FPGA Altera工業部(bù)門(mén)市(shì)场開(kāi)發(fà)經(jīng)理John Johnson近(jìn)日(rì)撰文(wén)，稱希望可(kě)以(yǐ)使用(yòng)FPGA来(lái)解(jiě)決智能(néng)電(diàn)网(wǎng)带(dài)来(lái)的(de)設計(jì)挑戰，以(yǐ)下(xià)是(shì)文(wén)章(zhāng)詳情(qíng)：
傳統的(de)電(diàn)力基礎設施在(zài)本(běn)質(zhì)上(shàng)是(shì)低效的(de)，伴随着設備老(lǎo)齡化(huà)的(de)来(lái)臨，这(zhè)些設備頻繁的(de)損壞，不(bù)光(guāng)是(shì)資産及(jí)設備造成(chéng)損失，同(tóng)时(shí)也(yě)会(huì)对(duì)整个(gè)電(diàn)网(wǎng)其他(tā)設備造成(chéng)嚴重(zhòng)的(de)影響，畢竟我(wǒ)们(men)听(tīng)到(dào)了(le)太多(duō)關(guān)于(yú)旧(jiù)電(diàn)网(wǎng)設施的(de)損壞造成(chéng)整个(gè)社區(qū)基礎設施破壞的(de)事(shì)情(qíng)了(le)。
“智能(néng)電(diàn)网(wǎng)”則可(kě)以(yǐ)解(jiě)決上(shàng)述挑戰。
实現(xiàn)智能(néng)電(diàn)网(wǎng)系(xì)統最(zuì)關(guān)鍵的(de)要(yào)素是(shì)确保設備可(kě)以(yǐ)有(yǒu)很长的(de)生(shēng)命周期(qī)，因(yīn)此(cǐ)不(bù)光(guāng)是(shì)可(kě)靠性(xìng)要(yào)高(gāo)，同(tóng)时(shí)性(xìng)能(néng)和(hé)功能(néng)也(yě)需要(yào)滿足未来(lái)的(de)要(yào)求。
一(yī)个(gè)現(xiàn)代(dài)化(huà)的(de)電(diàn)力輸送體(tǐ)系(xì)結構包(bāo)括發(fà)電(diàn)，輸電(diàn)，配電(diàn)和(hé)終(zhōng)端。智能(néng)電(diàn)网(wǎng)與(yǔ)傳統系(xì)統相比，在(zài)于(yú)对(duì)新技術(shù)的(de)支持(chí)，比如(rú)可(kě)再生(shēng)能(néng)源與(yǔ)能(néng)源儲存，同(tóng)时(shí)增加了(le)創新的(de)儀器儀表(biǎo)，包(bāo)括新的(de)表(biǎo)計(jì)與(yǔ)電(diàn)网(wǎng)性(xìng)能(néng)分(fēn)析計(jì)等。
智能(néng)電(diàn)网(wǎng)依靠通(tòng)信(xìn)系(xì)統及(jí)電(diàn)力网(wǎng)絡進(jìn)行控制，以(yǐ)監测和(hé)控制電(diàn)网(wǎng)參數，并确保産品的(de)安(ān)全(quán)性(xìng)和(hé)可(kě)靠性(xìng)。
20世紀90年(nián)代(dài)之前(qián)，全(quán)球并沒(méi)有(yǒu)電(diàn)网(wǎng)的(de)統一(yī)标(biāo)準，供應(yìng)商无法提(tí)供相互兼容的(de)設備。为(wèi)了(le)便于(yú)更(gèng)好(hǎo)地(dì)控制和(hé)廣泛的(de)布(bù)局(jú)，電(diàn)网(wǎng)需要(yào)從一(yī)个(gè)單一(yī)的(de)网(wǎng)絡傳輸支持(chí)到(dào)对(duì)整个(gè)大電(diàn)网(wǎng)的(de)支持(chí)，因(yīn)此(cǐ)通(tòng)信(xìn)和(hé)功率分(fēn)配都應(yìng)該有(yǒu)固定(dìng)标(biāo)準。
