半导体技术在智能电网中的热点应用ADI课件.pptx

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1、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,3,ADI 公司概览,FY2013: $2.6 B,4,产品及行

2、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,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,Transmission Grid = 110kV,Distribution Grid = 35kV,8,半导体在智能电网中热点应用,输电网 智能

3、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,10,Precision Amplifiers and References,Blackfin and SHARC DSPs,Interface,Power Mgmnt,iCoupler Digital Isolators,Voltage/Current Power Line Monitoring,Electr

4、ic Metering AFEs,RF Transceivers,MEMS Vibration Sensors,#1 WWMarket Share,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,Increased performance DSPsMulti-cor

5、e DSP and processorsDistribution Automation measurement AFEs and High precision ADCMulti channel ADC24 bit Sigma-Delta ADCDistribution Automation measurement SOCs*Dedicated to Low voltage AFEMixed signal processorsMixed-Signal ProcessorsHigh performance enbedded ADCMuiti-channels PWM control,ADI 的芯片

6、在二次设备及数字化变电站中的应用,12,Fault Recorder,RelayProtection,Control &Measurement,Grid SafetyControl,Power Quality,Metering,Station DC/AC Power Supply,Primary device online monitoring Terminal,Online monitoring devices,Intelligent terminal,Intelligent terminal,Merging Unit,Switch and Breaker,Transformer,Capac

7、itor & Reactor,Real time data collection terminal,Non-real time data collection terminal,Metering data collection terminal,Process Bus,Station Bus,SubstationControl Center,CT/PT,AD7606,DSPADSP-21469,ADSP-BF60 x,ADE7880,4种电力系统常用的信号调理拓扑结构,13,Ref,AMP,PT/CT,+/- 10V+/- 5V,AMP,PT/CT,Topology 1,Ref,AMP,PT/

8、CT,+/- 10V+/- 5V,AMP,PT/CT,Topology 2,MUX,+/- 10V+/- 5V,Topology 3,Topology 4,PT/CT,PT/CT,Ref,PT/CT,AMP,PT/CT,ADC,MUX,+/- 10V+/- 5V,AD7606/7607,Ref,AD7656AD7865,ADC,ADC,AD7685,AD7685,AD7689,AD7606 16 位, 8通道数据采集模拟前端,Features8-ch simultaneous samplingSingle 5V supply operation+/-10V or +/-5V bipolar i

9、nputAnalog input clamp protection1Meg analog input impedance2nd Order FilterFlexible Digital filter2.5V REF and reference bufferSerial and Parallel interface. 64 lead LQFP PackagePerformance90dB SNR 200k95.5dB SNR (OS x16)100mW PowerINL +/- 2 LSB, DNL +/- 0.99 LSB (max)Input Clamps to +/-16.5VNFS/PF

10、S 32LSB (max),15,ADI的多核处理器 ADSP-BF607/6,L2 SRAMWith ECC256kB(BF606 128kB),L1 SRAM148kBWith Parity,112x GPIO + 6x PINT,Pipelined Vision Processor (PVP),HARDWARE PROCESSINGBF608/BF609 Only,System Crossbar and DMA Subsystem,PERIPHERALS,L3 MEMORY INTERFACES,L1 SRAM148kBWith Parity,2x TWI,8x Timers,1x Co

11、unter,2x PWM,2x UART,2x SPI,3x SPORT+ACM,4x Link Port,3x ePPI,1x EMMC/RSI,2x EMAC 1588,1x USB OTG MP,SYSTEM CONTROL,Trigger Routing,Watch-points,System Debug,Power Mgt,System Protection,Dual CRC,Dual Watchdog,BF CORE 0,BF CORE 1,L2 MEMORY,Pixel Compositor (PIXC),Pixel Crossbar,1x CAN,ADI的混合信号处理器 - C

12、M40 x,16,卖点：片内ADC精度高（16位，13位的ENOB）2 X CAN总线Event Trigger,17,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,19,ADI IEC61850 IED 参考方案,ADSP-BF609,SPORT,MAC1,Ethernet Phy. RMII,Vin,4 X PT,Iin,4 X PCT,Iin,3 X MCT,USB,RS485,ADM3202,RS232,DDR,128MBDDR,Flash,System Memory Bus,FPGA,LCD240

13、 X 128,LinkPort,1pps,12V,ADP2384,IO board,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,System voltage supervisory,Controller board,pps signal from IEEE1588,ADI IEC

14、61850 IED 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、Gerber BOM FPGA设计代码 （不含以太网的IP Core） 硬件设计文档,软件 在ADSP-BF60 x上面的uCLinux完整移植说明 SISCO MMS Lite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SISCO MMS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MMS Lit

15、e 协议栈并不包含在改套件内,ADI IEC61850 IED 参考方案,参考方案合作方 上海远景数字技术有限公司http:/,22,Core 1,Core 0,System Crossbar and DMA Subsystem,Ethernet 0,Ethernet 1,Single thread programmingReal-time tasks:Relay protection algorithm,L2 Memory,MMS,GOOSE（interlock）,系统架构设计1 非实时GOOSE （要求不高的配网系统）,ADC,GOOSE via uCLinux - Easy to imp

16、lemented but non-real time!,23,Core 1,Core 0,System Crossbar and DMA Subsystem,Ethernet 0,Ethernet 1,uC-Linux:None real-time tasks:MMS stack = TCP/IP,L2 Memory,MMS,GOOSE（interlock）,ADC,系统架构设计2 实时GOOSE,24,Core 1,Core 0,System Crossbar and DMA Subsystem,Ethernet 0,Ethernet 1,L2 Memory,MMS,GOOSESMV,系统架

17、构设计3 要求SMV,FPGA,Ethernet 2,Ethernet 3,Ethernet 4,Ethernet 5,SYNC,LP,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,27,1. 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

18、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，装机结构采用“背插式”结构，便于装配和维修；,ADI配网设备解决方案 DTU/FTU,28,DTU，FTU是目前国内很火的配电自动化的设

19、备，很多厂家都开始进入这一领域，包括一些原来是做电能表的客户。 DTU的模拟量路数可能很多，模拟前端设计有各种不同的拓扑结构。 机箱尺寸从6U到4U不等，有人提出机箱小型化的趋势，甚至有些个别客户提出要做3U的机箱。,DTU,机箱尺寸从6U = 4U带来的问题。,29,1）背板面积减小，几十路模拟量走线有问题2）处理器板面积也随之减小，多个ADC不好放,有人考虑用 MUX （位于CT/PT板）+ 多通道ADC（位于处理器板）的方式来减少过背板的模拟量数量问题是：,DTU,CAN,分布式处理系统架构：CAN总线过背板，安全可靠,CM403: 16位片内ADC， 150MHz主频,CM403,CM403,CM408,CM408:* 3 X UART,* Ethernet with IEEE1588,* 2 X CAN,* 240MHz Core frequency,“分布式计算”主平台,ADI 网站资源 方案精选,http:/,ADI 方案介绍 配电系统解决方案,ADI 方案介绍 太阳能光伏发电,34,优质的服务和客户体验领先的在线设计资源,参考电路和FPGA参考设计,ADI中文技术论坛 在线技术支持,http:/,Thanks,