CN111277374B - 数字化装置双冗余sv采样的方法及智能变电站保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字化装置双冗余SV采样的方法以及一种智能变电站保护装置,所述方法包括:通过主FPGA模块将装置接收到的SV报文硬件拷贝为2份,其中一份通过相连的IO传递给从FPGA模块,经两个FPGA模块处理后分别发送给装置内一组2个的独立的SV模块,2个SV模块使用相同的程序逻辑和配置,对相同的SV报文各自解析处理后,将采样数据通过装置内部以太网发送给装置的CPU模块使用,第一CPU模块仅从第一SV模块接收采样数据,第二CPU模块仅从第二SV模块接收采样数据。本发明能够通过双SV模块冗余配置,解决在装置外部网络拓扑图不变、装置配置不变的前提下,在装置内部实现SV模块双冗余备份的问题,防止了保护误动,进一步提高智能变电站的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及智能电站通讯技术领域,特别是涉及一种数字化装置双冗余SV采样的方法以及一种智能变电站保护装置。
背景技术
SV(sample value)是智能电网中,智能变电站过程层传输的数字化采样数据简称。基于以太网IEEE802.3的SV以太网数据,SV报文中所传输的采样数据,在智能变电站内各类自动化保护中,对一次设备的保护逻辑计算、站内设备的信息采集和信息传输等功能模块提供基础数据。因此,SV模块的高可靠性是智能变电站稳定运行的基础保证之一。
在智能变电站的可靠性设计方面,多使用双冗余的设计方式,包括:在对一次设备进行模拟量采样时使用双AD冗余采样、对各类二次设备的核心模块使用双CPU处理等。但对于过程层传输的数字化采样数据的处理方面,如果直接重复使用双SV模块的设计方式,就需要同步对站内过程层通信网络进行双倍的建设,通过接入两份SV采样的方式实现SV模块的冗余设计,这对于预算不充足、或对现有变电站进行智能化改造等情况下,会对智能变电站的设计工作带来较大的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种数字化装置双冗余SV采样的方法以及一种智能变电站保护装置,解决在不需增设或修改站内过程层通讯网络的情况下,实现SV双冗余采样的问题。
本发明的第一方面提供了一种数字化装置双冗余SV采样的方法,所有CPU模块和所有SV模块都通过装置内部以太网连接,所述方法包括以下步骤:
步骤S101,对于装置需订阅的SV报文,使用主FPGA模块接收SV报文,将SV报文硬件拷贝为2份,其中一份SV报文发送给从FPGA模块;
步骤S102,主FPGA模块将解析处理后的SV报文发送至第一SV模块,从FPGA模块将解析处理后的SV报文发送至第二SV模块,其中第一SV模块和第二SV模块是一组互为冗余且相互独立的SV模块;
步骤S103,第一SV模块将处理后得到的采样数据发送至第一CPU模块,第二SV模块将处理后得到的采样数据发送至第二CPU模块,第一CPU模块仅从第一SV模块接收采样数据,第二CPU模块仅从第二SV模块接收采样数据,其中第一CPU模块和第二CPU模块是2个相互独立的CPU模块,进行后续的数据分析和/或逻辑处理。
优选地,对于步骤S101,在主FPGA模块从PHY芯片接收到SV报文后,在MAC之前,直接将报文进行拷贝,并通过芯片IO直连从FPGA模块,由从FPGA模块将IO转接到MAC上,主FPGA模块和从FPGA模块后续使用相同的方式对SV报文进行处理。
进一步优选地,对于步骤S101,主FPGA模块和从FPGA模块对SV报文的处理包括以下的至少一种:校验、分发、过滤、防风暴。
优选地,对于步骤S102,互为冗余且相互独立的第一SV模块和第二SV模块各自连接主FPGA模块和从FPGA模块的其中一个,对于经主FPGA模块和从FPGA模块处理后的SV报文,通过总线接口传递给每个FPGA模块对应的SV模块。
优选地,对于步骤S102,对于每个订阅的SV数据集,均使用2个一组的相互独立的SV模块接收处理,2个SV模块使用相同的逻辑、相同的配置、订阅相同的SV数据集,将接收到的SV报文进行解析处理,生成采样数据;对于步骤S103,装置的所有SV模块全部连接装置内部以太网,将每个SV模块处理后的采样数据通过内部以太网发送给对应的CPU模块。
