探討數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備設(shè)計(jì)思路的構(gòu)建

廖宏宇

（國網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

IEC 61850協(xié)議將變電站整個(gè)系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層，由于傳統(tǒng)的過程層與間隔層設(shè)備之間的信息傳輸主要通過特定的交換機(jī)連接實(shí)現(xiàn)的，傳統(tǒng)的信息傳輸不僅增加了建設(shè)成本，也具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)一種一入多出的單向以太網(wǎng)傳輸設(shè)備，并建立數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)合并單元向多個(gè)間隔層裝置發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。

一、SIMOOED以太網(wǎng)傳輸設(shè)備方案

傳統(tǒng)模式下設(shè)備交換機(jī)接入方案主要采用方式數(shù)據(jù)沖突的檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)路由交換技術(shù)和生成樹技術(shù)來確保信息的正確傳輸，但傳統(tǒng)的交換機(jī)接入方案具有建設(shè)成本高、開發(fā)周期長的特，并且在硬件設(shè)施上交換機(jī)需要高度的CPU來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。因此，采用SIMOOED設(shè)備在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的接入方案，如圖1所示，其具有開發(fā)難度小、無數(shù)據(jù)沖突和硬件實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)模式下交換機(jī)接入方案相比，SIMOOED設(shè)備具有更多的優(yōu)勢。

圖1 SIMOOED接入方案

二、SIMOOED設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

SIMOOED設(shè)備使用由以太網(wǎng)PHY芯片DP83849IF和零延時(shí)緩存芯片CY2309，其設(shè)備原理主要是通過外部布線及雙口PHY芯片DP83849IF內(nèi)部具有豐富的數(shù)據(jù)路由功能將多個(gè)DP83849I聯(lián)系起來，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其中，對u影5MHz的晶振，可以通過零延時(shí)緩存芯片CY2309為每片DP83849IF提供時(shí)鐘，對于LED顯示器，可以顯示SIMOOED的工作狀態(tài)，其系統(tǒng)電壓為3.3v，MCU的主要任務(wù)是通過I/O對DP83849IF進(jìn)行有效設(shè)置。如圖2所示，表示SIMOOED設(shè)備原理。

圖2 SIMOOED設(shè)備原理圖

三、SIMOOED設(shè)備設(shè)計(jì)思路構(gòu)建

（一）硬件模塊

1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊主要使用雙口10/100MPHY的芯片DP83849IF，其支持MII、RMII、SCMII模式，同時(shí)也支持電口、光口等兩種物理接口，DIMOOED設(shè)備主要采用SCMII模式、速率為100Mbit/s的光接口和使用6快DP83849IF來實(shí)現(xiàn)“一入十一出”、“一入五出”的兩種工作狀態(tài)，為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工作狀態(tài)的切換，可以通過設(shè)置DP83849IF內(nèi)部寄存器來改變兩個(gè)端口的數(shù)據(jù)路由方式，由于變電站現(xiàn)場間隔層裝置的個(gè)數(shù)直接決定了工作狀態(tài)的選擇，若合并單元需要傳遞數(shù)據(jù)的間隔層裝置不超過4個(gè)，則應(yīng)選擇“一入五出”的工作狀態(tài)，反之，選擇“一入十一出”的工作狀態(tài)。在設(shè)備設(shè)計(jì)中，一般芯片主要分為數(shù)據(jù)流入口和數(shù)據(jù)流出口，每個(gè)端口所對應(yīng)的物理接口，其都為標(biāo)準(zhǔn)光接口，然而，對于寄存器的設(shè)置，應(yīng)設(shè)置由芯片地址和端口片內(nèi)地址等端口地址，當(dāng)芯片地址設(shè)置完成后，則需要固定端口地址。對于“一入五出”的工作狀態(tài)來說，與“一入十一出”設(shè)計(jì)相比，一些端口沒有信號輸出，雖然“一入五出”與“一入十一出”兩個(gè)工作狀態(tài)芯片的一些外部連線有所不一樣，但其并不發(fā)生沖突，在進(jìn)行PCB布線時(shí)，其外部連線可以并存。由于芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)路由方式有所改變，但這個(gè)方式的改變可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)，無需變更布線。

2時(shí)鐘模塊，芯片DP83849IF在SCMII模式下所需的時(shí)鐘頻率為25MHz，這就要求設(shè)備中時(shí)鐘先與數(shù)據(jù)線延時(shí)需保持一致，并且在布線過程中每個(gè)芯片的4根數(shù)據(jù)線距數(shù)據(jù)源的長度應(yīng)保持一致。SIMOOED可以通過芯片CT2309的引腳REF輸入頻率為25MHz的時(shí)鐘并同時(shí)輸出9個(gè)同頻率的時(shí)鐘信號，一般CT2309的輸入、輸出的典型延時(shí)控制在5～8.7ns內(nèi)，若在相同負(fù)載條件下，同一個(gè)芯片的輸入、輸出之間的典型延時(shí)為60ns。

（二）軟件模塊

軟件模塊的主要作用是對寄存器的值進(jìn)行修改，通過LED指示燈顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，并通過設(shè)置一個(gè)跳線來選擇設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一般情況下，ON表示“一入十一出”的運(yùn)行狀態(tài)，OFF表示“一入五出”的運(yùn)行狀態(tài)。對于軟件模塊的串行總線，主要由MDIO和MDC組成，一般通過讀寫指令對串行總線的操作碼、端口地址及寄存器地址進(jìn)行操作，一般將讀寫指令中的“開始、端口地址、數(shù)據(jù)”位均設(shè)置到MDIO，在讀指令中，“轉(zhuǎn)變嗎、數(shù)據(jù)”位需要從MDIO中讀取，一般轉(zhuǎn)變碼中的Z為高阻狀態(tài)；在寫指令中，“轉(zhuǎn)變碼、數(shù)據(jù)”位則需要設(shè)置到MDIO。但需要注意的是：寫指令中位的讀取與設(shè)置需要與MDC時(shí)鐘配合，即在MDC下降過程中，需要從MDIO讀取1位二進(jìn)制數(shù)，而在MDC上升過程中，應(yīng)設(shè)置1位二進(jìn)制數(shù)到MDIO。

四、設(shè)備測試方案調(diào)試

圖3 設(shè)備測試方案

設(shè)備測試方案如圖3所示，在GPS時(shí)鐘對所有設(shè)備測量裝置和保護(hù)裝置進(jìn)行校時(shí)，應(yīng)由一個(gè)合并單元來測試數(shù)據(jù)，即采用IEC61850-9-1格式來發(fā)送最高采樣速率，一般最高采樣速率為10kHz，通過對比分析測量裝置和保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)，可以得出SIMOOED數(shù)據(jù)延時(shí)為4.5μs，其誤碼率為0，由此可知，SIMOOED設(shè)備滿足數(shù)字化變電站的應(yīng)用需求。

結(jié)語

在數(shù)字化變電站建設(shè)中，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性是變電站建設(shè)的重要前提，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)備，采用EC61850協(xié)議基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸?shù)墓δ埽捎赟IMOOED具有建設(shè)成本低、延時(shí)固定等有點(diǎn)，因 此，SIMOOED設(shè)備滿足數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的需求。

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