CN101707629A - 电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种涉及到电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通信方法，属电力系统自动化领域。发送数据时，CPU首先判断交换数据优先级并写入FPGA对应优先级发送缓冲区，FPGA中发送模块对数据帧进行优先级排序、帧地址信息扩展，然后进行CRC校验和8b10b编码发送。接收数据时，FPGA中接收模块对接收数据8b10b解码和CRC校验，校验通过后根据帧头地址信息将接收数据保存到和发送相同的地址处，实现对侧数据镜像。本方明方法可以满足安全稳定控制装置模件之间、装置之间高速可靠、大容量通信要求。

Description

电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通信方法

技术领域：

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通讯方法。

背景技术：

电网安全稳定控制装置的主要任务是根据电网当前运行状态采取相应的措施确保电网在事故状态下的安全性与稳定性。随着大区互联电网的建立，安全稳定控制装置已经由以前的集中式构架发展成为分层分布式构架，装置内部由不同的模件分别完成不同的功能；区域电网的安全稳定控制装置分布在不同的厂站分别进行信息采集、分析和控制，装置之间并通过通信接口设备联系在一起，相互交换运行信息，传送控制命令，在系统发生故障时，根据判断出的故障类型，从存放在决策装置内的控制策略表中查找控制措施，通过执行装置实施切机、快关、切负荷、解列等稳定控制措施。

安全稳定控制装置需要实时采集电网的运行数据，并根据策略表及时准确的作出措施，因而装置内部的模件之间和不同装置之间都要实时交换大量信息。由于电网安全稳定控制系统各站之间通信性能以及各装置模件间通信性能直接关系到该系统的正确动作，因此，安全稳定控制装置必须解决高实时、高可靠性和大数据量的信息交互问题，才能保证装置的可靠运行。

目前，在安全稳定控制装置模件之间通信方式主要是两种方式，一是基于双口RAM方式通信，这种方式缺点是硬件复杂、抗干扰性差。第二种方法是基于传统的现场总线方式，如422、485、CAN(Controller Area Network)总线方式等，但这些方法发送和接收都需要CPU干预，并且速度较低，无法满足大容量数据实时通信的要求。在装置之间通信主要通过普通的串行通信转换成符合ITU G.703标准的信号，经过SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列)光传输设备接入电力通信网，通信速率不高，效率低，可靠性差。

发明内容：

本发明的发明目的是：

1、在现代电子技术和通讯技术的基础上，解决电网安全稳定控制系统信息量大，信息交换速度高的困难，提供一种满足电网安全稳定控制装置高速，高可靠性通信方法；

2、根据电网安全稳定控制装置对信息实时性的需要，提供一种对通讯信息自动识别、自动排队、自动校验等的方法；

3、设计一种通讯信息对端镜像的方法，将对侧的传送信息映射到本侧，方便通讯信息的提取和访问。

为了实现上述目的，本发明是采用以下的技术方案来实现的：

FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)具备可编程和能够进行高速并行运算的特性。本发明正是利用这两点设计一种具备SRAM(Static Random Access Memory)接口方式的，集成一定传输层、链路层以及其它自动处理功能的信息自组织的镜像同步通讯方法。具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括以下步骤：

(1)CPU对电网安全稳定控制装置发送数据进行优先级分类；

(2)CPU向FPGA相应优先级发送区起始地址AddStart写入通信数据帧，启动发送；

(3)FPGA中通信模块对发送数据帧进行优先级自动识别、自动排队；

(4)FPGA中通信模块对发送数据帧进行地址映射处理；

(5)FPGA中通信模块对发送数据帧进行CRC校验、8b10b编码发送；

(6)通信接收端对接收数据帧进行8b10b解码、CRC校验，并存储到接收临时缓冲区；

(7)FPGA中通信模块对接收临时缓冲区数据进行解析，将数据的格式和顺序组合成发送数据的格式，并存储在接收区相同起始地址AddStart处，实现通信数据对侧镜像；

(8)重复步骤(1)-(7)，即可实现信息自组织的镜像同步双工通讯。

本发明与现有技术相比具有的优点：

(1)本发明能够实现通讯信息的优先权自动识别，自动排队，这样可以解决电网安全稳定控制装置特殊紧急信息实时性要求高的问题，传统的通讯方法是采用先进先出的顺序，不能区别对待不同优先级要求的通讯信息。

(2)本发明方法基于FPGA实现，通讯速率高达32Mbit/s，采用8b10b编码，效率高，可靠性高，解决电网大型安全稳定控制装置/系统通讯量大，距离远、实时性要求高的问题。

(3)本发明方法实现了对侧通讯信息的镜像映射，可以将远方、异地的通讯信息虚拟成本地的SRAM接口外设，大大提高了数据访问的速度和效率，目前还尚未见到其他类似通讯方法。

