CN103500979A - 一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制器 - Google Patents

一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制方法，使外部电力保护设备发送的数据包经PXI-e总线后，通过由总线控制器汇总后的4组具有250MB带宽的PCI-e x1总线进入到中央处理器中。中央处理器通过硬实时操作系统RTOS调用存储器中安装的IEC 61850电力通讯协议栈、IEEE 1588对时通讯协议栈解开所获取的数据包，随后由中央处理器对数据进行分析运算，通过总线控制器，经PXI-e总线发送到被控设备。所述IEC61850电力通讯协议栈和IEEE 1588对时通讯协议栈，通过以太网接口实现与外部电力保护设备的时间校时，从而实现时钟同步要求。本发明的优点为：可实现与信号采集和控制板卡的纳秒级同步；实现电力保护系统的时钟精准同步。

Description

一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制器
技术领域
本发明属于电力保护领域，具体来说，是一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制器。
背景技术
在继电保护领域，通过继电保护装置，在电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。为了实现电力系统保护功能，继电保护装置必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求，特别是对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本
要求。继电保护装置中的核心控制器，在装置中占有最重要的地位；当前继电保护器，大多采用嵌入式技术，以单片机等单片系统作为中央处理器，处理器计算能力弱，难以快速处理紧急事件和复杂通讯报文；内部一般不安装操作系统，难以对复杂多任务进行调度处理，更不具有硬实时响应能力；由于中央处理器性能较低，难以进行多口高速以太网通讯。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有高通讯带宽、高信息处理能力、硬实时响应能力的继电保护装置控制方法，配备电力专用的IEC61850通讯协议栈，和可实现装置间同步的IEEE1588通讯协议栈，具有强大的继电保护能力。
本发明继电保护控制方法，将总线控制器通过4组具有250MB带宽的PCI-e x1总线进行汇总后，与PXI-e总线相连；PXI-e总线用来与外部电力保护设备相连，且总线控制器通过具有1GB带宽的PCI-e x4总线与中央处理器相连，由此使外部电力保护设备发送的数据包经PXI-e总线后，通过总线控制器进入到中央处理器中。
将中央处理器与硬实时操作系统RTOS相连，硬实时操作系统RTOS与存储器相连；使中央处理器通过硬实时操作系统RTOS调用存储器中安装的IEC61850电力通讯协议栈、IEEE1588对时通讯协议栈解开所获取的数据包，随后由中央处理器对数据进行分析运算，通过总线控制器，经PXI-e总线发送到被控设备。
将中央处理器通过由总线控制器汇总的4组具有250MB带宽的PCI-e x1总线实现与PXI-e总线的数据交换，使外部电力保护设备发送的数据包经PXI-e总线后，通过总线控制器进入到中央处理器中。
所述IEC61850电力通讯协议栈和IEEE 1588对时通讯协议栈，通过以太网接口实现与外部电力保护设备的时间校时，从而实现时钟同步要求。
本发明的优点在于：
1、本发明继电保护控制方法通讯带宽可达到1GB/s，能够迅速地实现测试数据的收集和控制信号的输出；同时能够支持定时和触发型号，可实现与信号采集和控制板卡的纳秒级同步；
2、本发明继电保护控制方法具有极高的信息处理速度，和三种装置级对时功能：GPS秒脉冲对时、IRIG-B对时、IEEE 1588对时，实现了装置与标准时钟，以及与其他装置的毫秒级对时，实现电力保护系统的时钟精准同步；
3、本发明继电保护控制方法具有毫秒级硬实时任务调度和响应能力，且满足了当前最先进的电力智能设备通讯需求和装置间时钟同步的要求。
附图说明
图1为本发明继电保护控制方法数据通讯框图。
具体实施方式
本发明继电保护控制方法，由设计在同一块电路板上的FPGA芯片、中央处理器、存储器、硬实时操作系统RTOS、PXI-e总线以及总线控制器实现。
其中，将总线控制器通过4组具有250MB带宽的PCI-e x1总线进行汇总后，与PXI-e总线相连，实现具有1GB带宽的PXI-e x4总线。PXI-e总线与外部电力保护设备相连，且总线控制器通过具有1GB带宽的PCI-e x4总线与中央处理器相连，通过总线控制器实现中央处理器与PXI-e总线的数据交换。由此外部电力保护设备发送的数据包经PXI-e总线后，通过总线控制器进入到中央处理器中。PXI-e总线能够迅速地实现测试数据的收集和控制信号的输出；同时能够支持定时和触发型号，如：PXI差分触发信号(PXI-e_DSTAR)、PXI差分同步信号(PXI-e_SYNC100)、PXI差分100MHz参考时钟(PXI-e_CLK100)、PXI10MHz参考时钟(PXI_CLK10)、PXI触发总线(PXI_TRIG)、PXI星型触发(PXI_STAR)，能够通过传送定时和触发信号，实现信号采集和控制板卡的纳秒级同步。
将中央处理器与硬实时操作系统RTOS相连，硬实时操作系统RTOS与存储器相连；使中央处理器通过硬实时操作系统RTOS调用存储器中安装的IEC61850电力通讯协议栈、IEEE1588对时通讯协议栈解开所获取的数据包，随后由中央处理器对数据进行分析运算，通过总线控制器，经PXI-e总线发送到被控设备；所述中央处理器采用PowerPC，具有极高的信息处理速度，和三种对时功能：GPS秒脉冲对时、IRIG-B对时、IEEE1588对时，实现了继电保护装置与标准时钟，以及继电保护装置与外部设备的毫秒级对时，且实现电力保护系统的时钟精准同步。硬实时操作系统RTOS可实现继电保护装置的毫秒级硬实时任务调度和响应能力。所述IEC61850电力通讯协议栈和IEEE1588对时通讯协议栈，可通过以太网接口实现本发明继电保护控制器与外部电力保护设备的时间校时，从而实现各设备间的时钟同步要求。
将中央处理器与FPGA相连，且FPGA还通过PCI-e x1通讯线与总线控制器相连，并通过一组同步信号线与PXI-e总线相连；通过FPGA芯片实现定时触发信号，同时通过PXI-e总线发送同步信号，使各设备间同步执行控制指令。

