跟着电网规划的不断扩大，电力体系也逐渐进步了对电能质量和牢靠性方面的要求。国际规模内发生了屡次影响规模极大的停电事情，露出出了超大规划电力体系内分布式电源与大电网之间的对立。微网的呈现能够处理分布式电源并网给大电网带来的问题，平常作为分布式电源与大电网并网运转，可是当毛病发生时，微网能够孤岛运转，从有问题的主网上脱离，独立为负荷供电。
智能微网是通过集成的通讯体系、高档的剖析技能、先进的操控技能来完结的。微网维护应选用广域维护的方法，由中心单元和就地单元两部分组成。在微网主操控室设备的中心单元能够供应全站维护，而在每个开关处设备就地处理单元完结沟通量和开关量的收集。
针对智能微网维护方法，很多的数据被收集到中心单元，进行汇总核算，同一时刻的数据有必要确保在相同的采样周期得到处理，而不被推迟。杂乱的操控原理和维护技能，要求快速呼应的通讯机制，都需求有强有力的硬件渠道的确保。
针对线路或许变压器的单一目标的传统的维护设备已不能满意广域维护的方法，新一代渠道对核算、通讯才能有了更高的要求，一起也提出了对运用不同的小体系方面适用性与易用性的需求。本文提出的体系规划可广泛运用于智能微网维护设备，并具有实践操作性。
1、规划准则
智能微网维护设备的新渠道的规划准则如下：
1.1 广域维护计划
在广域维护计划中，主维护为智能微网维护中心单元，完结微网区域内的线路和母线维护。主维护的逻辑核算来源于就地单元上送的数据，并依据核算的成果对就地单元发送操控指令。智能终端首要完结就地开关信息、沟通量的收集以及中心单元下发的操控指令的履行。
智能微网的维护模块很多，定值数量大，收集的开关量输入、模拟量输入与开关量输出的数量都远大于一套一般的维护设备，因而对维护中心单元的核算处理才能、通讯传输才能和数据存储才能都提出了高规范的要求。
相对于由多台设备共同完结全套维护功用的计划来说，本文提出了单台8U设备完结全套维护功用的体系规划计划。这样做能够使数据更为会集，功率更高，本钱下降的一起也省去组屏和接线的繁复作业，有利于调试和维护作业。
1.2 主处理器选型
主处理器选用Freescale公司45纳米QorIQ系列的P2020，有优异的单线程功用功耗比，适用于网络、电信、军事以及工业商场中的各种运用。该通讯处理器具有两个高功用Power Architecture e500内核，每个内核的运转频率为1.33GHz，自带32KBL1缓存、512KBL2缓存，支撑32/64位DDR2和DDR3，一起支撑纠错码。
P2020的外设丰厚，带有4个高达3.125GHz的SerDes、两个PCIExpress接口、两个SerialRapidIO接口、两个 SGMII接口、两个高速USB操控器。作为主维护最中心的部分，此款处理器供应了一个强壮的硬件渠道，特别适用于通讯高度集成与大规划数据处理，为智能微网维护供应满意的资源确保，并且为往后的扩展预留有较大的进步空间。
1.3 数据总线规划
智能微网维护处理的GOOSE与SV数据总量是巨大的，但不同小体系处理的数据量是不同的，需求依据需求来装备不同数量的插件。各个插件收集的数据都通过相同的接口由数据总线上送主处理器处，这就要求该数据总线具有高速、同享、可装备的特性。不管运用于数字化变电站或是传统变电站，数据总线上的智能插件都要求装备灵敏，并具有可扩展性。
数据总线由FPGA加上MLVDS的方法构成：FPGA选用Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX25T芯片，它集成了24051个逻辑单元，936Kbits的RAM块，以及38个DSP48A1单元，内置1路PCI-E硬核；MLVDS芯片选用TI公司的SN65MLVD080芯片，可供应8路半双工的250Mbit的物理通道［3］。
每个插件都配有FPGA和MLVDS芯片，FPGA进行数据编码与解码的作业，SN65MLVD080在总线板上组成的总线方法的物理通道，将主处理器与GOOSE、SV插件的数据彼此传输。这样的硬件渠道规划使得维护的适应性增强，具有很高的冗余度。
