CN109933428B - 基于多核cpu的集中式整站保护配置装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，其特征在于：采用保护服务器装置来实现整站的保护功能，在所述保护服务器装置中建立保护测控模块功能库，所述保护测控模块功能库包括各自独立设置的变压器保护模块、母联分段保护模块、后备保护模块、备自投模块以及测控模块，各模块采用共享内存的方式进行交互，且各模块均为国网标准化保护功能。本发明的有益效果为：本发明的整站保护配置装置将现有技术中多个保护装置集中在一个装置里面，大幅减少了站内装置个数，减少了保护屏柜的个数，从而从根本上解决了节约土地的需求，同时也达到了节约成本的要求，真正起到降本增效的效果。

Description

基于多核CPU的集中式整站保护配置装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于多核CPU的集中式整站保护配置装置及方法，属于变电站保护装置技术领域。

背景技术

目前国网对于110kv变电站，一直力推节约成本，节约用地的方案，包括之前提出基于前接线保护的预制舱方案，也都是从节约用地等做考量。但是不管如何变化，保护装置的个数均没有减少，保护屏柜的个数也无法减少，从而无法从根本上解决节约土地的要求。

如图1所示，现有典型站内保护配置方案，以一个典型的单母分段110kv智能变电站为例，按照双套保护配置需求，站内一般配置为4台变压器保护装置，2台母联/分段保护装置,2台备自投装置，若干台测控装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供基于多核CPU的集中式整站保护配置装置及方法，将现有技术中多个保护装置集中在一个装置里面，大幅减少了站内装置个数，减少了保护屏柜的个数，从而从根本上解决了节约土地的需求。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，采用保护服务器装置来实现整站的保护功能，在所述保护服务器装置中建立保护测控模块功能库，所述保护测控模块功能库包括各自独立设置的变压器保护模块、母联分段保护模块、后备保护模块、备自投模块以及测控模块，各模块采用共享内存的方式进行交互，且各模块均为国网标准化保护功能；并且还可以根据需求增设其他保护模块。所述变压器保护模块主要用于变电站内变压器的保护，在变压器发生区内故障，或者在空投于故障时切断变压器各侧的刀闸，启动快速切断故障的作用，避免故障的扩大化和变压器的损毁；所述母联分段保护模块主要用于变电站内母线的联接刀闸的保护，在一条母线空冲另一条母线时，起到保护作用；所述后备保护模块主要用于变电站内各种设备除主保护之外的附加保护，在保护动作时间上慢于主保护；所述备自投模块主要用于变电站内开关偷跳，或者失压导致区域断电时，通过投入备用电源，恢复区域内供电；所述测控模块主要用于将变电站内各个设备的电流 、电压、温度、湿度采集上送主站，供运行维护人员检查分析，同时提供给运行维护人员对各种刀闸的投切遥控操作。

上述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，在一台所述保护服务器装置里，能够根据实际需要灵活分别配置其内各模块的个数。

上述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，对于双套保护的变电站，设置两台所述保护服务器装置。

上述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，所述CPU至少为双核及以上，CPU主频按照系统配置需求而定，典型配置为4核1.5GHz的CPU。

基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，使用上述整站保护配置装置，具体调用保护测控模块功能库的方法如下：

首先，对公共模块进行初始化，主要用来初始化底层驱动，所述公共模块的初始化包括按键、开入、串口、共享内存的分配、所有硬件的检查、公共资源的初始化；

然后，根据现场实际情况，按需调用需要用到的模块的初始化函数，初始化需要用到的模块的内部变量，且把需要用到的模块的中断任务函数注册到中断函数列表中；需要说明的是：所有模块都是按需分配的，如果有用到就对其进行初始化调用，至于需要调用到的模块，它们的初始化函数的调用的先后顺序不会影响本发明的实现，谁先谁后，没有限制；

最后，等待所有模块初始化结束后，使能中断任务，整个装置进入正常运行状态，起到对整站的保护和监视功能。

上述的基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，各模块的调用方法一致，具体如下：

当所述变压器保护模块初始化时，调用变压器保护模块的初始化函数，完成变压器保护所需的定值和变量的初始化，同时将变压器保护模块中断任务函数注册到中断函数列表中；当所述变压器保护模块中断任务时，调用被注册到中断函数列表中变压器保护模块的中断任务函数，实时读取变压器保护所需的电气量和开关量，完成内部保护的逻辑判断，为变电站内的变压器提供保护；

