基于Blackfin處理器的繼電保護(hù)完整解決方案解析

　　全球?qū)﹄娏υO(shè)施建設(shè)的關(guān)注從來(lái)沒(méi)有達(dá)到像當(dāng)前這樣高的熱度，一方面當(dāng)前形勢(shì)下的環(huán)保節(jié)能要求對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)提出了極大的挑戰(zhàn)，另一方面，全球近年來(lái)發(fā)生多起導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失和影響民生的電網(wǎng)事故，作為重要能源供應(yīng)的電網(wǎng)安全性越來(lái)越受到高度重視。電網(wǎng)改造以及智能電網(wǎng)建設(shè)熱潮正在揭開(kāi)全球數(shù)萬(wàn)億美元的巨大市場(chǎng)商機(jī)。

　　近年來(lái)，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)一直努力打造具有網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，已經(jīng)明確了分階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略和今后十年堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃。電網(wǎng)改造和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重要方面是加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自我故障診斷、保護(hù)和自愈功能，電力公司需要電力線監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)，以對(duì)能量的消耗情況、成本和質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視和控制，并對(duì)保護(hù)昂貴的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，從而使電源不至于被浪涌和惡劣的氣候所損毀。

　　繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)分析

　　繼電保護(hù)是實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)設(shè)備監(jiān)測(cè)保護(hù)的重要技術(shù)，向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，以及保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是該領(lǐng)域的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止到2006年底，全國(guó)220kV及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化率已達(dá)91.41%。繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化趨勢(shì)充分利用了先進(jìn)的半導(dǎo)體處理器技術(shù)：高速的運(yùn)算能力、完善的存貯能力和各種優(yōu)化算法，同時(shí)采用大規(guī)模集成電路和成熟的數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和抗干擾等技術(shù)，因而系統(tǒng)響應(yīng)速度、可靠性方面均有顯著的提升。然而，如何持續(xù)提高這些特性也是繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師面臨的挑戰(zhàn)。主要有以下幾個(gè)方面：

　　更高的繼電保護(hù)性能。更快(處理能力)、更強(qiáng)(功能)、更低(低成本和功耗)是電子產(chǎn)品持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力，也是工程師面臨的永恒挑戰(zhàn)。具體到電力繼電保護(hù)設(shè)備來(lái)說(shuō)，包括：電力狀態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確監(jiān)測(cè);系統(tǒng)很強(qiáng)的存儲(chǔ)力能更好地實(shí)現(xiàn)故障分量保護(hù);先進(jìn)、優(yōu)化的自動(dòng)控制、算法和技術(shù)，如自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，確保更高的運(yùn)行準(zhǔn)確率;在滿足當(dāng)前繼電保護(hù)功能和性能需求的條件下，以更低的整體系統(tǒng)成本(包括軟硬件成本和開(kāi)發(fā)成本)實(shí)現(xiàn)。.

　　系統(tǒng)軟硬件的擴(kuò)展能力。產(chǎn)品方案的可擴(kuò)展性是當(dāng)前很多嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品方案選型的一個(gè)重要考慮點(diǎn)，對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此。例如通信總線從RS485向CAN總線轉(zhuǎn)換、以太網(wǎng)接口擴(kuò)展、新增智能化功能擴(kuò)展，以及故障錄波、波形分析、附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障測(cè)距、系統(tǒng)在線可升級(jí)等功能。特別是隨著變電站通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的逐步導(dǎo)入和推廣，基于該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展起來(lái)的繼保產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)對(duì)當(dāng)前所采用的硬件平臺(tái)(特別是核心處理器)的性能可擴(kuò)展性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)核心處理器的通信能力和存儲(chǔ)能力要求更高。另外，智能化發(fā)展趨勢(shì)帶來(lái)的諸如人工智能、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應(yīng)用對(duì)硬件平臺(tái)的處理能力要求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超越了以往的系統(tǒng)。

　　更高的可靠性。可靠性除了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)化和調(diào)試外，體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化(寬的工作溫度范圍)、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強(qiáng)，可用軟件方法檢測(cè)主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

　　基于Blackfin處理器的完整解決方案

　　由ADI與北京億旗創(chuàng)新科技近期正式推出了聯(lián)合研發(fā)的繼電保護(hù)方案平臺(tái)。該方案采用了目前在電力線監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的Blackfin處理器(ADSP BF518)和新型同步采樣ADC( AD7606)。方案提供了完整的硬件和軟件模塊，將用戶從硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、協(xié)議棧以及GUI等軟件開(kāi)發(fā)工作中解放出來(lái)，大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，并降低了軟硬件開(kāi)發(fā)難度。該參考設(shè)計(jì)的主要特性包括支持uC/OSⅡ操作系統(tǒng)、單處理器、支持2個(gè)以太網(wǎng)端口(10M/100M)、支持IEEE1588、支持實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和高采樣率、最多16通道同步采樣，并兼容IEC61850協(xié)議。