ADI推出獨(dú)立雙核運(yùn)行的IED解決方案，讓智能電網(wǎng)更智能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)智能電網(wǎng)自2008/2009年提出概念之后，2011年正式開(kāi)始實(shí)施，通過(guò)這幾年的發(fā)展，覆蓋面從最初的5%發(fā)展到目前的15%，預(yù)計(jì)在未來(lái)的三四年將會(huì)發(fā)展到30%-40%，發(fā)展勢(shì)頭極為迅速。

智能電網(wǎng)在輸配電方面主要體現(xiàn)在數(shù)字化變電站（圖1）上，直接與強(qiáng)電接觸的一次設(shè)備和具有保護(hù)、測(cè)控功能的二次設(shè)備。而以半導(dǎo)體、微電子為主的二次設(shè)備側(cè)，一直以來(lái)都是半導(dǎo)體廠商在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)力的主要領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)計(jì)量芯片在智能電表方面的成熟應(yīng)用， ADI公司在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的市場(chǎng)重心轉(zhuǎn)移到對(duì)集成電路安全可靠性等要求更高的智能電網(wǎng)二次設(shè)備側(cè)，在二次設(shè)備一次化的進(jìn)程中扮演著重要角色，二次設(shè)備一次化既將計(jì)量、保護(hù)、測(cè)控等功能在一次側(cè)（變壓器）實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。

圖1 數(shù)字化變電站

2012年初，ADI半導(dǎo)體公司便與上海遠(yuǎn)景數(shù)字信息有限公司（ADI第三方）合作開(kāi)展?jié)M足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電站IED通用平臺(tái)的研究，2012年11月份完成平臺(tái)開(kāi)發(fā)，2013年初開(kāi)始在國(guó)內(nèi)試點(diǎn)運(yùn)行，此套解決方案不僅適用用國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)環(huán)境，也同樣適用西方的電網(wǎng)。

下面就讓我們仔細(xì)研究一下ADI的IED系統(tǒng)解決方案，在此之前，我們簡(jiǎn)單了解一下IED設(shè)計(jì)所面對(duì)的挑戰(zhàn)：

1. 復(fù)雜的通信協(xié)議和多種不同的通信協(xié)議棧要求高實(shí)時(shí)性和超低延時(shí)；
2. 實(shí)時(shí)性要求非常高的信號(hào)處理能力并且有很高的系統(tǒng)可靠度，對(duì)單核處理器的挑戰(zhàn)。受以上兩種需求的共同推動(dòng)，以及分別應(yīng)付信號(hào)處理和通信任務(wù)的需求，兩個(gè)處理器甚至更多處理器的需求迫在眉睫，
3. 廣域IED時(shí)間同步，變電站內(nèi)的所有設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑺鼈兊牟蓸狱c(diǎn)與同一個(gè)時(shí)間參考點(diǎn)對(duì)齊。
4. 系統(tǒng)成本和開(kāi)發(fā)成本，當(dāng)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)發(fā)成本和上市時(shí)間也就越來(lái)越重要。現(xiàn)在大多數(shù)IED設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都渴望有一個(gè)通用平臺(tái)(包括軟件和硬件)，能同時(shí)覆蓋高端和低端產(chǎn)品。

面對(duì)以上諸多挑戰(zhàn)，ADI的IED系統(tǒng)解決方案是怎么應(yīng)對(duì)的呢？

圖2? ADI IEC61850演示設(shè)計(jì)

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? 雙核Blackfin處理器 – ADSP-BF60x (2個(gè)500 MHz內(nèi)核)（圖3）

強(qiáng)大的2個(gè)500 MHz雙核處理器，每個(gè)內(nèi)核都有148 kB L1 SRAM，可達(dá)256 kB L2 SRAM用于雙核數(shù)據(jù)交換， 內(nèi)部的Crossbar總線系統(tǒng), DDR總線獨(dú)立于系統(tǒng)本地存儲(chǔ)器總線,使同時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和外設(shè)成為可能；豐富的外設(shè)包括2個(gè)UART、1個(gè)CAN、2個(gè)SPI、3個(gè)SPORT、2個(gè)TWI (I2C)和1個(gè)USB等；同時(shí)考慮電力系統(tǒng)安全特性的要求：特別設(shè)計(jì)了L2 SRAM ECC、雙看門(mén)狗、系統(tǒng)保護(hù)等等，支持IEEE1588v2的雙以太網(wǎng)MAC接口。

雙處理器內(nèi)核0和內(nèi)核1可獨(dú)立運(yùn)行，內(nèi)核0運(yùn)行μCLinux操作系統(tǒng)，處理非實(shí)時(shí)任務(wù)，如MMS協(xié)議棧、LCD、鍵盤(pán)和其他諸如TFTP等服務(wù)器應(yīng)用。內(nèi)核1可裸核運(yùn)行，實(shí)時(shí)處理采樣和繼電保護(hù)算法，還可以發(fā)送實(shí)時(shí)的GOOSE消息而不影響操作系統(tǒng)的運(yùn)行。兩個(gè)內(nèi)核通過(guò)片上L2存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)通信，該L2存儲(chǔ)器能夠以高達(dá)250MHz的頻率工作，確保具有最高的數(shù)據(jù)交換效率，使數(shù)據(jù)延時(shí)保持在毫秒級(jí)，極高校地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的通信、數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

圖3 IEC61850評(píng)估板的硬件設(shè)計(jì)框架圖

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? 4個(gè)以太網(wǎng)端口(2個(gè)MAC個(gè)位于處理器上，符合IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)；另2個(gè)通過(guò)FPGA擴(kuò)展)

某些高壓的IED(110 kV及以上)設(shè)計(jì)中，可能需要較多的以太網(wǎng)端口(GOOSE和SMV的專用以太網(wǎng)端口)。出于對(duì)這種用戶需求的兼容考慮，本開(kāi)發(fā)板可支持通過(guò)FPGA添加更多以太網(wǎng)端口。在這種應(yīng)用情況下，處理器和DSP之間的通信接口非常重要，因?yàn)樵摻涌诘膸挍Q定了SMV消息的實(shí)時(shí)性能。ADSP-BF60x集成4個(gè)Linkport（圖2）同步并行接口，每個(gè)Linkport接口速率高達(dá)83 MB/s，提供實(shí)時(shí)接收SMV數(shù)據(jù)所需的足夠帶寬。同時(shí)，F(xiàn)PGA的模塊也可以拓展設(shè)計(jì)為時(shí)鐘同步器，以保證廣域IED時(shí)間同步的要求。

? 16通道模擬輸入(2個(gè)AD7606)

由于智能電網(wǎng)有巨大的數(shù)據(jù)處理和及時(shí)性的要求，國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)二次設(shè)備的采樣ADC大多都采取SAR（逐次逼近寄存器型）ADC，以減小信號(hào)的延時(shí)，ADI此次推出的IED解決方案高壓側(cè)采用的就是能容忍來(lái)自電網(wǎng)±10 V采樣的電壓SAR ADC，這也符合國(guó)內(nèi)對(duì)采樣ADC的要求，相比于西方電網(wǎng)常用的較便宜的∑-△ADC采樣ADC，此款的設(shè)計(jì)也同樣適用，“該解決方案目前也已經(jīng)開(kāi)始在印度、俄羅斯開(kāi)始試行，也同樣適用于歐美的電網(wǎng)市場(chǎng)”，ADI半導(dǎo)體技術(shù)公司的市場(chǎng)經(jīng)理張松剛先生表示。

此次ADI推出的IED演示平臺(tái)上的其它特色產(chǎn)品如下：