基于IEC61850的数字化变电站解决方案
2013-06-02
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智能电网是一种运用信息和通讯技能对电网内信息进行收集,并根据收集到的信息(例如发电厂和电能耗费的对等信息)可以主动和谐的电网。智能电网经过电力体系的高度主动化,可以改善发电和配电的功率、牢靠性、经济性以保证电力网络的可持续发展。智能电子设备(IED)是组成智能电网的根本要素,供给体系所需要的检测、丈量、维护和操控功用。

数字化变电站和IEC61850规范

智能电网的概念使用在输配电的范畴则首要意味着电力主动化和变电站数字化。当前来讲,数字化变电站的描绘首要根据世界通用的IEC61850规范。

在数字化变电站内,一切IED都将以契合IEC61850规范的方法进行通讯。IEC61850首要界说了以下的一些方面,包括:数据建模、陈述计划、事情疾速传输(GOOSE和GSSE)、设置群组、数字采样数据传输(SV)、指令装备和数据存储。

 

杂乱的通讯协议和多种不一样的通讯协议栈

有多种不一样的协议可以被IEC61850所映射。比方讲一般实时需要较低的而相对协议栈又比较杂乱的服务器-客户端类通讯可以被映射成根据TCP/IP的MMS协议栈;具有极低的推迟GOOSE通讯协议可以用于交流变电站事情信息;而采样值信息SMV的需要是实时而且具有很低的时刻颤动。

实时性需要十分高的信号处置才能而且有很高的体系牢靠度

在比如继电维护设备或电力质量分析仪等新式的IED中,广泛选用根据DFT或FFT的算法检测过流毛病条件或谐波成分。在某些极点情况下,IED描绘工程师期望处置器可以在几百微秒的时刻内处置超越60个通道的FFT信号。再加上IEC61850规范所需要的杂乱通讯使命,描绘IED工程师们现已开端认识到单核处置器现已接近了功用极限。

另一方面,出于关于体系安全性的思考,需要在通讯网络发生反常情况时,电力线维护设备的IED不允许呈现任何反常。

受以上两种需要的一起推进,IED描绘工程师开端运用至少两个处置器,别离敷衍信号处置和通讯使命。当前,IED描绘工程师不得不面临的另一个疑问是,这些处置器之间怎么通讯,还有通讯功率怎么?

广域IED时刻同步

数字化变电站需要进行广域的时刻同步,这表明变电站内的一切设备应当可以将它们的采样点与同一个时刻参考点对齐。时刻同步广泛选用PPS、IRIG-B或IEEE1588。IEEE1588根据以太网,并具有极高的时序精度,这使其有能够在不久的将来变成数字化变电站的规范时序同步协议。

体系本钱和开发本钱

当触及多处置器体系时,一般需要思考以下疑问:处置器一样吗?它们怎么相互通讯?它们能同享体系内存和电源吗?或是有必要供给独立的存储器和电源体系......需要选用两种开发工具进行开发吗?两套操作体系?

“渠道”式开发

体系越来越杂乱开发本钱和上市时刻也就越来越重要。如今大多数IED描绘团队都巴望有一个通用渠道(包括软件和硬件),能一起掩盖高端和低端商品。这样的渠道(硬件和软件)应当可以轻松扩大和晋级。像Linux这样的操作体系能够会广受欢迎,由于它有满意的开源程度。但是,细心研讨就会发现,Linux并非实时体系,并不能保证体系的实时功用。

ADI IEC61850演示描绘

2012年,ADI和上海前景数字信息有限公司协作展开了一个项目,致力于开发满意IEC61850规范的数字化变电站IED通用渠道。

● 双核Blackfin处置器– ADSP-BF60x (2个500 MHz内核)

● 4个以太网端口(2个MAC坐落处置器上,契合IEEE1588规范;另2个经过FPGA扩大)

● 16通道模仿输入(2个AD7606)

● 2个UART(1个RS232,1个RS485)

● 128 MB 16位DDR2

● 16 MB NOR + 4 MB SPI + 2 GB NAND闪存

● Cyclone IV FPGA

● 额定供给IO板,集成11通道电压和电流变压器、8个DI、8个DO

 

IEC61850评价板的硬件描绘

运用ADI的ADSP-BF60x Blackfin处置器

● 强壮的2个500 MHz双核处置器(0.17 ms的单核集成60个通道、32点、16位FFT)

● 每个内核都有148 kB L1 SRAM

● 128 kB/256 kB L2 SRAM用于双核数据交流

● 纵横式总线体系使一起拜访存储器和外设变成能够

● 2个UART、1个CAN、2个SPI、3个SPORT、2个TWI (I2C)和1个USB......

● DDR总线独立于体系本地存储器总线,使一起拜访外部存储器变成能够

● 安全特性:L2 SRAM ECC、双看门狗、体系维护......

● 撑持IEEE1588v2的双以太网MAC接口

运用ADI的ADSP-BF60x一个充沛理由就是,它集成独立的双处置器,每个处置器的作业频率高达500 MHz。另一个充沛理由是它有两个独立的以太网MAC(两个MAC地址),十分合适IEC61850使用。本演示体系中,内核0运转μCLinux操作体系,处置非实时使命,如MMS协议栈、LCD、键盘和其他比如TFTP等服务器使用。内核1运转采样和继电维护算法(DFT),还可以发送实时的GOOSE音讯而不影响操作体系的运转。两个内核经过片上L2存储器完成通讯,该L2存储器可以以高达250MHz的频率作业,保证具有最高的数据交流功率。

某些高压的IED(110 kV及以上)描绘中,能够需要较多的以太网端口(GOOSE和SMV的专用以太网端口)。出于对这种用户需要的兼容思考,本开发板可撑持经过FPGA增加更多以太网端口。在这种使用情况下,处置器和DSP之间的通讯接口十分重要,由于该接口的带宽决议了SMV音讯的实时功用。ADSP-BF60x集成4个Linkport同步并行接口,每个Linkport接口速率高达83 MB/s,供给实时接纳SMV数据所需的满意带宽。

IEC61850演示描绘的软件思考要素

● 处置器内核0运转μCLinux和非实时使命,如MMS协议栈、LCD显现和键盘输入、TFTP服务器以及以太网端口0的通讯使命(运转MMS协议栈)

● 一切μCLinux内核、定制u-boot make文件和μCLinux驱动程序均供给c言语源代码和镜像

● 完成了SISCO-MMS Lite协议栈在μCLinux上的移植(开发板并不包括SISCO-MMS答应,需另行采办)

● 经过简略的建模实例,阐明怎么将根本的继电维护功用映射到相应的逻辑设备(LD)和逻辑节点(LN)上——实例与C言语源代码随开发板一起供给

● 内核1运转实时使命(继电器维护算法、GOOSE发布),无需操作体系介入……以太网端口1连接到内核1 (GOOSE)

 
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