半导体技术在智能电网中的热点应用-ADI

半导体技术在智能电网中的热点应用Analog

Devices亚德诺半导体技术（上海）有限公司市场经理张松刚目录及内容简介ADI公司简介产品及行业市场应用相结合完整的信号链提供商中国电力市场需求变化及半导体热点电网结构变化电力投资方向变化半导体热点应用ADI专注于中国输配电二次设备及智能电网丰富的信号调理选择--

ADC高性能的消耗处理器--多核处理器及混合信号处理器参考设计及相关资源系统方案精选1

–基于IEC61850的IED参考设计系统方案精选2

–电能质量分析参考设计参考设计推荐–

DTU设计方案ADI相关资源3ADI公司概览

FY2013:$2.6B4产品及行业市场两大核心团队协同合作带动创新具有长期积累的知识，专业技能和创造力

产品设计行业应用5完整的信号链解决方案涵盖各级系统整合方案的策略

数据来源：证卷公司报告中国电网结构的变化三纵、三横加一环“十二五”规划未来五年电力流向电力投资开始倾向于配网中国电力投资中国配网投资比例过低投资发电1980200020012011投资电网建设投资智能电网及配网自动化电力投资趋势2012Future数据来源：证卷公司报告电网结构及半导体应用关注输网：关注变电站内应用，包括智能化变电站关注一次设备配网：关注变电站所的改造关注分布式发电关注新应用TransmissionGrid=>110kVDistributionGrid<=35kV8半导体在智能电网中热点应用输电网智能化变电站—IEC61850及智能化电子设备（IED）直流输电及柔性输电智能化一次设备传统电力保护的改造新能源—包括风能太阳能配电网分布式发电—并网太阳能及储能DTU/FTU/TTUSVG/SVC电能质量分析及管理配网设备改造及配网自动化智能化电能表ADI重点关注能源及电力市场的发展及变化10PrecisionAmplifiersandReferencesBlackfin®

andSHARC®DSPsInterfacePowerM’gmntiCoupler®DigitalIsolatorsVoltage/CurrentPower

LineMonitoringElectricMeteringAFEsRFTransceiversMEMSVibrationSensors#1WWMarketShare市场趋势及变化电力应用需求变化未来的电力设备不断增加的互联互通的需求（以太网、光纤、无线射频及电力线载波）IEC61850协议及支持多以太网接口配网设备要求提高精度与降低成本采用高精度的ADC越来越多的四合一产品不断增长的分布式发电及对电能质量管理的需求电能质量分析功能变压器在线监测

--所有一次设备的健康状况更高性能的ADC电力电子应用及无功管理—优化电网质量ADI应对IncreasedperformanceDSPsMulti-coreDSPandprocessorsDistributionAutomationmeasurementAFEsandHighprecisionADCMultichannelADC24bitSigma-DeltaADCDistributionAutomationmeasurementSOCs*DedicatedtoLowvoltageAFEMixedsignalprocessorsMixed-SignalProcessorsHighperformanceenbeddedADCMuiti-channelsPWMcontrolADI的芯片在二次设备及数字化变电站中的应用12FaultRecorderRelayProtectionControl&MeasurementGridSafetyControlPowerQualityMeteringStationDC/ACPowerSupplyPrimarydeviceonlinemonitoringTerminalOnlinemonitoringdevicesIntelligentterminalIntelligentterminalMergingUnitSwitchandBreakerTransformerCapacitor&ReactorRealtimedatacollectionterminalNon-realtimedatacollectionterminalMeteringdatacollectionterminalProcessBusStationBusSubstationControlCenterCT/PTAD7606AD7988-1REF192DSPADSP-21469ADSP-BF60xADE7880AD779xAD7626AD95484种电力系统常用的信号调理拓扑结构13RefAMPPT/CT+/-10V+/-5VAMPPT/CTTopology1RefAMPPT/CT+/-10V+/-5VAMPPT/CTTopology2MUX+/-10V+/-5VTopology3Topology4PT/CTPT/CTRefPT/CTAMPPT/CTADCMUX+/-10V+/-5VAD7606/7607RefAD7656AD7865ADCADCAD7685AD7685AD7689AD760616位,8通道数据采集模拟前端

