國網(wǎng)新規(guī)下電力DTU最小系統(tǒng)核心板設(shè)計(jì)的新思路
根據(jù)國家能源局2020年能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃，中國電力科學(xué)研究院有限公司牽頭起草了《12kV一二次融合成套柱上開關(guān)》、《12kV一二次融合成套環(huán)網(wǎng)箱》兩項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2021年6月中國電科院配電技術(shù)中心組織30余家配電開關(guān)及配電終端主流生產(chǎn)企業(yè)開啟了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。
在過去的二年，新規(guī)不斷應(yīng)用在設(shè)備端口。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定DTU采用雙核設(shè)計(jì)，區(qū)分實(shí)時(shí)核和管理核。實(shí)時(shí)核需要MCU保證完成保護(hù)和高速采樣，管理核需要高性能處理器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)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(duì)時(shí)等。
北京遠(yuǎn)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(dǎo)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(shè)計(jì)了一款DTU/FTU最小系統(tǒng)核心板。客戶可以根據(jù)國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)固定外部設(shè)計(jì)，還能擴(kuò)展自定義功能。
電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)一般由以下部分組成：配電主站、配電子站（常設(shè)在變電站內(nèi)，可選配）、配電遠(yuǎn)方終端（FTU、DTU等）和通信網(wǎng)絡(luò)。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(fù)責(zé)與所轄區(qū)域DTU/FTU等電力終端設(shè)備通信，主站負(fù)責(zé)與各個(gè)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(jí)響應(yīng)要求、電網(wǎng)對(duì)自主可控的要求等因素，遠(yuǎn)大創(chuàng)新設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)并沒有選用ARM Cortex-A核跑操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，而是選用了先楫半導(dǎo)體的高性能MCU HPM6750IVM。該MCU為BGA289封裝，多達(dá)195個(gè)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(dá)9220CoreMark和高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)要求，擴(kuò)展了一路SPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口
雙USB接口：支持?jǐn)U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(shí)時(shí)時(shí)鐘、溫濕度傳感器等
1個(gè)16bit ADC和3個(gè)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(luò)協(xié)議棧、flash文件系統(tǒng)、本地?cái)?shù)據(jù)庫、相應(yīng)外設(shè)驅(qū)動(dòng)示例，能極大的幫助客戶簡化開發(fā)。
同時(shí)該方案還有硬件完全兼容的HPM6450IVM單核版本，可以靈活適應(yīng)各種電力的高低端應(yīng)用場(chǎng)景。支持FreeRTOS、RT-Thread，并適配了輕量級(jí)的鴻蒙系統(tǒng)。
國際形勢(shì)風(fēng)云莫測(cè)、貿(mào)易戰(zhàn)愈演愈烈，電網(wǎng)安全和穩(wěn)定至關(guān)重要，廣大電力設(shè)備制造商對(duì)國產(chǎn)自主可控替代需求越來越強(qiáng)烈。北京遠(yuǎn)大創(chuàng)新科技有限公司長期關(guān)注電力行業(yè)，緊跟國網(wǎng)、南網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為眾多電力設(shè)備制造商提供方案定制、元器件供應(yīng)鏈等多元化服務(wù)。
目前北京遠(yuǎn)大創(chuàng)新科技有限公司推出多個(gè)國產(chǎn)化方案，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備制造商，并通過“我愛方案網(wǎng)”平臺(tái)推廣，為電力行業(yè)國產(chǎn)化做出了自己的貢獻(xiàn)。