國(guó)際電(diàn)工委員会(huì)（IEC）提(tí)出(chū)了(le)一(yī)種(zhǒng)公共(gòng)的(de)通(tòng)信(xìn)标(biāo)準，通(tòng)过(guò)对(duì)設備的(de)一(yī)系(xì)列規範化(huà)，使其形成(chéng)一(yī)个(gè)規範的(de)輸出(chū)，实現(xiàn)系(xì)統的(de)无縫連(lián)接，用(yòng)以(yǐ)解(jiě)決變(biàn)電(diàn)站建築、通(tòng)信(xìn)、安(ān)全(quán)性(xìng)、以(yǐ)及(jí)定(dìng)时(shí)和(hé)同(tóng)步的(de)問(wèn)題(tí)。
IEC61850标(biāo)準是(shì)基于(yú)通(tòng)用(yòng)网(wǎng)絡通(tòng)信(xìn)平台(tái)的(de)變(biàn)電(diàn)站自(zì)動(dòng)化(huà)系(xì)統唯一(yī)國(guó)際标(biāo)準，是(shì)1995年(nián)IEC、ANSI以(yǐ)及(jí)其他(tā)一(yī)些合作的(de)标(biāo)準組織聯合定(dìng)制。
自(zì)成(chéng)立以(yǐ)来(lái)，IEC 61850的(de)标(biāo)準伴随着電(diàn)子電(diàn)力系(xì)統的(de)不(bù)斷發(fà)展(zhǎn)而(ér)發(fà)展(zhǎn)，比如(rú)水(shuǐ)電(diàn)、光(guāng)伏電(diàn)站、分(fēn)布(bù)式能(néng)源等不(bù)斷湧現(xiàn)的(de)新事(shì)物(wù)。
從內(nèi)部(bù)變(biàn)電(diàn)站基礎設施的(de)角(jiǎo)度(dù)来(lái)看(kàn)，IEC 61850便于(yú)通(tòng)过(guò)通(tòng)信(xìn)系(xì)統，使變(biàn)電(diàn)站設備通(tòng)过(guò)光(guāng)纤電(diàn)缆(lǎn)来(lái)代(dài)替傳統的(de)硬(yìng)連(lián)線(xiàn)方(fāng)式实現(xiàn)互聯性(xìng)。
光(guāng)纤网(wǎng)絡的(de)延遲比铜(tóng)線(xiàn)低，因(yīn)此(cǐ)为(wèi)了(le)促進(jìn)这(zhè)一(yī)网(wǎng)絡标(biāo)準，IEC 61850提(tí)供了(le)特(tè)殊的(de)消息层，可(kě)以(yǐ)繞过(guò)通(tòng)信(xìn)協議棧，進(jìn)一(yī)步減少(shǎo)系(xì)統延遲。
IEC 61850規定(dìng)，所(suǒ)有(yǒu)設備都必須保證无單點(diǎn)故障的(de)系(xì)統事(shì)故，因(yīn)此(cǐ)，變(biàn)電(diàn)站架構为(wèi)所(suǒ)有(yǒu)關(guān)鍵部(bù)件(jiàn)都應(yìng)采用(yòng)冗餘設置。
此(cǐ)外(wài)，變(biàn)電(diàn)站系(xì)統工程师(shī)必須滿足恢複时(shí)間(jiān)規格（識别和(hé)恢複發(fà)生(shēng)故障後(hòu)的(de)變(biàn)電(diàn)站服(fú)务所(suǒ)需要(yào)的(de)时(shí)間(jiān)）。IEC61850規定(dìng)的(de)使用(yòng)IEC62439-3（并行冗餘協議）和(hé)高(gāo)可(kě)用(yòng)性(xìng)的(de)无縫冗餘）。