Features8-chsimultaneoussamplingSingle5Vsupplyoperation+/-10Vor+/-5VbipolarinputAnaloginputclampprotection1Meganaloginputimpedance2ndOrderFilterFlexibleDigitalfilter2.5VREFandreferencebufferSerialandParallelinterface.64leadLQFPPackagePerformance90dBSNR@200k95.5dBSNR@(OSx16)100mWPowerINL+/-2LSB,DNL+/-0.99LSB(max)InputClampsto+/-16.5VNFS/PFS32LSB(max)15ADI的多核处理器ADSP-BF607/6L2SRAMWithECC256kB(BF606128kB)L1SRAM

148kBWithParity112xGPIO+6xPINTPipelinedVisionProcessor

(PVP)HARDWAREPROCESSINGBF608/BF609OnlySystemCrossbarandDMASubsystemPERIPHERALSL3MEMORYINTERFACESL1SRAM

148kBWithParity2xTWIDDR2/LPDDR1ASYNC(SMC)168xTimers1xCounter2xPWM2xUART2xSPI3xSPORT+ACM4xLinkPort3xePPI1xEMMC/RSI2xEMAC15881xUSBOTGMPSYSTEMCONTROLTriggerRoutingWatch-pointsSystemDebugPowerMgtSystemProtectionDualCRCDualWatchdogBFCORE0BFCORE1L2MEMORYPixelCompositor

(PIXC)Pixel

Crossbar1xCAN16ADI的混合信号处理器--

CM40x16卖点：片内ADC精度高（16位，13位的ENOB）2XCAN总线EventTrigger17其它厂家ADI方案及参考设计介绍基于IEC61850的IED参考设计电能质量分析设备参考设计DTU/FTU参考设计ADI网站资源19ADI–IEC61850IED

参考方案ADSP-BF609SPORTMAC1EthernetPhy.RMIIVin4XPTIin4XPCTIin3XMCTUSBRS485ADM3202RS232DDR128MBDDRFlashSystemMemoryBusFPGA16chsDIDO,IRIG-BLCD240X128LinkPort1pps12VADP2384IOboardFT232JumperCANADM3053UART1CANMAC1UART2ADM2587ERMIIRMIIADP23843.3V5VADP2119ADP1715AD7606AD7606ADP71042.5V1.0V1.25VADP21195VAnalogADR421AD8275AD8657ADM13305SystemvoltagesupervisoryControllerboardppssignalfromIEEE1588ADI–IEC61850IED

参考方案硬件

一套参考设计套件（处理器板+IO板+LCD+电源+线缆）原理图Layout文件、GerberBOMFPGA设计代码（不含以太网的IPCore）硬件设计文档软件

在ADSP-BF60x上面的uCLinux完整移植说明SISCOMMSLite协议栈完整移植到本平台的说明

一个简单的继电保护测控的例子（测量三相+零序的电压，电流，频率和功率等通过SISCOMMS协议栈上传；完成三相电流的过流检测并保护，通过GOOSE发送跳闸指令；DIDO状态量GOOSE发布）

裸核发送GOOSE报文实例

人机操作界面示例

备注：SISCO的MMSLite协议栈并不包含在改套件内ADI–IEC61850IED

参考方案参考方案合作方–上海远景数字技术有限公司/22Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmL2MemoryMMSGOOSE（interlock）系统架构设计1

–非实时GOOSE（要求不高的配网系统）ADCGOOSEviauCLinux->Easytoimplementedbutnon-realtime!23Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPL2MemoryMMSGOOSE（interlock）ADCSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmGOOSE;系统架构设计2

–实时GOOSE24Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmGOOSE;SMV?L2MemoryMMSGOOSESMV系统架构设计3

–要求SMVFPGAEthernet2Ethernet3Ethernet4Ethernet5SYNCLP…电能质量分析参考设计

整机

电源板DSP板ARM板连接板前面板25

原理结构图26

技术特点271.采用DSP+ARM结构，DSP用于采样和计算，ARM用于人机接口和协议通信；2.ARM采用Android操作系统作为软件平台；DSP无操作系统，完全用C语言编写，按优先级配置任务，保证实时性；3.数据采集通道采用2片AD7606完成，可实现16通道完全同步采样，单通道单A/D设计，精度更高、速度更快，任何一路通道损坏不影响其它通道数据的正常采集；4.采用准工频同步采样技术，防止了在电力系统频率变化时对监测指标的影响，减少了频谱“泄漏”；5.大容量的存储空间，满足电能质量监测装置对数据存储的要求，实时数据掉电不丢失。6.配置了GPS模块，可实现同一变电站内或不同变电站内监测装置的同步采样；7.配置了双100M以太网口，和RS-232C/485通讯接口，同时配置了3G无线通信模块，可选择多种通讯方式与远方管理中心交互数据；8.采用六层PCB和SMT工艺