一種基于CPCI總線的智能故障信息系統子站

引言

智能故障信息系統(以下簡稱系統)負責在電網故障時故障信息的采集和分析工作,為運行調度人員提供準確的故障診斷,以利于故障的快速處理,減少故障造成的損失。如圖1所示,系統可分為主站、分站和子站的三層結構。其中子站安裝在變電站內,負責數據采集和預處理任務。

圖1電網故障信息系統結構圖

在分析了智能電網對故障信息系統子站(以下簡稱子站)裝置新需求的基礎上，本文提出了一種基于CPCI總線的嵌入式裝置作為子站的硬件平臺，該硬件平臺具有易擴展、功能強、兼容性好等特點，能滿足新一代子站對硬件的要求。

1 子站硬件的現狀及要求

智能電網的提出對子站提出了更高的要求。智能電網的目標是依靠先進的計算機控制技術，通過發輸配用各個環節將電力精確輸送給用戶，提高能源的利用效率和能源供應的安全水平。智能電網要求調度系統對故障具有快速響應能力，在短時間內得到故障的詳細情況，制定相應的控制決策，正因如此，傳統的人工處理方式無法滿足智能電網的需求。

智能電網技術提高了變電站的觀測能力，子站在故障發生時需要處理的數據量顯著提升，同時智能電網的漸進實施使得子站硬件必須能夠兼容傳統裝置的接入，這就需要采用功能強大又可靈活組態的子站硬件以完成變電站層的故障信息采集和智能預處理任務。

數字化變電站是實現智能電網的基礎，其遵循的新一代通信標準IEC61850指出變電站內的裝置應滿足互操作性，并最終實現不同廠家裝置具備互換性。目前變電站內的硬件裝置分為兩大類：一類是工控機(IPC)，另一類是各廠家自行開發的裝置。這兩類裝置都無法完全滿足智能電網對子站硬件的要求，這體現在以下幾個方面：

1)工控機存在著功耗大、擴展困難、旋轉配件易損耗等缺點。而各廠家自行開發的裝置雖然多數采用了總線技術并以插件形式使裝置具備了一定的擴展性，但廠家自定義的背板總線和插件沒有遵循相同的國際標準，限制了各個廠家裝置之間的通用性，裝置無法做到插件級互換。

2)變電站內不同的硬件造成了變電站工程實施的復雜性。由于硬件原理和操作方法差別大，在變電站施工以及維護過程中用戶必須熟悉不同廠家不同型號裝置的硬件配置方法和性能指標，這增加了施工難度，提高了出錯概率，降低了可靠性。

3)變電站內廠家自開發裝置軟件和硬件關聯

程度高，造成軟件硬件分離困難。用戶只能從少數幾個行業廠家采購硬件，不僅采購成本高，而且無法選購非行業廠家生產的先進技術設備，硬件升級緩慢，不能適應智能電網時代對大數據量、高可靠等不斷增長的需要。

4)在電力技術發展的過程中，新老裝置并存的局面將長期存在，對硬件的性能改進和新功能開發也將持續進行。由于工控機和廠家自定義裝置硬件接口固定，擴展能力較差，因此在升級過程中經常整體更換，這增加了用戶成本而且容易造成裝置工作不穩定。

2 CPCI技術介紹

Compact PCI(Compact Peripheral ComponentInterconnect，CPCI)，是PCI國際工業計算機制造者聯合會(PCI Industrial Computer Manufacturer’s Group，PICMG)于1994提出來的一種總線接口標準，是以PCI電氣規范為標準的高性能工業用總線。一個CPCI系統由一個或多個CPCI總線段組成。每個總線段又由8個CPCI插槽組成(33 MHz情況)，每個CPCI總線段包括一個系統槽和最多7個外圍設備槽。圖2給出了一個33 MHz的CPCI總線段結構圖。

圖2 一個CPCI總線段結構圖

與IPC相比，CPCI系統具有明顯的優勢：

1)CPCI系統采用歐洲卡結構，具有較好的散熱性能和抗振動沖擊能力。CPCI板卡上的ESD(Electro．Static Discharge)靜電導出條可以滿足電磁兼容性要求。同時CPCI總線標準定義的冗余設計、故障切換和故障管理等內容，非常符合IEC61850標準中系統的可擴展性、高可靠性要求，和IEC61850的模塊化概念吻合。

2)CPCI系統以針孔連接器代替金手指，CPCI卡通過連接器固定在背板上，頂端和底部均有導軌支持，即使在劇烈的沖擊和震動場合，也能保證持久連接而不會接觸不良。安裝、更換CPCI板卡非常簡單。此外，CPCI系統引腳長短針交錯以支持熱插拔功能。

3)CPCI系統具有足夠的帶寬，如PICMG 2．x版本在64位／66 M總線接口下能提供每秒高達512 MB的帶寬，而PICMG 3．0版本總線速度可達每秒2 Tb以上。