智能電網(wǎng)的概念首先起于歐美，但是隨著中國的快速介入，實際上中國的智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)超過了歐美原來提出的固有范疇。現(xiàn)在中國國家電網(wǎng)宣布將在2020年建成覆蓋全國的智能電網(wǎng)，并且已投入了4萬億人民幣用于基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)。這一宏大計劃的實施將涉及到新能源發(fā)電、新能源并網(wǎng)接入、大容量能量存儲、特高壓輸電以及數(shù)字化變電站、智能計量等廣泛的相關(guān)領(lǐng)域，將為全球智能電網(wǎng)建設(shè)樹立一個新的標桿，同時也對半導(dǎo)體廠商和設(shè)備廠商提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。

智能電網(wǎng)設(shè)計面臨更多挑戰(zhàn)

在智能電網(wǎng)中，智能電子設(shè)備(IED) 是組成智能電網(wǎng)的基本要素，提供系統(tǒng)所需要的檢測、測量、保護和控制功能。

ADI市場經(jīng)理張松剛向21ic記者介紹說：“智能電網(wǎng)在輸配電方面主要體現(xiàn)在數(shù)字化變電站上，直接與強電接觸采集數(shù)據(jù)信息的是稱為一次設(shè)備，而后端通過線纜和一次設(shè)備相連接的具有保護、測控功能是二次設(shè)備。ADI公司在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的市場重心在二次設(shè)備側(cè)?，F(xiàn)在ADI推出了最新的符合IEC61850標準采用獨立雙核DSP架構(gòu)的IED系統(tǒng)解決方案，在信息數(shù)據(jù)處理、通信、安全性等方面都有了大幅度提高，可以滿足智能電網(wǎng)最苛刻的性能、安全、可靠性需求。”

智能電網(wǎng)應(yīng)用在輸配電的領(lǐng)域主要是電力自動化和變電站數(shù)字化。目前來說，數(shù)字化變電站的設(shè)計主要基于國際通用的IEC61850標準。在數(shù)字化變電站內(nèi)，所有IED都將以符合IEC61850標準的方式進行通信。IEC61850主要定義了以下的一些方面，包括：數(shù)據(jù)建模、報告方案、事件快速傳輸(GOOSE和GSSE) 、置群組、數(shù)字采樣數(shù)據(jù)傳輸(SV) 、命令配置和數(shù)據(jù)存儲。

IEC61850是被國際廣泛認可的通用標準，要想設(shè)計出符合該標準的IED設(shè)備并不容易，工程師將面臨很多現(xiàn)實挑戰(zhàn)。

首先是復(fù)雜的通信協(xié)議和多種不同的通信協(xié)議棧帶來的高實時性和超低延時。

其次是要求系統(tǒng)具備實時性要求非常高的信號處理能力并且有很高的系統(tǒng)可靠度。

最后是是廣域IED時間同步、系統(tǒng)成本和開發(fā)成本以及平臺式開發(fā)問題。

ADI解決方案提供高實時性雙核處理能力

面對上述挑戰(zhàn)，ADI推出的獨立雙核DSP架構(gòu)的IED系統(tǒng)解決方案完全可以滿足需求。

張松剛表示：“在諸如繼電保護設(shè)備或電力質(zhì)量分析儀等新式的IED 中，IED設(shè)計工程師希望處理器能夠在幾百微秒的時間內(nèi)處理超過60個通道的FFT信號。再加上IEC61850 標準所要求的復(fù)雜通信任務(wù)，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(tǒng)安全性的考慮，要求在通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生異常情況時，電力線保護設(shè)備的IED 不允許出現(xiàn)任何異常。所以IED 設(shè)計工程師開始使用至少兩個處理器，分別應(yīng)付信號處理和通信任務(wù)。在使用雙核處理器之后，工程師又要面對這些處理器之間如何高效率通信的問題?ADI的方案對此已經(jīng)有了圓滿的解決方案。”

ADI IEC61850演示設(shè)計

早在2012 年，ADI和上海遠景數(shù)字信息有限公司(ADI 的第三方)合作展開了一個項目，致力于開發(fā)滿足IEC61850 標準的數(shù)字化變電站IED通用平臺。

張松剛介紹說“這一通用平臺采用了雙核DSP的架構(gòu)，它很好地解決了實時信息處理、通信之間的關(guān)系，并且雙核直接通信非常順暢。”

ADI IEC61850演示設(shè)計方案集成獨立的雙處理器，每個處理器的工作頻率高達500 MHz 。它具有兩個獨立的以太網(wǎng)MAC(兩個MAC 地址) ，非常適合IEC61850應(yīng)用。本演示系統(tǒng)中，內(nèi)核0 運行μCLinux 操作系統(tǒng)，處理非實時任務(wù)，如MMS協(xié)議棧、LCD 、鍵盤和其他諸如TFTP等服務(wù)器應(yīng)用。內(nèi)核1 運行采樣和繼電保護算法(DFT) ，還可以發(fā)送實時的GOOSE 消息而不影響操作系統(tǒng)的運行。兩個內(nèi)核通過片上L2 存儲器實現(xiàn)通信，該L2 存儲器能夠以高達250MHz的頻率工作，確保具有最高的數(shù)據(jù)交換效率。

強大的2個500 MHz雙核處理器，每個內(nèi)核都有148 kB L1 SRAM，可達256 kB L2 SRAM用于雙核數(shù)據(jù)交換， 內(nèi)部的Crossbar總線系統(tǒng), DDR總線獨立于系統(tǒng)本地存儲器總線,使同時訪問存儲器和外設(shè)成為可能;豐富的外設(shè)包括2個UART、1個CAN、2個SPI、3個SPORT、2個TWI (I2C)和1個USB等;同時考慮電力系統(tǒng)安全特性的要求：特別設(shè)計了L2 SRAM ECC、雙看門狗、系統(tǒng)保護等等，支持IEEE1588v2的雙以太網(wǎng)MAC接口。

這樣強大的硬件基礎(chǔ)，讓工程師在進行IDE設(shè)備設(shè)計時具有更高的靈活度和自由度。

ADI雙核處理器BF60X內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

提供評估板方便工程師開發(fā)

為了讓工程師能夠更方便的利用ADI的解決方案進行開發(fā)，ADI還推出了相應(yīng)的評估板。

該開發(fā)板具有4個以太網(wǎng)端口(2個MAC個位于處理器上，符合IEEE1588標準;另2個通過FPGA擴展)，同時還有16通道模擬輸入(2個AD7606)。

開發(fā)評估板演示套件實物

在某些高壓的IED(110 kV 及以上)設(shè)計中，可能需要較多的以太網(wǎng)端口(GOOSE 和SMV 的專用以太網(wǎng)端口)。出于對這種用戶需求的兼容烤爐，本開發(fā)板可支持通過FPGA 添加更多以太網(wǎng)端口。在這種應(yīng)用情況下，處理器和DSP之間的通信接口非常重要，因為該接口的帶寬決定了SMV消息的實時性能。ADSP-BF60x 集成4個Linkport同步并行接口，每個Linkport接口速率高達83 MB/s，提供實時接收SMV 數(shù)據(jù)所需的足夠帶寬。