优选地,对于步骤S103,所述装置共有2个相互独立的CPU模块,使用相同的逻辑、相同的配置;两个CPU模块都连接装置的内部以太网,从中接收装置中对应SV模块发送的采样数据。
优选地,对于步骤S103,第一CPU模块只使用每组SV模块中第一SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第一AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第二AD的数据只用于双AD校验;第二CPU模块只使用每组SV模块中第二SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第二AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第一AD的数据只用于双AD校验。
优选地,对于步骤S101,1个装置内可配置一组或多组SV模块,每一组SV模块可订阅多个SV数据集,每组中包含2个互为冗余且相互独立的SV模块,并对应配置一主一从2个FPGA模块。
优选地,所述装置包括:需要数字化采样的各类保护装置。
本发明的第二方面提供了一种具有双冗余SV采样设计的智能变电站保护装置,所述智能变电站保护装置包括:主FPGA模块,从FPGA模块,SV模块组,内部以太网,CPU模块组;主FPGA模块用于接收外部SV报文;从FPGA模块与主FPGA模块相连接,用于接收主FPGA模块硬件拷贝的SV报文;SV模块组包括第一SV模块和第二SV模块,第一SV模块与主FPGA相连接,第二SV模块与从FPGA相连接,第一和第二SV模块均与装置内部以太网相连接;CPU模块组包括第一CPU模块和第二CPU模块,第一和第二CPU模块均与装置内部以太网相连接,第一CPU模块只使用每组SV模块中第一SV模块的采样数据,第二CPU模块只使用每组SV模块中第二SV模块的采样数据。
本发明的有益效果在于,能够通过双SV模块冗余配置,解决在装置外部网络拓扑图不变、装置配置不变的前提下,在装置内部实现SV模块双冗余备份的问题,防止了保护误动,进一步提高智能变电站的可靠性。
附图说明
图1为数字化装置双冗余SV采样的方法示意性流程图;
图2为一最简系统的数字化装置双冗余SV采样的系统图;
图3为主从FPGA模块硬件拷贝以太网报文的实现方法示意图;
图4为配置多组SV模块以及对应的FPGA模块的数字化装置双冗余SV采样的系统图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果,下面结合附图及较佳实施例,对本发明实施例的技术方案,进行清楚和完整的描述。
图1为数字化装置双冗余SV采样的方法示意性流程图,如图1所述,所述数字化装置双冗余SV采样的方法的步骤包括:
S101,主从FPGA模块硬件拷贝SV报文。
在本步骤中,装置内每组SV模块,均需配套配置一主一从两个FPGA模块,用于将接收到的SV报文硬件拷贝为2份,两份报文完全一致,传递给这一组中的两个独立SV模块。
S102,一组两个SV模块独立解析处理报文。
在本步骤中,两个SV模块分别使用主从两个FPGA模块传递的SV报文,进行SV帧格式的解析、校验、以及采样数据的计算等工作,生成保护装置的CPU模块所需的采样数据,通过装置内部以太网传递给CPU模块。
每个SV模块所需用的SV报文为FPGA硬件复制而成,因此报文完全一致,每个SV模块的程序逻辑一致、配置信息一致。可知,两个SV模块在正常情况下,通过解析和处理后得出的采样数据也一致。
S103,两个CPU模块分别使用每组SV模块中对应的那个SV模块的数据进行逻辑处理和判定。
在本步骤中,2个CPU模块相互独立,使用相同的逻辑、相同的配置,都连接装置的内部以太网。其中第一CPU模块只接收每组SV模块中第一SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第一AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第二AD的数据只用于双AD校验;第二CPU模块只接收每组SV模块中第二SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第二AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第一AD的数据只用于双AD校验。
