半導體技術在智能電網中的熱點應用 AnalogDevices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 2 3 ADI公司概覽 FY2013 2 6B 4 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 6 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 數據來源 證卷公司報告 7 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 110kV DistributionGrid 35kV 8 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 9 ADI重點關注能源及電力市場的發展及變化 10 PrecisionAmplifiersandReferences Blackfin andSHARC DSPs Interface PowerM gmnt iCoupler DigitalIsolators Voltage CurrentPowerLineMonitoring ElectricMeteringAFEs RFTransceivers MEMSVibrationSensors 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 channelsPWMcontrol 11 ADI的芯片在二次設備及數字化變電站中的應用 12 FaultRecorder RelayProtection Control Measurement GridSafetyControl PowerQuality Metering StationDC ACPowerSupply PrimarydeviceonlinemonitoringTerminal Onlinemonitoringdevices Intelligentterminal Intelligentterminal MergingUnit SwitchandBreaker Transformer Capacitor Reactor Realtimedatacollectionterminal Non realtimedatacollectionterminal Meteringdatacollectionterminal ProcessBus StationBus SubstationControlCenter CT PT AD7606 DSPADSP 21469 ADSP BF60 x ADE7880 12 4種電力系統常用的信號調理拓撲結構 13 Ref AMP PT CT 10V 5V AMP PT CT Topology1 Ref AMP PT CT 10V 5V AMP PT CT Topology2 MUX 10V 5V Topology3 Topology4 PT CT PT CT Ref PT CT AMP PT CT ADC MUX 10V 5V AD7606 7607 Ref AD7656AD7865 ADC ADC AD7685 AD7685 AD7689 AD760616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 14 15 ADI的多核處理器ADSP BF607 6 L2SRAMWithECC256kB BF606128kB L1SRAM148kBWithParity 112xGPIO 6xPINT PipelinedVisionProcessor PVP HARDWAREPROCESSINGBF608 BF609Only SystemCrossbarandDMASubsystem PERIPHERALS L3MEMORYINTERFACES L1SRAM148kBWithParity 2xTWI 8xTimers 1xCounter 2xPWM 2xUART 2xSPI 3xSPORT ACM 4xLinkPort 3xePPI 1xEMMC RSI 2xEMAC1588 1xUSBOTGMP SYSTEMCONTROL TriggerRouting Watch points SystemDebug PowerMgt SystemProtection DualCRC DualWatchdog BFCORE0 BFCORE1 L2MEMORY PixelCompositor PIXC PixelCrossbar 1xCAN ADI的混合信號處理器 CM40 x 16 賣點 片內ADC精度高 16位 13位的ENOB 2XCAN總線EventTrigger 17 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 18 19 ADI IEC61850IED參考方案 ADSP BF609 SPORT MAC1 EthernetPhy RMII Vin 4XPT Iin 4XPCT Iin 3XMCT USB RS485 ADM3202 RS232 DDR 128MBDDR Flash SystemMemoryBus FPGA LCD240X128 LinkPort 1pps 12V ADP2384 IOboard FT232 Jumper CAN ADM3053 UART1 CAN MAC1 UART2 ADM2587E RMII RMII ADP2384 3 3V 5V ADP2119 ADP1715 AD7606 AD7606 ADP7104 2 5V 1 0V 1 25V ADP2119 5VAnalog ADR421 AD8275 AD8657 ADM13305 Systemvoltagesupervisory Controllerboard ppssignalfromIEEE1588 ADI IEC61850IED參考方案 20 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 BF60 x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 21 22 Core1 Core0 SystemCrossbarandDMASubsystem Ethernet0 Ethernet1 SinglethreadprogrammingReal timetasks Relayprotectionalgorithm L2Memory MMS GOOSE interlock 系統架構設計1 非實時GOOSE 要求不高的配網系統 ADC GOOSEviauCLinux Easytoimplementedbutnon realtime 23 Core1 Core0 SystemCrossbarandDMASubsystem Ethernet0 Ethernet1 uC Linux Nonereal timetasks MMSstack TCP IP L2Memory MMS GOOSE interlock ADC 系統架構設計2 實時GOOSE 24 Core1 Core0 SystemCrossbarandDMASubsystem Ethernet0 Ethernet1 L2Memory MMS GOOSESMV 系統架構設計3 要求SMV FPGA Ethernet2 Ethernet3 Ethernet4 Ethernet5 SYNC LP 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 27 1 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 裝機結構采用 背插式 結構 便于裝配和維修 ADI配網設備解決方案 DTU FTU 28 DTU FTU是目前國內很火的配電自動化的設備 很多廠家都開始進入這一領域 包括一些原來是做電能表的客戶 DTU的模擬量路數可能很多 模擬前端設計有各種不同的拓撲結構 機箱尺寸從6U到4U不等 有人提出機箱小型化的趨勢 甚至有些個別客戶提出要做3U的機箱 DTU 機箱尺寸從6U 4U帶來的問題 29 1 背板面積減小 幾十路模擬量走線有問題2 處理器板面積也隨之減小 多個ADC不好放 有人考慮用MUX 位于CT PT板 多通道ADC 位于處理器板 的方式來減少過背板的模擬