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ADI推出独立双核运行的IED解决方案,让智能电网更智能

2013/05/14
阅读需 7 分钟
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据统计,中国智能电网自2008/2009年提出概念之后,2011年正式开始实施,通过这几年的发展,覆盖面从最初的5%发展到目前的15%,预计在未来的三四年将会发展到30%-40%,发展势头极为迅速。

智能电网在输配电方面主要体现在数字化变电站(图1)上,直接与强电接触的一次设备和具有保护、测控功能的二次设备。而以半导体、微电子为主的二次设备侧,一直以来都是半导体厂商在智能电网系统中发力的主要领域,经过计量芯片智能电表方面的成熟应用, ADI公司在智能电网领域的市场重心转移到对集成电路安全可靠性等要求更高的智能电网二次设备侧,在二次设备一次化的进程中扮演着重要角色,二次设备一次化既将计量、保护、测控等功能在一次侧(变压器)实现,数据实时处理。

图1 数字化变电站

2012年初,ADI半导体公司便与上海远景数字信息有限公司(ADI第三方)合作开展满足IEC61850标准数字化变电站IED通用平台的研究,2012年11月份完成平台开发,2013年初开始在国内试点运行,此套解决方案不仅适用用国内的电网环境,也同样适用西方的电网。

下面就让我们仔细研究一下ADI的IED系统解决方案,在此之前,我们简单了解一下IED设计所面对的挑战:

  1. 复杂的通信协议和多种不同的通信协议栈要求高实时性和超低延时;
  2. 实时性要求非常高的信号处理能力并且有很高的系统可靠度,对单核处理器的挑战。受以上两种需求的共同推动,以及分别应付信号处理和通信任务的需求,两个处理器甚至更多处理器的需求迫在眉睫,
  3. 广域IED时间同步,变电站内的所有设备应当能够将它们的采样点与同一个时间参考点对齐。
  4. 系统成本和开发成本,当系统越来越复杂,开发成本和上市时间也就越来越重要。现在大多数IED设计团队都渴望有一个通用平台(包括软件硬件),能同时覆盖高端和低端产品。

面对以上诸多挑战,ADI的IED系统解决方案是怎么应对的呢?

图2  ADI IEC61850演示设计

 

双核Blackfin处理器 ADSP-BF60x (2500 MHz内核)(图3)

强大的2个500 MHz双核处理器,每个内核都有148 kB L1 SRAM,可达256 kB L2 SRAM用于双核数据交换, 内部的Crossbar总线系统, DDR总线独立于系统本地存储器总线,使同时访问存储器和外设成为可能;丰富的外设包括2个UART、1个CAN、2个SPI、3个SPORT、2个TWI (I2C)和1个USB等;同时考虑电力系统安全特性的要求:特别设计了L2 SRAM ECC、双看门狗、系统保护等等,支持IEEE1588v2的双以太网MAC接口。

双处理器内核0和内核1可独立运行,内核0运行μCLinux操作系统,处理非实时任务,如MMS协议栈、LCD、键盘和其他诸如TFTP服务器应用。内核1可裸核运行,实时处理采样和继电保护算法,还可以发送实时的GOOSE消息而不影响操作系统的运行。两个内核通过片上L2存储器实现通信,该L2存储器能够以高达250MHz的频率工作,确保具有最高的数据交换效率,使数据延时保持在毫秒级,极高校地应对复杂的通信、数据处理任务。

图3 IEC61850评估板硬件设计框架图

 

• 4个以太网端口(2MAC个位于处理器上,符合IEEE1588标准;另2个通过FPGA扩展)

某些高压的IED(110 kV及以上)设计中,可能需要较多的以太网端口(GOOSE和SMV的专用以太网端口)。出于对这种用户需求的兼容考虑,本开发板可支持通过FPGA添加更多以太网端口。在这种应用情况下,处理器和DSP之间的通信接口非常重要,因为该接口的带宽决定了SMV消息的实时性能。ADSP-BF60x集成4个Linkport(图2)同步并行接口,每个Linkport接口速率高达83 MB/s,提供实时接收SMV数据所需的足够带宽。同时,FPGA的模块也可以拓展设计为时钟同步器,以保证广域IED时间同步的要求。

• 16通道模拟输入(2AD7606)

由于智能电网有巨大的数据处理和及时性的要求,国内智能电网二次设备的采样ADC大多都采取SAR(逐次逼近寄存器型)ADC,以减小信号的延时,ADI此次推出的IED解决方案高压侧采用的就是能容忍来自电网±10 V采样的电压SAR ADC,这也符合国内对采样ADC的要求,相比于西方电网常用的较便宜的∑-ADC采样ADC,此款的设计也同样适用,“该解决方案目前也已经开始在印度、俄罗斯开始试行,也同样适用于欧美的电网市场”,ADI半导体技术公司的市场经理张松刚先生表示。

此次ADI推出的IED演示平台上的其它特色产品如下:

ADI

ADI

亚德诺半导体全称为亚德诺半导体技术有限公司(analog devices,inc.)简称ADI。是一家专营半导体传感器和信号处理ic的卓越的供应商,ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱,并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI是业界卓越的半导体公司,在模拟信号、混合信号和数字信号处理的设计与制造领域都发挥着十分重要的作用。

亚德诺半导体全称为亚德诺半导体技术有限公司(analog devices,inc.)简称ADI。是一家专营半导体传感器和信号处理ic的卓越的供应商,ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱,并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI是业界卓越的半导体公司,在模拟信号、混合信号和数字信号处理的设计与制造领域都发挥着十分重要的作用。收起

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与非网编辑。朋友眼中的伪文艺青年,爱生活,爱阅读,爱观察,爱断片,坚持内心平衡,万事随遇而安,我在与非网,我刚刚上路,觅良师益友,结伴同行。