Ethernet-basierte Ultra-Hochgeschwindigkeitskommunikation für eine Regelung dezentraler Einspeiseumrichter von Windenergieanlagen

Abstract

In diesem Beitrag wird eine Ethernet-Ultra-Hochgeschwindigkeitskommunikation vorgestellt, welche auf der Nutzung von GBit-Ethernet-PHYs in Verbindung mit einer FPGA-Protokollverarbeitung basiert. Hierzu wurde ein mit IEEE 802-Standards kompatibles Protokoll entwickelt, welches es dem Empfänger ermöglicht, Daten bereits vor dem vollständigen Empfang eines Paketes zu nutzen. Die Protokollverarbeitung wurde vollständig in Hardware umgesetzt, welche alle Verarbeitungsschritte zwischen der GBit-Schnittstelle des PHYs und der systeminternen Datenschnittstelle vornimmt. Im Rahmen einer Fallstudie wurde ein FPGA-basierter Systemaufbau zur quantitativen Ermittlung der Kommunikationseigenschaften umgesetzt. In jedem Zyklus sendet dabei eine Zentralsteuerung Echtzeitdaten zur Ansteuerung von IGBT-Umrichter-Brücken und empfängt jeweils Strommesswerte. Für die in der Anwendung relevanten Mengen an zu übertragenden Echtzeitdaten wurden an dem Aufbau Ende-zu-Ende-Latenzen in der Größenordnung < 1 µs sowie ein Jitter < 50 ns gemessen. Aufgrund der Protokollverarbeitung repräsentieren diese Werte die Kommunikationseigenschaften zwischen den späteren Applikationen, welche in der Steuerung und den verteilten IGBT-Umrichterbrücken ausgeführt werden.