Claims (5)

1.一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制方法，其特征在于：
将总线控制器通过4组具有250MB带宽的PCI-e x1总线进行汇总后，与PXI-e总线相连；PXI-e总线用来与外部电力保护设备相连，且总线控制器通过具有1GB带宽的PCI-e x4总线与中央处理器相连，由此使外部电力保护设备发送的数据包经PXI-e总线后，通过总线控制器进入到中央处理器中；
将中央处理器与硬实时操作系统RTOS相连，硬实时操作系统RTOS与存储器相连；使中央处理器通过硬实时操作系统RTOS调用存储器中安装的IEC 61850电力通讯协议栈、IEEE 1588对时通讯协议栈解开所获取的数据包，随后由中央处理器对数据进行分析运算，通过总线控制器，经PXI-e总线发送到被控设备；
所述IEC61850电力通讯协议栈和IEEE 1588对时通讯协议栈，通过以太网接口实现与外部电力保护设备的时间校时，从而实现时钟同步要求。
2.中央处理器与FPGA相连，且FPGA还通过PCI-e x1通讯线与总线控制器相连，并通过一组同步信号线与PXI-e总线相连；通过FPGA芯片实现定时触发信号，同时通过PXI-e总线发送同步信号，使各设备间同步执行控制指令。
3.如权利要求1所述一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制方法，其特征在于：所述PXI-e总线支持PXI差分触发信号、PXI差分同步信号、PXI差分100MHz参考时钟、PXI10MHz参考时钟、PXI触发总线、PXI星型触发，通过传送定时和触发信号，实现信号采集和控制板卡的纳秒级同步。
4.如权利要求1所述一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制方法，其特征在于：所述中央处理器具有GPS秒脉冲对时、IRIG-B对时、IEEE 1588对时。
5.如权利要求1所述一种基于PXI-e的配置智能电网通讯规约的继电保护控制方法，其特征在于：所述硬实时操作系统RTOS实现继电保护装置的毫秒级硬实时任务调度和响应能力。
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