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智能电网从智能电表起步

姚钢?? EDN China?? 2010年03月31日 ?? 收藏0

  2009年10月,国家电网公司公布了智能电表新标准。新老对比,新标准对电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标要求均有了大幅提高,诸多先前对MCU附加功能由可选变成了必选项,更高的计算能力(DMIPS)以满足智能电表的高性能要求;更大的存储容量顺应复杂的数据处理需求;更多的I/O如SPI、I2C、智能卡、UART以及RTC等应对增加的周边器件支持能力。

  从欧美国家智能电网发展进程来看,智能电网建设的主要受益者是智能电表生产商和二次设备企业。据悉,中国计划在2010年将有4000万只左右的智能电表装机量,而国家电网也已开始智能电表的招标工作。ADIFreescaleNXP等国际半导体公司在短期内推出了各自新的智能电表产品和方案,以更加适合智能电表应用的方案,抢得中国智能电网建设的巨大商机。

  ADI:汇聚式处理器核心平台

  支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术,对应到相关的市场将涉及智能计量(智能电表)、电网智能化(网络基础设施及其控制)以及公用事业的信息技术应用(智能数据管理)。

  传统电网向智能电网转变,要求电力设备具

有更强的接口能力、通信能力和数据处理能力,这对电力设备的硬件方案平台的选择提出了极高的要求,这也对应了当前工业应用和测试测量的发展趋势,即支持以太网/无线连接实现易用性、针对高品质测量的简单连接、系统的可编程灵活性、从8/16位向32位解决方案转移。DSP+MCU的双处理器方案虽然解决了系统的控制和运算需求,但由此增加了开发复杂性和BOM成本的提高。ADI认为,由于智能电网多种标准共存的必然性,能灵活满足多种标准和功能要求的产品方案非常重要,因此结合了MCU和DSP优势、具有软件设计灵活性和强大处理能力的汇聚式处理器方案平台具有明显优势。

  智能电网建设的主要受益者是智能电表生产商和二次设备企业。由于智能电表技术相对成熟,配电网络智能化的发展速度将快于输电网络。在智能电网建设初期,对电网调度系统和数字化变电站为主的二次设备的需求将大大增加,而AMI(高级计量体系)是电网智能化建设的第一步,在智能电网的投资中所占比例最大,主要涉及大量智能电表、传感器等设备。

  Blackfin是ADI公司推出汇聚式处理器,基于由ADI和Intel公司联合开发的微信号架构,它将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。这种独特汇聚式架构很适合于全信号处理/分析能力要求,同时还可在单内核器件上提供高效控制任务执行能力。这种汇聚架构非常符合包括智能电表在内的智能电网基础设备的数据处理、各种高性能算法(如谐波分析)、通信功能的软件实现,以及对各种系统控制功能的支持。

  基于Blackfin处理器的方案可以方便地利用软件来实现不同电力计量相关协议和各种通信协议算法,以及满足各种功能组合要求。Blackfin处理器的强大处理能力使电力设备制造商能轻松实现各种通用或定制化的功能,能够在不改变(或很少改变)硬件的情况下迅速适应不断发展的标准和新型功能要求,并实现最低价格低至5美元以下。

  在外设上,Blackfin系列提供了包括片内Flash、SDRAM或DDR控制器、并行接口PPI、异步串行接口UART、同步串行接口SPORT、串行主从控制接口SPI、I2C、通用定时器、看门狗、实时时钟、GPIO管脚等,从而给客户提供了极大的设计便利性和丰富的可用片上设计资源。由于Blackfin提供了完整的硬件参考设计和软件开发环境,使得电力二次设备客户方便地进行旧应用方案的移植或重新开发新的应用方案。(如图1)

基于Blackfin处理器的西门子智能电表功能框图

  图1,基于Blackfin处理器的西门子智能电表功能框图

  Blackfin处理器得到南京南瑞继保电气有限公司的采用,南瑞继保认为,在电网故障与短暂事件的检测与响应等关键应用中,Blackfin处理器解决方案能有效地保证国家电网的可靠性。西门子在其最新自动抄表信息系统(AMIS)的智能电表核心引擎采用了Blackfin处理器——BF531极具成本效益的计算性能。该处理器具有同时作为DSP和MCU进行无缝工作的能力,Blackfin处理器负责计算用户用电情况,并执行电力线调制解调器功能,通过电力线集中器进行高效双向通信,特别适合西门子AMIS高密度处理和动态通信应用要求。

  ADI认为,中国政府已拟定智能电网发展规划,并启动了智能电网应用的先导工作,同时基于中国国家电网的统一管理体制,中国将是智能电网技术开发和应用的先行国家。中国无论在智能电网的技术研究还是技术应用上,与任何国家相比并不落后,中国本土企业抓住这波数字化浪潮,必将迎来企业飞速发展的机遇。

  Freescale:为国网单相表量身定


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智能电网? 智能电表? MCU? DS?

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