莊 平

（國網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司，寧夏 石嘴山753000）

1 IED硬件設計方案

數(shù)字化保護裝置IED的CPU板有2個處理器：DSP TMS320F2812和 ARM S3C2510。其中，DSP TMS320F2812完成與保護相關(guān)的功能，包括對模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)保護算法進行判斷與開出動作的執(zhí)行；ARM S3C2510內(nèi)嵌VxWorks操作系統(tǒng)，完成相關(guān)任務的管理調(diào)度及MMI等功能。DSP和ARM之間的所有通信依靠一個串行通信接口，ARM為上位機，DSP為下位機，兩者之間的通信遵照《現(xiàn)場總線CAN通訊協(xié)議》，其硬件原理框圖如圖1所示。

圖1 A6O板硬件原理框圖

CPU板中的DSP側(cè)是實現(xiàn)保護功能的核心，其主要完成：采集15路模擬量（4路備用，3路保護用電流，1路保護用零序電流，3路測量用電流，UA、UB、UC、UN）、16路開關(guān)量（前5路備用，1路閉鎖重合閘，2路小車工作位置／隔離開關(guān)，1路彈簧未儲能，1路開關(guān)跳位，1路開關(guān)合位，1路閉鎖遠方操作，1路檢修狀態(tài)壓板、信號復歸）數(shù)據(jù)，然后DSP通過軟件保護邏輯程序?qū)斎肽M量和開關(guān)量進行邏輯判斷、執(zhí)行，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過DSP的串口上送ARM；而ARM主要負責液晶顯示，提供精準的對時信號及與過程層／變電站層的通信接口（雙以太網(wǎng)）、告警／復歸信號、前面板用戶串口。通訊回路采用雙以太網(wǎng)，極大地提高了通訊能力和可靠性，其中NET1用于與站控層（監(jiān)控系統(tǒng)）通信，NET2用于GOOSE通信。

數(shù)字信號處理單元與AD轉(zhuǎn)換單元、開入隔離單元、開出隔離單元及實時時鐘單元都有連接，接口為：

（1）與AD轉(zhuǎn)換及測頻單元的接口為DSP的SPI接口和事件管理器的捕獲口CAP2＿QEP2、CAP3＿QEPI1；

（2）與開入隔離單元的接口為DSP的GPIOB0～GPIOB15；

（3）與開出隔離單元的接口為DSP的外設數(shù)據(jù)總線XD01～XD15；

（4）與實時時鐘單元（包括實時時鐘芯片DS1302、EEPROM 存儲 器 AT24C256）的 接 口 為 GPIOD00、GPIOD01、GPIOA00和GPIOF08。

AD單元轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的TLC3578。其有8個轉(zhuǎn)換通道；最大數(shù)據(jù)吞吐量可達200kS／s；模擬量的幅值范圍可達±10V；兼容SPI串行接口，串行接口時鐘可達25MHz；單5V模擬供電，3～5V數(shù)字供電。此芯片的采樣頻率和通道切換命令頻率相等，最大可達25MHz；轉(zhuǎn)換精度為14bit，轉(zhuǎn)換速度與串行時鐘SCLK、轉(zhuǎn)換模式有關(guān)。

ARM可作為一個功能單元來看待，其與DSP有2個接口：串行通信接口、秒脈沖信號。ARM的外圍電路包括以下部分：（1）IRIG－B碼解碼電路；（2）串行通信接口電路（前面板ARM—用戶串口、ARM調(diào)試串口以及 MCU調(diào)試串口）；（3）雙以太網(wǎng)電路；（4）液晶顯示接口電路；（5）設備運行燈驅(qū)動（及CPU板的運行燈）信號；（6）告警GJ、復歸FG電路；（7）連接插座接口定義。

2 IED軟件設計方案

2.1 IED軟件設計總體方案

EQUIP包括保護測控裝置數(shù)據(jù)、人機接口輔助數(shù)據(jù)、內(nèi)部通信輔助數(shù)據(jù)和打印通信輔助數(shù)據(jù)等4部分。數(shù)據(jù)映射模塊的功能就是保證保護公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)EQUIP中數(shù)據(jù)和VMD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)的雙向同步，即一方數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，另一方數(shù)據(jù)必須同步變化。具體說來就是在初始化中（動態(tài)創(chuàng)建對象的過程中）實現(xiàn)數(shù)據(jù)映射的變量地址互相備份；在保護端或MMS端有數(shù)據(jù)更新時，數(shù)據(jù)賦值操作進行雙份賦值操作，對自身變量和備份對方地址所指向的變量同時賦值。賦值操作的嵌入點分別為串行通信更新保護數(shù)據(jù)、MMS收到寫指示操作。VMD如果能夠與EQUIP保持實時數(shù)據(jù)相互更新，那么DSP就可以只實現(xiàn)保護測控功能，ARM負責與站控層和間隔層通信。

2.2 IED軟件流程

當IED運行時，首先創(chuàng)建發(fā)布者和訂閱者信號量并且初始化所有MMS對象，接著讀取配置文件，自動生成了IEC61850對象數(shù)據(jù)庫，然后進行保護數(shù)據(jù)映射，使保護用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對象屬性和IEC61850對象數(shù)據(jù)庫一一對應起來，當數(shù)據(jù)映射完成后，根據(jù)訂閱／發(fā)布配置文件生成GOOSE發(fā)布者和訂閱者，如選擇訂閱者則創(chuàng)建GOOSE訂閱線程，如選擇發(fā)布者則調(diào)用GOOSE發(fā)布函數(shù)，接著進入MMS服務循環(huán)操作，當有事件需要處理時，發(fā)布61850報告服務和61850日志服務，等待各線程結(jié)束后先銷毀信號量，之后銷毀scl＿info和所有MMS對象，最后結(jié)束服務并記錄保存，至此就完成了一個完整的IED軟件流程（圖2）。

圖2 EN@軟件主流程圖

3 結(jié)語

本文介紹了基于IEC61850的數(shù)字化保護裝置的硬件和軟件設計方案，硬件方案中著重講述了CPU板的硬件原理，采用DSP＋ARM作為CPU板，DSP主要負責數(shù)據(jù)采集和保護運算，ARM層負責IED之間的通信以及MMS服務和GOOSE服務的大部分工作，軟件方案中設計了智能電子設備的軟件架構(gòu)，然后分析了IED軟件流程。該方案已應用在繼電保護裝置中，現(xiàn)場運行情況良好。

［1］傅旭華，黃曉明，王松，等.數(shù)字化變電站GOOSE技術(shù)工程化應用［J］.電力自動化設備，2011（11）：112～116

［2］王志強，徐佳宇，王秀紅，等.基于GOOSE的變電站保護功能應用研究與實現(xiàn)［J］.華北電力技術(shù)，2011（6）：41～46