探討數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)傳輸設備設計思路的構(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備之間的信息傳輸主要通過特定的交換機連接實現(xiàn)的，傳統(tǒng)的信息傳輸不僅增加了建設成本，也具有不穩(wěn)定的特點，因此，設計一種一入多出的單向以太網(wǎng)傳輸設備，并建立數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)一個合并單元向多個間隔層裝置發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。

一、SIMOOED以太網(wǎng)傳輸設備方案

傳統(tǒng)模式下設備交換機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)的交換機接入方案具有建設成本高、開發(fā)周期長的特，并且在硬件設施上交換機需要高度的CPU來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。因此，采用SIMOOED設備在變電站自動化系統(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)沖突和硬件實時轉(zhuǎn)發(fā)的特點，與傳統(tǒng)模式下交換機接入方案相比，SIMOOED設備具有更多的優(yōu)勢。

圖1 SIMOOED接入方案

二、SIMOOED設備結(jié)構(gòu)組成

SIMOOED設備使用由以太網(wǎng)PHY芯片DP83849IF和零延時緩存芯片CY2309，其設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DP83849I聯(lián)系起來，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其中，對u影5MHz的晶振，可以通過零延時緩存芯片CY2309為每片DP83849IF提供時鐘，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的主要任務是通過I/O對DP83849IF進行有效設置。如圖2所示，表示SIMOOED設備原理。

圖2 SIMOOED設備原理圖

三、SIMOOED設備設計思路構(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，同時也支持電口、光口等兩種物理接口，DIMOOED設備主要采用SCMII模式、速率為100Mbit/s的光接口和使用6快DP83849IF來實現(xiàn)“一入十一出”、“一入五出”的兩種工作狀態(tài)，為了實現(xiàn)兩個工作狀態(tài)的切換，可以通過設置DP83849IF內(nèi)部寄存器來改變兩個端口的數(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，則應選擇“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)。在設備設計中，一般芯片主要分為數(shù)據(jù)流入口和數(shù)據(jù)流出口，每個端口所對應的物理接口，其都為標準光接口，然而，對于寄存器的設置，應設置由芯片地址和端口片內(nèi)地址等端口地址，當芯片地址設置完成后，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”設計相比，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，在進行PCB布線時，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，但這個方式的改變可以通過軟件來實現(xiàn)，無需變更布線。

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

（二）軟件模塊

軟件模塊的主要作用是對寄存器的值進行修改，通過LED指示燈顯示設備的工作狀態(tài)，并通過設置一個跳線來選擇設備的運行狀態(tài)，一般情況下，ON表示“一入十一出”的運行狀態(tài)，OFF表示“一入五出”的運行狀態(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)”位則需要設置到MDIO。但需要注意的是：寫指令中位的讀取與設置需要與MDC時鐘配合，即在MDC下降過程中，需要從MDIO讀取1位二進制數(shù)，而在MDC上升過程中，應設置1位二進制數(shù)到MDIO。

四、設備測試方案調(diào)試

圖3 設備測試方案

設備測試方案如圖3所示，在GPS時鐘對所有設備測量裝置和保護裝置進行校時，應由一個合并單元來測試數(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裝置的數(shù)據(jù)，可以得出SIMOOED數(shù)據(jù)延時為4.5μs，其誤碼率為0，由此可知，SIMOOED設備滿足數(shù)字化變電站的應用需求。

結(jié)語

在數(shù)字化變電站建設中，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性是變電站建設的重要前提，為了實現(xiàn)數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)的傳輸設備，采用EC61850協(xié)議基于網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)單點對多點傳輸?shù)墓δ埽捎赟IMOOED具有建設成本低、延時固定等有點，因 此，SIMOOED設備滿足數(shù)字化變電站單向數(shù)據(jù)傳輸設備的需求。

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