为(wèi)了(le)使智能(néng)電(diàn)网(wǎng)的(de)設備更(gèng)“智能(néng)”，電(diàn)网(wǎng)系(xì)統需要(yào)包(bāo)括信(xìn)号(hào)处理、通(tòng)信(xìn)管(guǎn)理、專用(yòng)集成(chéng)電(diàn)路(lù)和(hé)其他(tā)外(wài)圍設備。要(yào)做到(dào)这(zhè)一(yī)點(diǎn)，傳統的(de)系(xì)統通(tòng)常包(bāo)括一(yī)个(gè)數字(zì)信(xìn)号(hào)处理器，一(yī)个(gè)中(zhōng)央处理單元(yuán)和(hé)一(yī)个(gè)FPGA。
随着FPGA的(de)集成(chéng)能(néng)力和(hé)处理速度(dù)增加，很多(duō)的(de)智能(néng)電(diàn)网(wǎng)應(yìng)用(yòng)都開(kāi)始考慮導入(rù)FPGA以(yǐ)实現(xiàn)所(suǒ)有(yǒu)的(de)功能(néng)模块(kuài)，并且保證系(xì)統的(de)可(kě)靠性(xìng)、高(gāo)效性(xìng)、可(kě)維修性(xìng)以(yǐ)及(jí)低成(chéng)本(běn)。比如(rú)，在(zài)智能(néng)電(diàn)网(wǎng)應(yìng)用(yòng)中(zhōng)使用(yòng)FPGA的(de)一(yī)个(gè)例子是(shì)可(kě)擴展(zhǎn)至(zhì)八(bā)端口(kǒu)的(de)四(sì)端口(kǒu)以(yǐ)太网(wǎng)交換機(jī)，支持(chí)10/100/1000G以(yǐ)太网(wǎng)，支持(chí)IEC 62439-3，支持(chí)IEEE 1588-2008，同(tóng)时(shí)并不(bù)需要(yào)外(wài)部(bù)存儲器。
28nm FPGA SoC之所(suǒ)以(yǐ)适應(yìng)智能(néng)電(diàn)网(wǎng)的(de)要(yào)求，是(shì)因(yīn)为(wèi)其包(bāo)含了(le)32位糾錯碼功能(néng)以(yǐ)及(jí)多(duō)个(gè)ARM处理器內(nèi)核，以(yǐ)确保系(xì)統的(de)可(kě)靠性(xìng)備份性(xìng)。同(tóng)时(shí)，虽然ARM核心(xīn)提(tí)供良好(hǎo)的(de)性(xìng)能(néng)，但对(duì)于(yú)大多(duō)數計(jì)算密集型的(de)实时(shí)处理需求，通(tòng)常在(zài)FPGA架構中(zhōng)实現(xiàn)硬(yìng)件(jiàn)加速器。
智能(néng)電(diàn)网(wǎng)設備制造商需要(yào)一(yī)个(gè)連(lián)續的(de)産品供應(yìng)鍊(liàn)，而(ér)FPGA可(kě)以(yǐ)提(tí)供不(bù)斷地(dì)進(jìn)行産品升(shēng)級，并且此(cǐ)前(qián)的(de)所(suǒ)有(yǒu)設計(jì)都可(kě)以(yǐ)很順利的(de)導入(rù)至(zhì)新的(de)産品中(zhōng)。因(yīn)此(cǐ)无論是(shì)生(shēng)産、制造和(hé)開(kāi)發(fà)的(de)重(zhòng)新配置，以(yǐ)及(jí)对(duì)于(yú)标(biāo)準的(de)升(shēng)級改造，都變(biàn)得非(fēi)常容易。
FPGA将複雜的(de)智能(néng)電(diàn)网(wǎng)設計(jì)變(biàn)得好(hǎo)像升(shēng)級软(ruǎn)件(jiàn)一(yī)樣(yàng)的(de)簡單。