可选的,参见图4,还可通过合理的配置多组SV模块以及对应的FPGA模块,来实现更多的SV数据集的接入能力,且每组SV模块可在合理的范围内,同时订阅多个SV数据集,在一台装置中实现多个SV数据解析处理流程的双SV冗余的结果,可以理解,基于相同的方法,均可属于本发明的保护范围。
根据上述对本发明数字化装置双冗余SV采样的方法,结合一具体实施例,对本发明数字化装置双冗余SV采样的方法进行更清楚的描述。
图2为一最简系统的数字化装置双冗余SV采样的系统图,如图2所示,在一个基本单元内数字化装置双冗余SV采样的方法的具体步骤如下:
S201,为装置所订阅的一个SV数据集的SV报文,其中订阅的采样通道包含在源端使用2个AD进行双AD冗余采样的数据。
S202,主FPGA模块,在主FPGA模块从PHY芯片接收到S201所述的SV报文后,在MAC(Media Access Control,介质访问控制)之前,直接将报文进行拷贝,将其中一份报文在主FPGA模块内进行校验、分发、过滤、防风暴等步骤的处理,发送给第一SV模块,另一份报文通过IO口发送给从FPGA模块。
在所属技术领域中,众所周知,广播风暴(broadcast storm)简单的讲是指当广播数据充斥网络无法处理,并占用大量网络带宽,导致正常业务不能运行,甚至彻底瘫痪,广播风暴也叫网络广播风暴,本发明中的防风暴指的是采用所属技术领域中常见的防治措施,防止广播风暴发生。
S203,从FPGA模块,通过IO口接收主FPGA模块转接到从FPGA模块的到MAC上,后续使用相同的方式对报文进行校验、分发、过滤、防风暴等步骤的处理,发送给第二SV模块。
S204,第一SV模块接收到主FPGA发送的SV报文,根据此SV报文所对应的SV数据集配置进行报文解析和校验等工作,并对SV报文内的采样数据进行计算处理,生成装置内CPU模块所需使用的采样数据,包括SV报文中的双AD冗余采样的数据,以第一SV模块的身份,按内部规约格式将处理后的采样数据发送到装置内部以太网。
S205,第二SV模块接收到从FPGA发送的SV报文,根据与SV1完全相同的配置,按此SV报文所对应的SV数据集配置进行报文解析和校验等工作,并对SV报文内的采样数据进行计算处理,生成装置内CPU模块所需使用的采样数据,包括SV报文中的双AD冗余采样的数据,以第二SV模块的身份,按内部规约格式将处理后的采样数据发送到装置内部以太网。
S206,装置内部以太网模块,将第一SV模块和第二SV模块的数据,传递给第一CPU模块和第二CPU模块。
S207,第一CPU模块,第一CPU模块只使用每组SV模块中第一SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第一AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第二AD的数据只用于双AD校验。
S208,第二CPU模块,第二CPU模块只使用每组SV模块中第二SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第二AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第一AD的数据只用于双AD校验。
可以理解,本实施例的数字化装置双冗余SV采样的方法,能够接收处理多个SV数据集的多条SV报文,通过合理的配置多组SV模块以及对应的FPGA模块,可实现更多的SV数据集的接入能力。上述实施例仅给出装置所订阅的某一个SV数据集的一条SV报文的处理流程,若要连续处理,有一种方案是在S203和S204这两个SV模块中,每隔一段时间(如833μs)进行一次处理,将所有接收到的订阅SV报文均进行报文解析处理后,生成装置内CPU模块所需使用的采样数据并发送到装置内部以太网上。
图3为主从FPGA模块硬件拷贝以太网报文的实现方法示意图,如图3所示,一对主从FPGA模块硬件拷贝以太网报文的实现方法的具体步骤如下:
