基于IEC61850的智能電子設備解決方案

智能電網(wǎng)是一種使用信息和通信技術(shù)對電網(wǎng)內信息進(jìn)行采集，并基于采集到的信息（例如發(fā)電廠(chǎng)和電能消耗的對等信息）可以自動(dòng)協(xié)調的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)通過(guò)電力系統的高度自動(dòng)化，可以改進(jìn)發(fā)電和配電的效率、可靠性、經(jīng)濟性以保證電力網(wǎng)絡(luò )的可持續發(fā)展。智能電子設備（IED）是組成智能電網(wǎng)的基本要素，提供系統所需要的檢測、測量、保護和控制功能。

數字化變電站和IEC61850標準

智能電網(wǎng)的概念應用在輸配電的領(lǐng)域則主要意味著(zhù)電力自動(dòng)化和變電站數字化。目前來(lái)講，數字化變電站的設計主要基于國際通用的IEC61850標準。

在數字化變電站內，所有IED都將以符合IEC61850標準的方式進(jìn)行通信。IEC61850主要定義了以下的一些方面，包括：數據建模、報告方案、事件快速傳輸（GOOSE和GSSE）、設置群組、數字采樣數據傳輸（SV）、命令配置和數據存儲。

復雜的通信協(xié)議和多種不同的通信協(xié)議棧

有多種不同的協(xié)議可以被IEC61850所映射。比如講通常實(shí)時(shí)要求較低的而相對協(xié)議棧又比較復雜的服務(wù)器-客戶(hù)端類(lèi)通信可以被映射成基于TCP/IP的MMS協(xié)議棧；具有極低的延遲GOOSE通訊協(xié)議可以用于交換變電站事件信息；而采樣值信息SMV的要求是實(shí)時(shí)并且具有很低的時(shí)間抖動(dòng)。

實(shí)時(shí)性要求非常高的信號處理能力并且有很高的系統可靠度

在諸如繼電保護設備或電力質(zhì)量分析儀等新式的IED中，廣泛采用基于DFT或FFT的算法檢測過(guò)流故障條件或諧波成分。在某些極端情況下，IED設計工程師希望處理器能夠在幾百微秒的時(shí)間內處理超過(guò)60個(gè)通道的FFT信號。再加上IEC61850標準所要求的復雜通信任務(wù)，設計IED工程師們現已開(kāi)始認識到單核處理器已經(jīng)接近了性能極限。

另一方面，出于對于系統安全性的考慮，要求在通信網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生異常情況時(shí)，電力線(xiàn)保護設備的IED不允許出現任何異常。

受以上兩種需求的共同推動(dòng)，IED設計工程師開(kāi)始使用至少兩個(gè)處理器，分別應付信號處理和通信任務(wù)。目前，IED設計工程師不得不面對的另一個(gè)問(wèn)題是，這些處理器之間如何通信，還有通信效率如何？

廣域IED時(shí)間同步

數字化變電站要求進(jìn)行廣域的時(shí)間同步，這表示變電站內的所有設備應當能夠將它們的采樣點(diǎn)與同一個(gè)時(shí)間參考點(diǎn)對齊。時(shí)間同步廣泛采用PPS、IRIG-B或IEEE1588.IEEE1588基于以太網(wǎng)，并具有極高的時(shí)序精度，這使其有可能在不久的將來(lái)成為數字化變電站的標準時(shí)序同步協(xié)議。

系統成本和開(kāi)發(fā)成本

當涉及多處理器系統時(shí)，通常需要考慮以下問(wèn)題：處理器相同嗎？它們如何互相通信？它們能共享系統內存和電源嗎？或是必須提供獨立的存儲器和電源系統……需要采用兩種開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)嗎？?jì)商撞僮飨到y？

“平臺”式開(kāi)發(fā)

系統越來(lái)越復雜開(kāi)發(fā)成本和上市時(shí)間也就越來(lái)越重要?，F在大多數IED設計團隊都渴望有一個(gè)通用平臺（包括軟件和硬件），能同時(shí)覆蓋高端和低端產(chǎn)品。這樣的平臺（硬件和軟件）應當能夠輕松擴展和升級。像Linux這樣的操作系統可能會(huì )廣受歡迎，因為它有足夠的開(kāi)源程度。然而，仔細研究就會(huì )發(fā)現，Linux并非實(shí)時(shí)系統，并不能保證系統的實(shí)時(shí)性能。

ADI IEC61850演示設計

2012年，ADI和上海遠景數字信息有限公司合作展開(kāi)了一個(gè)項目，致力于開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足IEC61850標準的數字化變電站IED通用平臺。

●雙核Blackfin處理器– ADSP-BF60x（2個(gè)500 MHz內核）

●4個(gè)以太網(wǎng)端口（2個(gè)MAC位于處理器上，符合IEEE1588標準；另2個(gè)通過(guò)FPGA擴展）

●16通道模擬輸入（2個(gè)AD7606）

●2個(gè)UART（1個(gè)RS232，1個(gè)RS485）

●128 MB 16位DDR2

●16 MB NOR + 4 MB SPI + 2 GB NAND閃存

●Cyclone IV FPGA

●額外提供IO板，集成11通道電壓和電流變壓器、8個(gè)DI、8個(gè)DO

IEC61850評估板的硬件設計