1.4 软硬件牢靠性规划
牢靠性在软硬件2个方面都有考虑，确保设备的正确运转。软件方面首要是对要害电路与中心器材进行监测，包含：开入、开出返读，电源状况监督，A/D基准判别，内存（RAM）与定制区（EEPROM）的正反码CRC校验等。发现任何问题，都会当即闭锁出口继电器，宣布告警信号，并生成事情记载上送。
硬件方面从器材的挑选和回路的两层化装备来确保牢靠性：一切规划都选用工业级器材，并充分考虑降额运用，下降其发热和功耗，操控元器材的失功率，延伸其有用生命周期。选用双电源、双采样等冗余规划，避免要害电路上的失效影响了全体运转，双CPU互为闭锁出口回路减少了单一元器材失效而形成的误动。
2、硬件规划
2.1 全体架构
一切插件均为规范4U高度规范，选用背插式结构通过总线板设备在机箱中。依据数字化站或许惯例站的不同装备能够挑选不同的机箱高度来装备更多的插件，如规范19英寸4U机箱或许8U机箱。不管是4U机箱仍是8U机箱，电源插件、主CPU插件、显现通讯插件都是规范装备，智能ADC插件、智能I/O插件、沟通插件、SV/GOOSE插件都是依据功用需求选配。
设备正面装备一块5.7寸320×240点阵TFT液晶，辅以按键和点灯信号用来完结杰出的人机交流界面。设备的全体硬件结构如图1所示。
图1 全体硬件结构图
2.2 主CPU插件规划
主CPU插件首要需求完结模拟量的采样、核算，维护逻辑的判别，开入的读取、出口操控，各种记载保存等功用。在满意这些功用的前提条件是安稳牢靠的体系规划，为了应对难以预测的各种突发状况，体系要具有冗余性。
主处理器P2020的双核并行处理能够满意这些需求，CPU的两个内核独立运转，又彼此监督，起到两层闭锁的功用，确保体系的牢靠性。
在功用区分上，core0担任逻辑运算与记载保存，core1担任与外部通讯、传输数据与开关量接口作业，包含FPGA、千兆以太网、串行接口等。
P2020是一款高功用带有双精度浮点核算才能的处理器，特别合适维护逻辑核算；丰厚的外设接口能够与多种设备高速衔接，能够满意大容量数据吞吐。
除了处理器自带的cache和sram，板上还为CPU外扩了1GBDDR2和128MBNORFLASH，这些大容量内存确保了有满意的数据空间和代码空间供应给智能微网维护；别的还预留有NANDFLASH与SPIFLASH的扩展方位，便于保存录波数据与整定定值。
在本体系中P2020用到的高速接口有3路千兆以太网口和1路PCI-E接口，其间PCI-E接口用于与FPGA自带的PCI-E接口相连，最高速度2.5Gb/s，能够满意数字化站下的数据流量需求。
为了进步板间数据交流速率，一起统筹适应性和兼容性，运用到了MLVDS通讯技能。MLVDS总线是专门运用于背板或多点电缆的LVDS技能的一个新系列，承继了LVDS低压差分的信号特性，通过更改输出起伏和输出数据的压摆率，减小了电磁搅扰带来的问题。
2片MLVDS芯片多达16路通道，其间每一路MLVDS都能够到达125Mb/s，组成的数据总线最大支撑2Gb/s的数据流量。每路通道都能够独立操控收发方向，依据逻辑区分可界说为操控总线、数据总线、校时总线等不同功用。
FPGA运用本身的时钟驱动并供应给MLVDS芯片，在内部将数据总线与异步FIFO相衔接，数据宽度与传输速度都能够依据需求更改界说。
Xilinx Spartan-6LXTFPGA中内置PCIExpress端点模块，兼容PCIExpress 1.1规范，是针对低功耗、低本钱高速互连完结PCIExpress的兼容体系规划。一切收发数据在FPGA内部整合后打包，经PCI-E通道由DMA直接传输给主处理器P2020，无需运用程序的操控与干与，极大进步了运转功率与速度。
2.3 显现通讯插件规划
显现通讯插件首要完结人机界面、打印以及与站控层通讯等功用。内部的处理器MPC8321是一颗经济高效的网络通讯处理器，包含一个e300c2内核，它包含一个16KB的L1指令、数据缓存和片上内存办理单元（MMU）。增强的特性答应并行履行更有用的操作，然后明显进步了功用。