当所述母联分段保护模块初始化时，调用母联分段保护模块的初始化函数，完成母联分段保护所需的定值和变量的初始化，同时将母联分段保护模块中断任务函数注册到中断函数列表中；当所述母联分段保护模块中断任务时，调用被注册到中断函数列表中母联分段保护模块的中断任务函数，实时读取母联分段保护所需的电气量和开关量，完成内部保护的逻辑判断，为变电站内的母联分段提供保护；

当所述备自投模块初始化时，调用备自投模块的初始化函数，完成备自投所需的定值和变量的初始化，同时将备自投模块中断任务函数注册到中断函数列表中；当所述备自投模块中断任务时，调用被注册到中断函数列表中备自投模块的中断任务函数，实时读取备自投所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站内的电源的自动投切提供保护；

当所述后备保护模块初始化时，调用后备保护模块的初始化函数，完成后备保护所需的定值和变量的初始化，同时将后备保护模块中断任务函数注册到中断函数列表中；当所述后备保护模块中断任务时，调用被注册到中断函数列表中后备保护模块的中断任务函数，实时读取后备保护所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站的提供后备保护；

当所述测控模块初始化时，调用测控模块的初始化函数，完成测控所需的定值和变量的初始化，同时将测控模块中断任务函数注册到中断函数列表中；当所述测控模块中断任务时，调用被注册到中断函数列表中测控模块的中断任务函数，实时读取测控所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站内的监控和刀闸操作提供服务。

上述的基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，当现场有两台变压器时，变压器的保护模块重复调用两次即可。

本发明所达到的有益效果：

（1）本发明专利从实际需求出发，通过高性能低功耗的多核CPU的应用，把原先需要的多个保护装置集中在一个装置里面，大幅减少了站内装置个数，切实减少保护屏柜的个数，从而从根本上解决了节约土地的需求，同时也达到了节约成本的要求，真正起到降本增效的效果；

（2）与现有站内保护配置方案相比，基于多核CPU集中式整站保护配置方案，只需要两台保护服务器即可满足整站保护的保护需求，两台保护服务器只需要一面保护(测控)屏柜，与传统至少需要5、6面保护(测控)屏柜相比，大幅度节约了土地需求，实现了保护控制室的小型化和集约化。

附图说明

图1为现有技术中典型站内保护配置装置的结构示意图；

图2为本发明的整站保护配置装置的结构示意图；

图3为本发明的保护服务器的功能框架图；

图4为本发明中共享内存的数据交互示意图；

图5为本发明共享内存区划分示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，是将现有技术中需要多个保护装置完成的功能，集中到一个设备中的装置，本发明不会对用户习惯造成影响，但是配置装置的个数减少了，装置屏柜减少了，有利于变电站的小型化，节省用地和投资；为了达到集中式整站保护配置的目的，又由于集中式装置保护模块较多，内部数据交换成倍增加，装置内部程序无法再像单保护装置一样采用高速总线来传输数据，高速总线数据采用外挂长导体传输数据，理论上容易造成数据的干扰和丢包现象，且有数据带宽限制，对装置硬件抗干扰能力设计和操作系统要求较高，对于集中式保护装置这种有大量数据交换需求的装置，是无法想象的，所以集中式保护装置内部的数据交互取消了高速总线这种方式，利用多核CPU的高性能，将各个功能模块集中在一块CPU内，各个数据模块采用共享内存的方式进行交互。

如图3所示，变电站内各个保护元件的保护需求原则上是固定的，但是整个变电站需要保护的对象可能根据现场实际情况有所不同，如变压器保护装置，可能现场只有1台或者两台，数量根据实际情况可能不一样，但是每台变压器的保护功能都是按照国家电网的规范而定的，基本都是标准化配置，对于单个变压器的保护，我们建立一个变压器保护模块，对于母联等也是同样道理，建立保护测控模块功能库，可以根据现场实际情况灵活配置保护模块，生产厂家在装置出厂前已经获知整个变电站的需求，在装置生产时根据需求从保护测控模块功能库种调用所需模块，以满足整站的保护需求，做到类APP开发，或者通过图形化保护功能配置，厂家所有装置出厂前均不需要配置，用户根据自己需求，利用软件，做到现场图形化配置保护功能，消除装置出厂的个性化，做到标准化生产，既解决了厂家差异化生产的麻烦，也解放了现场用户对于保护配置受现场既定装置功能的束缚。保护测控模块功能库并非现有技术中本身存在的一个功能库，只是为了满足本发明集中式整站保护装置而衍生的一个功能库，是专为本发明灵活配置整站而产生的一个功能库。该库中的各个模块均为国网标准化保护功能，也可根据客户需要个性化的定制保护功能模块，目前该库均为保护测控功能模块，未来也可以根据需求扩展到其他类似应用领域。