附图说明：

图1本发明方法步骤流程图。

图2应用于数字化变电站的安全稳定控制装置模件之间通信示意图。

图3基于FPGA实现的可配置智能通信模块信息自组织镜像通信示意图。

图4CPU软件操作FPGA通信模块(RSCM)流程图。

图5变电站内部分布式稳定控制装置通信示意图。

图6电网区域安全稳定控制系统外部通信方案示意图。

图7电网安全稳定控制装置变电站与变电站之间光纤通信示意图。

具体实施方式：

图1是本发明方法步骤流程图。在应用于数字化变电站的安全稳定控制装置研发中，将本发明方法应用在装置模件之间通信中，图2是安全稳定控制装置模件间通信示意图。安全稳定控制装置内部模件由人机界面单元模件，控制逻辑单元模件以及采样单元模件组成，各模件之间基于FPGA实现的可配置智能通信模块(Reconfigurable Smart Communication Module，RSCM)进行信息自组织镜像同步通信。现就采样单元板进行详细描述：FPGA型号选择Altera公司的EP3C10，在FPGA中集成1个RSCM模块并将物理层收发管脚配置为LVDS(Low-Voltage Differential Signaling，低压差分信号)电平方式，基于背板与其他模件进行高速通信，时钟为32Mbits/s，CPU选择飞思卡尔公司的MPC8323，CPU与FPGA之间通过数据总线、地址总线和读写控制总线连接。图3是基于FPGA实现的可配置智能通信模块信息自组织镜像通信示意图，通信双方都采用了RSCM模块。RSCM通信模块由发送部分和接收部分构成，包括发送数据区、接收缓冲区、传输层和链路层。其中发送数据区、接收数据区利用EP3C10自带的RAM资源配置成双口RAM方式实现，传输层中实现了低/高优先级控制，主要作用是为了保证安全稳定控制装置命令数据优先于电路运行信息发送，而相同优先级则按照先进先出顺序发送。传输层目的/源地址管理实现了通信数据镜像，即发送之前先分别设置好高优先级数据起始地址和低优先级数据起始地址，启动数据发送后，目的/源地址管理会对发送数据帧头扩展起始地址信息，对侧接收到数据帧后会对帧头地址信息进行解析，然后将数据帧保存到接收RAM区相同地址处，这样实现了通信双方类似于双口RAM通信。数据链路层中的(Cyclical Redundancy Check，CRC循环冗余码校验)校验和8b10b编解码保证了数据可靠通信。另外，RSCM模块提供了命令状态寄存器，供CPU操作模块以及读取模块通信状态，地址分布在前64字节。RSCM模块允许发送接收数据最大为960字节。

图4是本发明方法CPU软件操作RSCM模块流程图，软件进入通信任务后，先在RSCM模块高优先级发送寄存器0x2C单元设置起始地址值HAddrStart，低优先级发送寄存器0x24单元设置起始地址值LAddrStart。由于安全稳定控制装置每秒收发数据帧数通常为600，所以在本例中实现了1.666ms的定时。当定时时间到后，先判断安全稳定控制装置模件当前交换的数据类型，正常情况下主要交换信息有电力线路电气量，电网运行方式等，当发生线路故障时，需要实时交换命令数据等。所以，如果是命令数据则写入高优先级发送缓冲区，如果是运行信息则写入低优先级发送缓冲区，然后向启动寄存器0x36单元写入命令启动发送，RSCM模块会自动对发送数据帧进行优先级自动识别，然后在帧头加上源/目的地址信息，接着进行CRC校验和8b10b编码发送。同时在本定时任务中，检查当前有没有新的接收数据帧，CPU可以从接收状态寄存器0x16单元读出，然后判断数据类型，如果是命令数据，则从高优先级起始地址HAddrStart处读取数据保存，如果是运行信息，则从低优先级起始地址LAddrStart处读取数据保存，至此本次通信任务完成。

图5是变电站内部分布式稳定控制装置通信示意图。安徽某500kv变电站安全稳定控制装置应用中采用了小室布置方式，即安全稳定控制装置被分成一个决策单元和2个接口单元。2个接口单元就近布置在变电站小室内，负责采样接入小室的线路元件电气量并判断线路故障，然后通过光纤将运行信息和故障实时上送到决策单元，决策单元通过接收各路接口单元的运行信息并进行综合决策，保证电网的安全稳定运行。在本实施例里，FPGA型号选择EP3C10，只是FPGA内部RSCM模块物理层收发管脚设置为CMOS电平，外接光模块即可实现站内光纤通信，软件操作流程图和图4一样。上述方式带来以下优点：一、方便了变电站安全稳定控制装置接线；二、保证了接口单元机箱之间大容量、高速数据通信，严格保证了各条线路之间采样同步性。

图6是区域安全稳定控制系统装置外部通信方案示意图.针对区域安全稳定控制系统，需要多个地点多套安全稳定控制装置协调运行保证区域内电网的安全稳定运行.本实施例安全稳定控制装置中在EP3C10上集成RSCM通信模块，将FPGA物理层收发管脚配置成CMOS电平，然后外接光模块与光纤通信单元实现光纤通信，软件操作流程图和图4一样.光纤通信单元同样利用FPGA芯片EP3C10集成RSCM模块，外接编解码芯片将光信号转换成4路符合ITU G.7032Mbit/s的E1接口，然后接入变电站通信机房内SDH设备与远方变电站进行双向通信，区域安全稳定控制装置通信结构示意图如图7所示。基于本发明设计的该光纤通信方案是真正的远距离实时光纤数据通信，克服了以往基于异步串口转光纤通信方式速度慢的缺点。上述实施例都进行了工程应用，得到了实际验证。

Claims (1)

1.电网安全稳定控制装置信息自组织的镜像同步通信方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)CPU对电网安全稳定控制装置发送数据进行优先级分类；

(2)CPU向FPGA相应优先级发送区起始地址AddStart写入通信数据帧，启动发送；

(3)FPGA中通信模块对发送数据帧进行优先级自动识别、自动排队；

(4)FPGA中通信模块对发送数据帧进行地址映射处理；

(5)FPGA中通信模块对发送数据帧进行CRC校验、8b10b编码发送；

(6)通信接收端对接收数据帧进行8b10b解码、CRC校验，并存储到接收临时缓冲区；

(7)FPGA中通信模块对接收临时缓冲区数据进行解析，将数据的格式和顺序组合成发送数据的格式，并存储在接收区相同起始地址AddStart处，实现通信数据对侧镜像；

(8)重复步骤(1)-(7)，即可实现信息自组织的镜像同步双工通讯。

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