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(chuan)統(tong)的(de)電(dian)力(li)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)在(zai)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)低(di)效(xiao)的(de)，伴(ban)隨(sui)著(zhe)設(she)備(bei)老(lao)齡(ling)化(hua)的(de)來(lai)臨(lin)，這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)頻(pin)繁(fan)的(de)損(sun)壞(huai)
，不(bu)光(guang)是(shi)資(zi)產(chan)及(ji)設(she)備(bei)造(zao)成(cheng)損(sun)失(shi)，同(tong)時(shi)也(ye)會(hui)對(dui)整(zheng)個(ge)電(dian)網(wang)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)影(ying)響(xiang)，畢(bi)竟(jing)我(wo)們(men)聽(ting)到(dao)了(le)太(tai)多(duo)關(guan)於(yu)舊(jiu)電(dian)網(wang)設(she)施(shi)的(de)損(sun)壞(huai)造(zao)成(cheng)整(zheng)個(ge)社(she)區(qu)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)破(po)壞(huai)的(de)事(shi)情(qing)了(le)。

　　

 

“智能電網”則可以解決上述挑戰。

　　

實現智能電網係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(yi)個(ge)現(xian)代(dai)化(hua)的(de)電(dian)力(li)輸(shu)送(song)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)包(bao)括(kuo)發(fa)電(dian)
，輸(shu)電(dian)
，配(pei)電(dian)和(he)終(zhong)端(duan)。智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)與(yu)傳(chuan)統(tong)係(xi)統(tong)相(xiang)比(bi)
，在(zai)於(yu)對(dui)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)支(zhi)持(chi)，比(bi)如(ru)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)與(yu)能(neng)源(yuan)儲(chu)存(cun)，同(tong)時(shi)增(zeng)加(jia)了(le)創(chuang)新(xin)的(de)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)，包(bao)括(kuo)新(xin)的(de)表(biao)計(ji)與(yu)電(dian)網(wang)性(xing)能(neng)分(fen)析(xi)計(ji)等(deng)。

　　

智能電網依靠通信係統及電力網絡進行控製，以監測和控製電網參數，並確保產品的安全性和可靠性。

　　

20世紀90年nian代dai之zhi前qian，全quan球qiu並bing沒mei有you電dian網wang的de統tong一yi標biao準zhun
，供gong應ying商shang無wu法fa提ti供gong相xiang互hu兼jian容rong的de設she備bei。為wei了le便bian於yu更geng好hao地di控kong製zhi和he廣guang泛fan的de布bu局ju，電dian網wang需xu要yao從cong一yi個ge單dan一yi的de網wang絡luo傳chuan輸shu支zhi持chi到dao對dui整zheng個ge大da電dian網wang的de支zhi持chi

，因yin此ci通tong信xin和he功gong率lv分fen配pei都dou應ying該gai有you固gu定ding標biao準zhun。

　　

國際電工委員會（IEC）提出了一種公共的通信標準，通過對設備的一係列規範化，使其形成一個規範的輸出
，實現係統的無縫連接，用以解決變電站建築
、通信
、安全性、以及定時和同步的問題。

　　

IEC61850標準是基於通用網絡通信平台的變電站自動化係統唯一國際標準，是1995年IEC、ANSI以及其他一些合作的標準組織聯合定製。

　　

自成立以來，IEC 61850的標準伴隨著電子電力係統的不斷發展而發展，比如水電、光伏電站、分布式能源等不斷湧現的新事物。從內部變電站基礎設施的角度來看，IEC 61850便於通過通信係統，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，進一步減少係統延遲。

　　

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

　　

此外
，變電站係統工程師必須滿足恢複時間規格（識別和恢複發生故障後的變電站服務所需要的時間）。IEC61850規定的使用IEC62439-3（並行冗餘協議）和高可用性的無縫冗餘）。

　　

為了使智能電網的設備更“智能”，電網係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
，傳統的係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，並且保證係統的可靠性

、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，同時並不需要外部存儲器。

　　

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，以確保係統的可靠性備份性。同時
，雖然ARM核心提供良好的性能，但對於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。

　　

智能電網設備製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
，並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、製造和開發的重新配置，以及對於標準的升級改造，都變得非常容易。

　　

FPGA將複雜的智能電網設計變得好像升級軟件一樣的簡單。