对装置网口接入的以太网报文,通过PHY(Physical,端口物理层)后,使用SSSMII接口(Source Sync Serial MII,源同步串行MII接口)接入到主FPGA模块,SSSMII是一种常用的MII(Media Independent Interface,介质独立接口)接口标准,对于接收侧,只需要1根时钟线、1根同步线、1-8根数据线,可支持最多8个PHY的以太网数据接入。
主FPGA模块在MAC之前,先行对SSSMII复制为两组线,其中一组线接入到主FPGA模块的MAC上,另一组线转接到与从FPGA模块相连的IO上。
因为SV业务对于电力系统继电保护装置而言,一般只需要订阅,即只接收外部输入的采样数据,不需要发送SV数据,因此根据实际需求,需将最少3根线(1根时钟线、1根同步线、1根数据线),最多10根线(1根时钟线、1根同步线、8根数据线)转接到与从FPGA相连的IO上。
从FPGA模块,将与主FPGA模块相连的IO转接到从FPGA模块的MAC的SSSMII接口上,实现从一个PHY接入的以太网报文,在两个FPGA上进行硬件拷贝的功能。
后续两个FPGA使用相同的处理方式,将以太网数据接入到本FPGA模块的MAC的SSSMII接口上,经过LLC(Logical Links Control,逻辑链路控制),对接入的以太网进行校验、分发、过滤、防风暴等功能,最终通过总线接口将合法的报文发送给SV模块。
使用此种方式进行以太网报文的硬件拷贝,可以使两个SV模块接收到同一帧SV报文的时间差达到纳秒级别,在电力系统继电保护领域,对于采样数据的角度差有严格的要求,一般SV采样使用每秒4000点采样,我国的交流电一般为50Hz,因此采样数据为80点每周波,1°的角度误差为55.55μs,因此纳秒级的时间差,对继电保护领域的采样数据而言,是忽略不计的,可以视为两个SV模块可以在同一时刻接受到同一帧报文,对后续的保护逻辑、双AD校验等相关功能的算法和判定不会造成影响。
本发明的优选实施例还提供了一种具有双冗余SV采样设计的智能变电站保护装置,所述智能变电站保护装置包括:主FPGA模块,从FPGA模块,SV模块组,内部以太网,CPU模块组;主FPGA模块用于接收外部SV报文;从FPGA模块与主FPGA模块相连接,用于硬件拷贝SV报文;SV模块组包括第一SV模块和第二SV模块,第一SV模块与主FPGA相连接,第二SV模块与从FPGA相连接,第一和第二SV模块均与装置内部以太网相连接;CPU模块组包括第一CPU模块和第二CPU模块,第一和第二CPU模块均与装置内部以太网相连接。
第一和第二SV模块使用相同的逻辑、相同的配置、订阅相同的SV数据集,将接收到的SV报文进行解析处理,生成采样数据。
第一CPU模块和第二CPU模块,使用相同的逻辑、相同的配置,第一CPU模块接收第一SV模块发送的采样数据,第二CPU模块接收第二SV模块发送的采样数据。
该智能变电站保护装置用于实现上述的双冗余SV采样方法。
本发明的有益效果在于,能够通过双SV模块冗余配置,解决在装置外部网络拓扑图不变、装置配置不变的前提下,在装置内部实现SV模块双冗余备份的问题,防止了保护误动,进一步提高智能变电站的可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种数字化装置双冗余SV采样的方法,装置内部所有CPU模块和所有SV模块都通过装置内部以太网连接,其特征在于:
所述方法包括以下步骤:
步骤S101,对于装置需订阅的SV报文,使用主FPGA模块接收SV报文,将SV报文硬件拷贝为2份,其中一份SV报文发送给从FPGA模块;
步骤S102,主FPGA模块将解析处理后的SV报文发送至第一SV模块,从FPGA模块将解析处理后的SV报文发送至第二SV模块,其中第一SV模块和第二SV模块是一组互为冗余且相互独立的2个SV模块;
步骤S103,第一SV模块将处理后得到的采样数据发送至第一CPU模块,第二SV模块将处理后得到的采样数据发送至第二CPU模块,第一CPU模块仅从第一SV模块接收采样数据,第二CPU模块仅从第二SV模块接收采样数据,其中第一CPU模块和第二CPU模块是2个相互独立的CPU模块,进行后续的数据分析和/或逻辑处理;
所述装置为需要数字化采样的保护装置。
