半導體技術在智能電網中的熱點應用-ADI

半導體技術在智能電網中的熱點應用Analog

Devices亞德諾半導體技術（上海）有限公司市場經理張松剛目錄及內容簡介ADI公司簡介產品及行業市場應用相結合完整的信號鏈提供商中國電力市場需求變化及半導體熱點電網結構變化電力投資方向變化半導體熱點應用ADI專注于中國輸配電二次設備及智能電網豐富的信號調理選擇--

ADC高性能的消耗處理器--多核處理器及混合信號處理器參考設計及相關資源系統方案精選1

–基于IEC61850的IED參考設計系統方案精選2

–電能質量分析參考設計參考設計推薦–

DTU設計方案ADI相關資源3ADI公司概覽

FY2013:$2.6B4產品及行業市場兩大核心團隊協同合作帶動創新具有長期積累的知識，專業技能和創造力

產品設計行業應用5完整的信號鏈解決方案涵蓋各級系統整合方案的策略

數據來源：證卷公司報告中國電網結構的變化三縱、三橫加一環“十二五”規劃未來五年電力流向電力投資開始傾向于配網中國電力投資中國配網投資比例過低投資發電1980200020012011投資電網建設投資智能電網及配網自動化電力投資趨勢2012Future數據來源：證卷公司報告電網結構及半導體應用關注輸網：關注變電站內應用，包括智能化變電站關注一次設備配網：關注變電站所的改造關注分布式發電關注新應用TransmissionGrid=>110kVDistributionGrid<=35kV8半導體在智能電網中熱點應用輸電網智能化變電站—IEC61850及智能化電子設備（IED）直流輸電及柔性輸電智能化一次設備傳統電力保護的改造新能源—包括風能太陽能配電網分布式發電—并網太陽能及儲能DTU/FTU/TTUSVG/SVC電能質量分析及管理配網設備改造及配網自動化智能化電能表ADI重點關注能源及電力市場的發展及變化10PrecisionAmplifiersandReferencesBlackfin?

andSHARC?DSPsInterfacePowerM’gmntiCoupler?DigitalIsolatorsVoltage/CurrentPower

LineMonitoringElectricMeteringAFEsRFTransceiversMEMSVibrationSensors#1WWMarketShare市場趨勢及變化電力應用需求變化未來的電力設備不斷增加的互聯互通的需求（以太網、光纖、無線射頻及電力線載波）IEC61850協議及支持多以太網接口配網設備要求提高精度與降低成本采用高精度的ADC越來越多的四合一產品不斷增長的分布式發電及對電能質量管理的需求電能質量分析功能變壓器在線監測

--所有一次設備的健康狀況更高性能的ADC電力電子應用及無功管理—優化電網質量ADI應對IncreasedperformanceDSPsMulti-coreDSPandprocessorsDistributionAutomationmeasurementAFEsandHighprecisionADCMultichannelADC24bitSigma-DeltaADCDistributionAutomationmeasurementSOCs*DedicatedtoLowvoltageAFEMixedsignalprocessorsMixed-SignalProcessorsHighperformanceenbeddedADCMuiti-channelsPWMcontrolADI的芯片在二次設備及數字化變電站中的應用12FaultRecorderRelayProtectionControl&MeasurementGridSafetyControlPowerQualityMeteringStationDC/ACPowerSupplyPrimarydeviceonlinemonitoringTerminalOnlinemonitoringdevicesIntelligentterminalIntelligentterminalMergingUnitSwitchandBreakerTransformerCapacitor&ReactorRealtimedatacollectionterminalNon-realtimedatacollectionterminalMeteringdatacollectionterminalProcessBusStationBusSubstationControlCenterCT/PTAD7606AD7988-1REF192DSPADSP-21469ADSP-BF60xADE7880AD779xAD7626AD95484種電力系統常用的信號調理拓撲結構13RefAMPPT/CT+/-10V+/-5VAMPPT/CTTopology1RefAMPPT/CT+/-10V+/-5VAMPPT/CTTopology2MUX+/-10V+/-5VTopology3Topology4PT/CTPT/CTRefPT/CTAMPPT/CTADCMUX+/-10V+/-5VAD7606/7607RefAD7656AD7865ADCADCAD7685AD7685AD7689AD760616位,8通道數據采集模擬前端

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

148kBWithParity112xGPIO+6xPINTPipelinedVisionProcessor

(PVP)HARDWAREPROCESSINGBF608/BF609OnlySystemCrossbarandDMASubsystemPERIPHERALSL3MEMORYINTERFACESL1SRAM

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

(PIXC)Pixel

Crossbar1xCAN16ADI的混合信號處理器--

CM40x16賣點：片內ADC精度高（16位，13位的ENOB）2XCAN總線EventTrigger17其它廠家ADI方案及參考設計介紹基于IEC61850的IED參考設計電能質量分析設備參考設計DTU/FTU參考設計ADI網站資源19ADI–IEC61850IED

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

參考方案硬件

一套參考設計套件（處理器板+IO板+LCD+電源+線纜）原理圖Layout文件、GerberBOMFPGA設計代碼（不含以太網的IPCore）硬件設計文檔軟件

在ADSP-BF60x上面的uCLinux完整移植說明SISCOMMSLite協議棧完整移植到本平臺的說明

一個簡單的繼電保護測控的例子（測量三相+零序的電壓，電流，頻率和功率等通過SISCOMMS協議棧上傳；完成三相電流的過流檢測并保護，通過GOOSE發送跳閘指令；DIDO狀態量GOOSE發布）

裸核發送GOOSE報文實例

人機操作界面示例

備注：SISCO的MMSLite協議棧并不包含在改套件內ADI–IEC61850IED

參考方案參考方案合作方–上海遠景數字技術有限公司/22Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmL2MemoryMMSGOOSE（interlock）系統架構設計1

–非實時GOOSE（要求不高的配網系統）ADCGOOSEviauCLinux->Easytoimplementedbutnon-realtime!23Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPL2MemoryMMSGOOSE（interlock）ADCSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmGOOSE;系統架構設計2

–實時GOOSE24Core1Core0SystemCrossbarandDMASubsystemEthernet0Ethernet1uC-Linux:Nonereal-timetasks:MMSstack=>TCP/IPSinglethreadprogrammingReal-timetasks:RelayprotectionalgorithmGOOSE;SMV?L2MemoryMMSGOOSESMV系統架構設計3

–要求SMVFPGAEthernet2Ethernet3Ethernet4Ethernet5SYNCLP…電能質量分析參考設計

整機

電源板DSP板ARM板連接板前面板25

原理結構圖26

技術特點271.采用DSP+ARM結構，DSP用于采樣和計算，ARM用于人機接口和協議通信；2.ARM采用Android操作系統作為軟件平臺；DSP無操作系統，完全用C語言編寫，按優先級配置任務，保證實時性；3.數據采集通道采用2片AD7606完成，可實現16通道完全同步采樣，單通道單A/D設計，精度更高、速度更快，任何一路通道損壞不影響其它通道數據的正常采集；4.采用準工頻同步采樣技術，防止了在電力系統頻率變化時對監測指標的影響，減少了頻譜“泄漏”；5.大容量的存儲空間，滿足電能質量監測裝置對數據存儲的要求，實時數據掉電不丟失。6.配置了GPS模塊，可實現同一變電站內或不同變電站內監測裝置的同步采樣；7.配置了雙100M以太網口，和RS-232C/485通訊接口，同時配置了3G無線通信模塊，可選擇多種通訊方式與遠方管理中心交互數據；8.采用六層PCB和SMT工藝