我们以整站只有1台主变和1个测控功能需求为例，来说明如何调用保护测控模块功能库：

在集中式保护配置装置中，首先需要公共部分程序的初始化，主要用来初始化底层驱动，包括按键，开入，串口，共享内存的分配，各种硬件的检查等公共资源的初始化；

然后 调用变压器保护模块的初始化函数，主要用来读取变压器保护定值，初始化变压器保护模块的内部变量，且把变压器保护模块的中断任务函数注册到中断函数列表中；

随后，调用测控模块的初始化函数，主要也是用来读取定值，初始化测控模块的内部变量，把测控模块的中断任务函数也注册到中断函数列表中；

等待所有模块初始化结束后，使能中断任务，整个装置进入正常运行状态，起到对整站的保护和监视功能。

从调用的过程来看，各个保护模块均是一样的结构，调用的方法也一致，如果现场有两台变压器，变压器保护模块重复调用两次即可。各个模块只是作为一个lib库存在保护测控模块功能库中，实际是否需要根据需求调用。

采用多核高性能的CPU,基于多核CPU的集中式整站保护配置方案的实现依赖于保护服务器装置的实现，保护服务器依赖于强大的CPU，目前站内使用的保护单装置基本都是使用单核DSP来实现保护功能，且DSP的空余资源无法承载更多的保护功能需求，如果采用多核 (比如说4核及以上)且更高主频的CPU则能够轻松解决多个保护装置集中于一个CPU的要求,满足减少保护装置个数的需求。

采用高性能的保护服务器能够做到一台服务器完成整站的保护单套保护功能配置，对于采用双套保护的变电站，只需要两台服务器即可满足整站实际配置需求 ，集成在一个屏柜内极大减少屏柜个数，对于保护服务器采用图3所示的方式实现整站的保护配置的自由裁减。

保护服务器装置可根据站内实际需求增添和裁减保护配置，研发人员只需要编好一个个保护模块库供保护服务器调用，真正做到类APP操作。

本发明中各模块采用共享内存的方式进行交互的具体方法为：

如图4所示，在管理模块和各模块之间建立共享内存区；如图5所示，将共享内存区划分成定值区、SOE事件区、录波数据区和命令通道区，管理模块和各模块通过共享内存区进行交互。

进行定值区交互时，控制管理模块读取数据库（管理模块的数据库，指的是共享内存划分的数据映射，也就是共享内存区划分的依据），将数据库数据存储到共享内存定值区，同时通过命令通道区通知对应的模块从共享内存定值区读定值；

进行SOE事件交互时，当各模块检查到有soe变化，将soe信息存储到共享内存区，同时记录soe信息的序号，控制管理模块定时读取soe事件区数据 ；

进行录波事件交互时，当各模块触发保护动作，将保护动作产生的录波数据存储到录波数据区，管理模块定时查询是否有录波数据，并将滤波数据转存到flash生成录波文件。

命令通道区用于将管理模块中需要命令交互的数据传递给各模块，各模块读取命令交互的数据，执行相应的操作。

共享内存区属于RAM片内分区。

各模块与管理模块交互系统，包括共享内存区划分单元、定值区交互单元、SOE事件交互单元和录波数据单元；

共享内存区划分单元在管理模块和各模块之间建立共享内存区，将共享内存区划分成定值区、SOE事件区、录波数据区和命令通道区，管理模块和各模块通过共享内存区进行交互；

定值区交互单元控制管理模块读取数据库（管理模块的数据库，指的是共享内存划分的 数据映射，也就是共享内存区划分的依据），将数据库数据存储到共享内存定值区，同时通过命令通道区通知对应的模块从共享内存定值区读定值；