2.根据权利要求1所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S101,在主FPGA模块从PHY芯片接收到SV报文后,在MAC之前,直接将SV报文进行拷贝,并通过芯片IO直连从FPGA模块,由从FPGA模块将IO转接到MAC上,主FPGA模块和从FPGA模块后续使用相同的方式对SV报文进行处理。
3.根据权利要求2所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S101,主FPGA模块和从FPGA模块对SV报文的处理包括以下的至少一种:校验、分发、过滤、防风暴。
4.根据权利要求1所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S102,互为冗余且相互独立的第一SV模块和第二SV模块各自连接主FPGA模块和从FPGA模块的其中一个,对于经主FPGA模块和从FPGA模块处理后的SV报文,通过总线接口传递给每个FPGA模块对应的SV模块。
5.根据权利要求1所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S102,对于每个订阅的SV数据集,均使用2个一组互为冗余且相互独立的SV模块接收处理,2个SV模块使用相同的逻辑、相同的配置、订阅相同的SV数据集,将接收到的SV报文进行解析处理,生成采样数据;
对于步骤S103,装置的所有SV模块全部连接装置内部以太网,将每个SV模块处理后的采样数据通过内部以太网发送给对应的CPU模块。
6.根据权利要求1所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S103,所述装置共有2个相互独立的CPU模块,使用相同的逻辑、相同的配置;
两个CPU模块都连接装置的内部以太网,从中接收装置中对应SV模块发送的采样数据。
7.根据权利要求1所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S103,第一CPU模块只使用每组SV模块中第一SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第一AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第二AD的数据只用于双AD校验;
第二CPU模块只使用每组SV模块中第二SV模块的采样数据,对于双AD冗余采样的数据,只使用第二AD的采样结果进行逻辑判定和相应功能的实现,第一AD的数据只用于双AD校验。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种数字化装置双冗余SV采样的方法,其特征在于:
对于步骤S101,一个装置内可配置一组或多组SV模块,每一组SV模块可订阅多个SV数据集,每组SV模块中均包含2个互为冗余且相互独立的SV模块,并对应配置一主一从2个FPGA模块。
9.一种具有双冗余SV采样设计的智能变电站保护装置,包括:主FPGA模块,从FPGA模块,SV模块组,内部以太网,CPU模块组,其特征在于:
主FPGA模块用于接收外部SV报文,将SV报文硬件拷贝为2份;从FPGA模块与主FPGA模块相连接,用于接收主FPGA模块硬件拷贝的SV报文;
SV模块组包括第一SV模块和第二SV模块,第一SV模块与主FPGA相连接,用于接收主FPGA模块解析处理后的SV报文,第二SV模块与从FPGA相连接,用于接收从FPGA模块解析处理后的SV报文,第一和第二SV模块是一组互为冗余且相互独立的2个SV模块,均与装置内部以太网相连接;
CPU模块组包括第一CPU模块和第二CPU模块,第一和第二CPU模块均与装置内部以太网相连接,第一SV模块将处理后得到的采样数据发送至第一CPU模块,第一CPU模块只使用每组SV模块中第一SV模块的采样数据,第二SV模块将处理后得到的采样数据发送至第二CPU模块,第二CPU模块只使用每组SV模块中第二SV模块的采样数据;第一CPU模块和第二CPU模块是2个相互独立的CPU模块,进行后续的数据分析和/或逻辑处理。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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