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                        未來可以用FPGA解決智能電網的困惑
                        發布時間:2016-04-05

                               FPGA Altera工業部門市場開發經理John Johnson近日撰文,稱希望可以使用FPGA來解決智能電網帶來的設計挑戰,以下是文章詳情:

                              傳統的電力基礎設施在本質上是低效的,伴隨著設備老齡化的來臨,這些設備頻繁的損壞,不光是資產及設備造成損失,同時也會對整個電網其他設備造成嚴重的影響,畢竟我們聽到了太多關于舊電網設施的損壞造成整個社區基礎設施破壞的事情了。

                        “智能電網”則可以解決上述挑戰。

                              實現智能電網系統最關鍵的要素是確保設備可以有很長的生命周期,因此不光是可靠性要高,同時性能和功能也需要滿足未來的要求。

                        一個現代化的電力輸送體系結構包括發電,輸電,配電和終端。智能電網與傳統系統相比,在于對新技術的支持,比如可再生能源與能源儲存,同時增加了創新的儀器儀表,包括新的表計與電網性能分析計等。

                              智能電網依靠通信系統及電力網絡進行控制,以監測和控制電網參數,并確保產品的安全性和可靠性。

                              20世紀90年代之前,全球并沒有電網的統一標準,供應商無法提供相互兼容的設備。為了便于更好地控制和廣泛的布局,電網需要從一個單一的網絡傳輸支持到對整個大電網的支持,因此通信和功率分配都應該有固定標準。

                              國際電工委員會(IEC)提出了一種公共的通信標準,通過對設備的一系列規范化,使其形成一個規范的輸出,實現系統的無縫連接,用以解決變電站建筑、通信、安全性、以及定時和同步的問題。

                              IEC61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準,是1995年IEC、ANSI以及其他一些合作的標準組織聯合定制。

                              自成立以來,IEC 61850的標準伴隨著電子電力系統的不斷發展而發展,比如水電、光伏電站、分布式能源等不斷涌現的新事物。

                              從內部變電站基礎設施的角度來看,IEC 61850便于通過通信系統,使變電站設備通過光纖電纜來代替傳統的硬連線方式實現互聯性。

                              光纖網絡的延遲比銅線低,因此為了促進這一網絡標準,IEC 61850提供了特殊的消息層,可以繞過通信協議棧,進一步減少系統延遲。

                              IEC 61850規定,所有設備都必須保證無單點故障的系統事故,因此,變電站架構為所有關鍵部件都應采用冗余設置。

                              此外,變電站系統工程師必須滿足恢復時間規格(識別和恢復發生故障后的變電站服務所需要的時間)。IEC61850規定的使用IEC62439-3(并行冗余協議)和高可用性的無縫冗余)。

                              為了使智能電網的設備更“智能”,電網系統需要包括信號處理、通信管理、專用集成電路和其他外圍設備。要做到這一點,傳統的系統通常包括一個數字信號處理器,一個中央處理單元和一個FPGA。

                              隨著FPGA的集成能力和處理速度增加,很多的智能電網應用都開始考慮導入FPGA以實現所有的功能模塊,并且保證系統的可靠性、高效性、可維修性以及低成本。比如,在智能電網應用中使用FPGA的一個例子是可擴展至八端口的四端口以太網交換機,支持10/100/1000G以太網,支持IEC 62439-3,支持IEEE 1588-2008,同時并不需要外部存儲器。

                              28nm FPGA SoC之所以適應智能電網的要求,是因為其包含了32位糾錯碼功能以及多個ARM處理器內核,以確保系統的可靠性備份性。同時,雖然ARM核心提供良好的性能,但對于大多數計算密集型的實時處理需求,通常在FPGA架構中實現硬件加速器。

                              智能電網設備制造商需要一個連續的產品供應鏈,而FPGA可以提供不斷地進行產品升級,并且此前的所有設計都可以很順利的導入至新的產品中。因此無論是生產、制造和開發的重新配置,以及對于標準的升級改造,都變得非常容易。

                              FPGA將復雜的智能電網設計變得好像升級軟件一樣的簡單。

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