当各模块检查到有soe变化，SOE事件交互单元将soe信息存储到共享内存区，同时记录soe信息的序号，控制管理模块定时读取soe事件区数据 ；

当各模块触发保护动作，录波数据单元将保护动作产生的录波数据存储到录波数据区，管理模块定时查询是否有录波数据，并将滤波数据转存到flash生成录波文件。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，其特征在于：采用保护服务器装置来实现整站的保护功能，在所述保护服务器装置中建立保护测控模块功能库，所述保护测控模块功能库包括各自独立设置的变压器保护模块、母联分段保护模块、后备保护模块、备自投模块以及测控模块，各模块采用共享内存的方式进行交互，且各模块均为国网标准化保护功能；所述变压器保护模块用于变电站内变压器的保护，在变压器发生区内故障，或者在空投于故障时切断变压器各侧的刀闸，启动快速切断故障的作用，避免故障的扩大化和变压器的损毁；所述母联分段保护模块用于变电站内母线的联接刀闸的保护，在一条母线空冲另一条母线时，起到保护作用；所述后备保护模块用于变电站内各种设备除主保护之外的附加保护，在保护动作时间上慢于主保护；所述备自投模块用于变电站内开关偷跳，或者失压导致区域断电时，通过投入备用电源，恢复区域内供电；所述测控模块用于将变电站内各个设备的电流 、电压、温度、湿度采集上送主站，供运行维护人员检查分析，同时提供给运行维护人员对各种刀闸的投切遥控操作；在管理模块和各模块之间建立共享内存区，所述共享内存区划分成定值区、SOE事件区、录波数据区和命令通道区，管理模块和各模块通过共享内存区进行交互；共享内存区属于RAM片内分区。

2.根据权利要求1所述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，其特征在于：在一台所述保护服务器装置里，能够根据实际需要灵活分别配置其内各模块的个数。

3.根据权利要求1所述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，其特征在于：对于双套保护的变电站，设置两台所述保护服务器装置。

4.根据权利要求1所述的基于多核CPU的集中式整站保护配置装置，其特征在于：所述CPU至少为双核及以上，典型配置为4核1.5GHz的CPU。

5.基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，其特征在于：使用权利要求1-4中任意一项的整站保护配置装置，具体调用保护测控模块功能库的方法如下：

首先，对公共模块进行初始化，所述公共模块的初始化包括按键、开入、串口、共享内存的分配、所有硬件的检查、公共资源的初始化；

然后，根据现场实际情况，按需调用需要用到的模块的初始化函数，初始化需要用到的模块的内部变量，且把需要用到的模块的中断任务函数注册到中断函数列表中；

最后，等待所有模块初始化结束后，使能中断任务，整个装置进入正常运行状态，起到对整站的保护和监视功能。

6.根据权利要求5所述的基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，其特征在于：各模块的调用方法一致，具体如下：

当所述变压器保护模块初始化时，调用变压器保护模块的初始化函数，完成变压器保护所需的定值和变量的初始化，同时将变压器保护模块中断任务函数注册到所述中断函数列表中；当所述变压器保护模块中断任务时，调用被注册到所述中断函数列表中变压器保护模块的中断任务函数，实时读取变压器保护所需的电气量和开关量，完成内部保护的逻辑判断，为变电站内的变压器提供保护；

当所述母联分段保护模块初始化时，调用母联分段保护模块的初始化函数，完成母联分段保护所需的定值和变量的初始化，同时将母联分段保护模块中断任务函数注册到所述中断函数列表中；当所述母联分段保护模块中断任务时，调用被注册到所述中断函数列表中母联分段保护模块的中断任务函数，实时读取母联分段保护所需的电气量和开关量，完成内部保护的逻辑判断，为变电站内的母联分段提供保护；

当所述备自投模块初始化时，调用备自投模块的初始化函数，完成备自投所需的定值和变量的初始化，同时将备自投模块中断任务函数注册到所述中断函数列表中；当所述备自投模块中断任务时，调用被注册到所述中断函数列表中备自投模块的中断任务函数，实时读取备自投所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站内的电源的自动投切提供保护；

当所述后备保护模块初始化时，调用后备保护模块的初始化函数，完成后备保护所需的定值和变量的初始化，同时将后备保护模块中断任务函数注册到所述中断函数列表中；当所述后备保护模块中断任务时，调用被注册到所述中断函数列表中后备保护模块的中断任务函数，实时读取后备保护所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站的提供后备保护；

当所述测控模块初始化时，调用测控模块的初始化函数，完成测控所需的定值和变量的初始化，同时将测控模块中断任务函数注册到所述中断函数列表中；当所述测控模块中断任务时，调用被注册到所述中断函数列表中测控模块的中断任务函数，实时读取测控所需的电气量和开关量，完成内部的逻辑判断，为变电站内的监控和刀闸操作提供服务。

7.根据权利要求5所述的基于多核CPU的集中式整站保护配置方法，其特征在于：当现场有两台变压器时，变压器的保护模块重复调用两次即可。