同適配性。它支持多種操作系統（Operating System，OS），如Android、Linux 以及統信、麒麟、翼輝、科東等國產OS，均可適配。四是強大的數據安全性。安全性能已達國密級別，會定期合入公共漏洞和暴露（Common Vulnerabilities & Exposures，CVE）安全漏洞補丁，支持磁盤加密，保證數據不被竊取。實行固件加密以及防回滾、全鏈路的安全機制，啟動Secure Boot，防止固件被篡改。使用基于TrustZone 的硬件隔離機制，對開放式可移植可信執行環境（Open Portable Trusted Execution Environment，OPTEE）實施可信授權。對于數據的訪問、硬件加密模塊，同樣能支持哈希、高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）、RSA、SM4 等加密算法；對于存儲密鑰等關鍵敏感信息，支持安全的動態口令（One Time Password，OTP）[6]。

4 結 論

當前，國內的電力系統正面臨著機遇和挑戰，RK3358 核心板將數字技術加持到電力系統智能化領域，有助于提高電力系統整體的感知能力、管理水平以及運行效率，不斷加強電力強國的智能化建設。而隨著智能化電力系統越加完善，農業生產也會從中受益良多，不僅享受較為低廉的電力價格，而且支持越來越多的新型農業生產設備投入農業生產領域，對于農業產量的提高、品質的優化、農業生產資源的整合、農業產業的優化布局都會產生非常積極的作用。