基于Blackfin處理器的繼電保護完整解決方案解析

　　全球對電力設施建設的關(guān)注從來(lái)沒(méi)有達到像當前這樣高的熱度，一方面當前形勢下的環(huán)保節能要求對傳統電網(wǎng)提出了極大的挑戰，另一方面，全球近年來(lái)發(fā)生多起導致重大經(jīng)濟損失和影響民生的電網(wǎng)事故，作為重要能源供應的電網(wǎng)安全性越來(lái)越受到高度重視。電網(wǎng)改造以及智能電網(wǎng)建設熱潮正在揭開(kāi)全球數萬(wàn)億美元的巨大市場(chǎng)商機。

　　近年來(lái)，中國國家電網(wǎng)一直努力打造具有網(wǎng)絡(luò )化、自動(dòng)化的統一的堅強智能電網(wǎng)，已經(jīng)明確了分階段推進(jìn)堅強智能電網(wǎng)發(fā)展的戰略和今后十年堅強智能電網(wǎng)的建設規劃。電網(wǎng)改造和堅強智能電網(wǎng)建設的一個(gè)重要方面是加強網(wǎng)絡(luò )的自我故障診斷、保護和自愈功能，電力公司需要電力線(xiàn)監控和保護系統，以對能量的消耗情況、成本和質(zhì)量進(jìn)行監視和控制，并對保護昂貴的設備進(jìn)行保護，從而使電源不至于被浪涌和惡劣的氣候所損毀。

　　繼電保護系統設計挑戰分析

　　繼電保護是實(shí)現電力網(wǎng)絡(luò )及相關(guān)設備監測保護的重要技術(shù)，向計算機化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化，以及保護、控制、測量和數據通信一體化發(fā)展是該領(lǐng)域的長(cháng)期發(fā)展趨勢。有關(guān)數據顯示，截止到2006年底，全國220kV及以上系統繼電保護裝置的微機化率已達91.41%。繼電保護裝置的微機化趨勢充分利用了先進(jìn)的半導體處理器技術(shù)：高速的運算能力、完善的存貯能力和各種優(yōu)化算法，同時(shí)采用大規模集成電路和成熟的數據采集、模數轉換、數字濾波和抗干擾等技術(shù)，因而系統響應速度、可靠性方面均有顯著(zhù)的提升。然而，如何持續提高這些特性也是繼電保護系統設計工程師面臨的挑戰。主要有以下幾個(gè)方面：

　　更高的繼電保護性能。更快(處理能力)、更強(功能)、更低(低成本和功耗)是電子產(chǎn)品持續發(fā)展的動(dòng)力，也是工程師面臨的永恒挑戰。具體到電力繼電保護設備來(lái)說(shuō)，包括：電力狀態(tài)參數的快速準確監測;系統很強的存儲力能更好地實(shí)現故障分量保護;先進(jìn)、優(yōu)化的自動(dòng)控制、算法和技術(shù)，如自適應、狀態(tài)預測、模糊控制及人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等，確保更高的運行準確率;在滿(mǎn)足當前繼電保護功能和性能需求的條件下，以更低的整體系統成本(包括軟硬件成本和開(kāi)發(fā)成本)實(shí)現。.

　　系統軟硬件的擴展能力。產(chǎn)品方案的可擴展性是當前很多嵌入式系統產(chǎn)品方案選型的一個(gè)重要考慮點(diǎn)，對于繼電保護系統來(lái)說(shuō)尤其如此。例如通信總線(xiàn)從RS485向CAN總線(xiàn)轉換、以太網(wǎng)接口擴展、新增智能化功能擴展，以及故障錄波、波形分析、附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障測距、系統在線(xiàn)可升級等功能。特別是隨著(zhù)變電站通信網(wǎng)絡(luò )及系統的系列國際標準IEC61850的逐步導入和推廣，基于該標準發(fā)展起來(lái)的繼保產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展趨勢對當前所采用的硬件平臺(特別是核心處理器)的性能可擴展性提出了嚴峻挑戰，同時(shí)對核心處理器的通信能力和存儲能力要求更高。另外，智能化發(fā)展趨勢帶來(lái)的諸如人工智能、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的應用對硬件平臺的處理能力要求則遠遠的超越了以往的系統。

　　更高的可靠性?？煽啃猿讼到y軟件設計的優(yōu)化和調試外，體現在數字元件的特性不易受溫度變化(寬的工作溫度范圍)、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

　　基于Blackfin處理器的完整解決方案

　　由ADI與北京億旗創(chuàng )新科技近期正式推出了聯(lián)合研發(fā)的繼電保護方案平臺。該方案采用了目前在電力線(xiàn)監控系統中廣泛應用的Blackfin處理器(ADSP BF518)和新型同步采樣ADC( AD7606)。方案提供了完整的硬件和軟件模塊，將用戶(hù)從硬件平臺、操作系統、協(xié)議棧以及GUI等軟件開(kāi)發(fā)工作中解放出來(lái)，大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，并降低了軟硬件開(kāi)發(fā)難度。該參考設計的主要特性包括支持uC/OSⅡ操作系統、單處理器、支持2個(gè)以太網(wǎng)端口(10M/100M)、支持IEEE1588、支持實(shí)現復雜的算法和高采樣率、最多16通道同步采樣，并兼容IEC61850協(xié)議。