显现通讯插件供应了按键与液晶的接口，相同也有MLVDS总线接口从主CPU插件取得数据；对外供应了3路百兆以太网口用于和监控后台、维护工程师站通讯，一路RS484的校时口，一路RS232的打印口和一路RS232调试口。
2.4 智能插件规划
智能插件包含数字化的SV/GOOSE插件与传统I/O、ADC插件，各种插件的软硬件接口都坚持共同，有极强的扩展性与适应性，并且支撑带电拔插，便利检修作业的进行。数字化的SV/GOOSE插件运用FPGA作为主控芯片，对上与MLVDS总线衔接，对下生成多个百兆以太网来驱动光口或许网口与外部通讯。FPGA的同步处理才能能够确保一切报文都能当即被呼应，合作IEEE1588打下时标完结准确记载报文收发时刻，百兆以太网的数量也能够灵敏装备，缓存依据需求改变巨细。
智能ADC插件选用在电力行业老练运用的16位收集芯片AD7606，一切通道都做到同步采样，片内集成二阶滤波器、采样坚持扩大电路、输入钳位维护等功用。在FPGA的操控下，采样速率可被设置为一个可变值，最高到达200Kbps的采样率。
智能I/O插件能够收集DC220/DC110的开入量，完结信号出口和跳闸出口的功用。开入开出量保存在FPGA固定的数据区域内，其间开入量的每个变位都有准确到奇妙的记载，随时能够上送到主操控器；开出量的数据报文需求通过奇偶校验，在硬件上遭到独自的出口电源操控，两层闭锁确保了安全性。
3、软件逻辑
3.1 面向目标软件渠道
为确保程序体系化以及可延续性，且为运用开发供应安全、灵敏、共同的编程接口，建立了依据多任务实时操作体系Vxworks，选用面向目标规划方法的适用各种开发环境、具有长生命周期的软件渠道。该渠道能够大大缩短运用开发周期，支撑电力行业各种规范通讯规约，如IEC103、IEC104、IEC61850等等。
软件渠道的根本元素称为元件，在面向目标思维中，是将数据以及界说在数据上的操作封装在一起的进程，相同也能够扩展为一个个智能化插件，将同类的运用程序以元件的方法进行封装，能够进步代码的可维护性和可重用性。
软件渠道的组成有：各个插件上的体系程序、底层的驱动程序、智能插件上的功用程序和后台装备东西软件等。体系程序包含定值调用与存储功用模块、事情记载与录波功用模块、体系监测与自检功用模块、守时器操控功用模块等；驱动程序包含操作体系接口功用模块、插件辨认与注册功用模块、各种硬件操控功用模块等；智能插件功用程序包含开入开出逻辑操控、参数办理功用模块、报文收发与拼接功用模块等；后台装备东西包含文件、程序的上传下载功用模块、定值参数的调取与修正功用模块、记载和波形的检查和剖析功用模块等。
3.2 MLVDS总线逻辑规划
设备上电时主处理器读取装备文件，得到智能插件数量与类型，其间插件数量依据工程不同可灵敏增减，用装备东西进行注册。遭到总线板插槽数量约束，插件数量最大为16块，共同的软硬件接口可依据工程需求装备不同的插件。MLVDS总线结构如图2所示。
图2 MLVDS总线结构图
MLVDS总线分为操控总线与数据总线。操控总线用于分配轮询插件，由主处理器插件上的FPGA发生守时中止，依据不同插件的数据量分配不同的时刻，再呼唤该插件数据。插件在轮到自己发送时才能够发送，假如有内容则发送信息，假如无内容则发送空帧；在其它插件发送时处于监听状况，假如发现是发给自己的敞开接纳逻辑，不然不予理睬。总线操控逻辑能够确保一切插件遭到主机分配，彼此间不会发生竞赛或抵触的状况。
4、定论
依据会集式维护方法研制的智能微网维护设备现在已通过了型式实验和动模实验的检测，检测结构表明晰该设备的维护功用以及各项软硬件目标均满意或高于电力行业规范，具有抗搅扰才能强、丈量精度高、反应速度快速、运用场合广泛等特色。
本文提出的智能微网维护设备的新渠道技能计划，可广泛运用于不同的小体系，具有实践操作性。该渠道软硬件资源丰厚，维护功用强壮，装备可随需求裁剪，牢靠性极高，能够满意微网维护设备的各种功用需求，具有杰出的运用远景。
