國網(wǎng)新規(guī)下電力DTU最小系統(tǒng)核心板設計的新思路

根據(jù)國家能源局2020年能源領域行業(yè)標準制修訂計劃，中國電力科學研究院有限公司牽頭起草了《12kV一二次融合成套柱上開關》、《12kV一二次融合成套環(huán)網(wǎng)箱》兩項電力行業(yè)標準。2021年6月中國電科院配電技術中心組織30余家配電開關及配電終端主流生產(chǎn)企業(yè)開啟了兩項標準的執(zhí)行。

 

在過去的二年，新規(guī)不斷應用在設備端口。標準規(guī)定DTU采用雙核設計，區(qū)分實時核和管理核。實時核需要MCU保證完成保護和高速采樣，管理核需要高性能處理器實現(xiàn)狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)接收和分析及通信。硬件接口規(guī)定3路以太網(wǎng)、多路串口、4G通信、國密加密芯片、北斗定位對時等。

 

北京遠大創(chuàng)新科技有限公司基于其龐大的電力客戶群體、與上海先楫半導體科技有限公司通力配合，用國產(chǎn)高性能RISC-V內(nèi)核MCU設計了一款DTU/FTU最小系統(tǒng)核心板。客戶可以根據(jù)國網(wǎng)標準固定外部設計，還能擴展自定義功能。

 

電網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般由以下部分組成：配電主站、配電子站（常設在變電站內(nèi)，可選配）、配電遠方終端（FTU、DTU等）和通信網(wǎng)絡。配電主站位于城市調(diào)度中心，配電子站部署于110kV/35kV變電站，子站負責與所轄區(qū)域DTU/FTU等電力終端設備通信，主站負責與各個子站之間通信。

 

如下是最小系統(tǒng)板框圖：

 

 

考慮到系統(tǒng)的秒級響應要求、電網(wǎng)對自主可控的要求等因素，遠大創(chuàng)新設計團隊并沒有選用ARM Cortex-A核跑操作系統(tǒng)的設計思路，而是選用了先楫半導體的高性能MCU HPM6750IVM。該MCU為BGA289封裝，多達195個GPIO；2M的SRAM，靈活可選容量的外掛FLASH；內(nèi)部DSP單元，支持SIMD和DSP指令；RISC-V雙內(nèi)核完全自主可控，主頻816M，創(chuàng)下了高達9220CoreMark和高達4651DMIPS的MCU性能記錄。芯片工作溫度在-40℃~105℃，滿足電力行業(yè)苛刻工作環(huán)境。

 

雙千兆以太網(wǎng)：根據(jù)標準要求，擴展了一路SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口

雙USB接口：支持擴展網(wǎng)口與外掛4G

17路串口：滿足串口通信需求

4路高速SPI：支持外掛加密芯片、ADC芯片、SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)芯片

4路IIC：支持外掛實時時鐘、溫濕度傳感器等

1個16bit ADC和3個12bit ADC：支持模擬量的采集

 

核心板配套的FTU/DTU示例程序包含rt-thread操作系統(tǒng)、Lwip網(wǎng)絡協(xié)議棧、flash文件系統(tǒng)、本地數(shù)據(jù)庫、相應外設驅(qū)動示例，能極大的幫助客戶簡化開發(fā)。

 

同時該方案還有硬件完全兼容的HPM6450IVM單核版本，可以靈活適應各種電力的高低端應用場景。支持FreeRTOS、RT-Thread，并適配了輕量級的鴻蒙系統(tǒng)。

國際形勢風云莫測、貿(mào)易戰(zhàn)愈演愈烈，電網(wǎng)安全和穩(wěn)定至關重要，廣大電力設備制造商對國產(chǎn)自主可控替代需求越來越強烈。北京遠大創(chuàng)新科技有限公司長期關注電力行業(yè)，緊跟國網(wǎng)、南網(wǎng)行業(yè)標準，為眾多電力設備制造商提供方案定制、元器件供應鏈等多元化服務。

 

目前北京遠大創(chuàng)新科技有限公司推出多個國產(chǎn)化方案，廣泛應用于電力設備制造商，并通過“我愛方案網(wǎng)”平臺推廣，為電力行業(yè)國產(chǎn)化做出了自己的貢獻。