CN112506849A - 一种基于mcu芯片的低压继电保护装置功能配置方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置的方法及系统，其中方法包括：根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片；按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成所述低压继电保护装置的保护功能配置。

Description

一种基于MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统保护与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法及系统。
背景技术
目前，国网公司生产运行、经营管理所使用电子设备的芯片大量依靠进口，在调度通信领域进口芯片数量占比高达95％，存在巨大安全隐患。一旦发生芯片禁运的事件，将造成相关在运电子设备无配件支撑、新增设备无法正常生产，导致电网安全稳定的三道防线的物理基础发生动摇，致使电网安全运行面临重大风险，严重影响国家安全、国民经济和人民生活。
根据国内外调研分析，目前调度通信领域设备尤其是继电保护设备所用主控芯片主要被垄断。国内虽然有部分厂商从事高端国产主控芯片设计，但是国产芯片在此领域只有少部分产品，设计实力弱，市场份额极小，而且面向消费电子市场，接口不够丰富，不满足工业温度需求，达不到工业级芯片要求。为确保进口芯片断供时，调度通信领域特别是继电保护设备能够保证电网的长期安全稳定运行，需分步骤、分策略推进芯片国产化替代。
继电保护装置是用来执行继电保护命令的运算设备，能迅速的反应电力系统中各电气设备与元器件发生的故障状态，且可靠动作于断路器跳闸保护并发出各种预告信号。动作于跳闸的继保装置，其在技术上必须能满足迅速性、灵敏性、可靠性和选择性四项基本的要求。继电保护按照保护目标可以分为发电机保护、线路保护、变压器保护、母线保护等；按照保护功能可分为电压、电流、差动、距离、方向和高频保护等。电流保护包含有电流速断、过电流和过负荷三种保护，另外还有零序过电流保护等。电压保护则囊括了过压保护、低压保护、失压保护、零序过压保护与三项不平衡电压保护等。差动保护包括纵差保护、横差保护与磁平衡差动保护等。按保护所体现的故障类别可分为相间短路、接地故障、匝间短路、断线、失同步、失磁及过励保护等。
为确保进口芯片断供时，调度通信领域特别是继电保护设备能够保证电网的长期安全稳定运行，需分步骤、分策略推进芯片国产化替代。因此，开展基于国产主控芯片的继电保护装置保护功能配置研究，对指导国产化继电保护装置研发，提升全国产芯片的继电保护装置的可靠性具有重要的意义。
发明内容
本发明技术方案提供一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能进行配置的方法及系统，以解决如何对基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能进行配置的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法，所述方法包括：
根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片；
按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；
根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成所述低压继电保护装置的保护功能配置。
优选地，所述目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC外部通道数量、外围接口等。
优选地，其中对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：
平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算等。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置系统，所述系统包括：
选择单元，用于根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU 芯片；
测试单元，用于按照目标主控芯片的性能指标要求对待待替换国产 MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；
配置单元，用于根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU 芯片，完成所述低压继电保护装置的保护功能配置。
优选地，所述目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC外部通道数量、外围接口等。
优选地，其中对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：
平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算等。
本发明技术方案提供一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法及系统，其中方法包括：根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片；按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产 MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成低压继电保护装置的保护功能配置。本发明技术方案提供的基于国产主控芯片的继电保护装置保护功能配置方法及系统，对指导国产化继电保护装置研发，提升全国产芯片继电保护装置的可靠性具有重要的意义。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法流程图；
图3为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法流程图；
图4为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法流程图。本发明提供了一种基于国产主控芯片的继电保护装置保护功能配置策略方法，对指导国产化继电保护装置研发，提升全国产芯片的继电保护装置的可靠性，分步骤、分策略推进芯片国产化替代具有重要意义。本发明实施方式确保进口芯片断供时，调度通信领域特别是继电保护设备能够保证电网的长期安全稳定运行。为解决继电保护装置核心元器件国产化替代的问题，本发明申请提供一种基于国产MCU 芯片的低压继电保护装置功能配置方法，能够指导国产低压继电保护装置的功能配置，为继电保护领域芯片国产化替代以及国产化继电保护装置的研制及应用奠定基础。本发明以国产MCU芯片作为待配置的芯片进行举例说明。
如图1所示，本发明提供一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置的方法，方法包括：
步骤101：根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片。本发明对标继电保护装置现用的国外主控芯片，并结合目前国产主控芯片的生产情况及性能，完成国产MCU芯片选型。
步骤102：按照目标主控芯片的性能指标要求对替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果。优选地，目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC 外部通道数量、外围接口等。优选地，其中对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算等。
本发明分析国产MCU芯片在主频、存储容量、制造工艺等方面的性能，对国产主控芯片的软件算法运算速率和功耗等性能进行测试，完成芯片性能评估。
步骤103：根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成低压继电保护装置的保护功能配置。
本发明通过对标现用国外主控芯片相关性能或标准要求，以优先保留主保护，适当裁剪后备保护为原则，确定低压继电保护装置的可配置的保护功能。本发明实施方式在一定程度上能够指导国产低压继电保护装置的功能配置，为继电保护领域芯片国产化替代以及国产化继电保护装置的研制及应用奠定基础。
本发明实施方式是国网调度通信领域分步骤、分策略推进芯片国产化替代进程中迈出的重要一步，在进口芯片断供时，为调度通信领域特别是继电保护设备能够保证电网的长期安全稳定运行提供重要保障。因此，本发明开展的基于国产主控芯片的继电保护装置保护功能配置研究，对指导国产化继电保护装置研发，提升全国产芯片继电保护装置的可靠性具有重要的意义。
以下对本发明实施方式具体说明：
本发明提供一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置策略，其特征在于，配置策略包含三个步骤：步骤(A)国产MCU芯片选型；步骤(B)主控芯片软件算法运算速率、功耗等性能测试；步骤(C)继电保护装置功能配置。如图2所示。
本发明的继电保护装置国产主控芯片选型，其特征在于，目前投运继电保护装置使用的核心元器件，如主控、存储、ADC等芯片百分之九十以上来自进口，部分低端主控芯片可实现国产替代，但是中高端主控芯片的生产存在生产困难的情况，因此首先需完成低压继电保护装置国产主控芯片选型。
本发明在完成国产MCU芯片选型时，需对标继电保护装置现用的国外主控芯片性能，如对比国内外主控芯片的主频、存储容量、制造工艺、 ADC外部通道数量、外围接口等性能。
本发明对国产MCU芯片性能评估时，需对其进行芯片性能测试，根据二次设备常用算法，设计典型固定负载的典型测试用例，用以评估处理器相关方面的处理能力。比如对国产MCU芯片平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算等算法运行时间以及软件算法功耗等性能开展测试评估。
本发明对低压继电保护装置主控芯片性能测试时，需对标国外主控芯片性能或相关标准要求，以优先保留主保护，适当裁剪后备保护为原则，多次对国产MCU芯片的运算速率及功耗等性能进行测试，直至芯片性能满足相关要求。本发明确定保留全部保护功能或者裁剪装置部分保护功能，完成国产低压继电保护装置保护功能配置。如图3所示。
图4为根据本发明优选实施方式的一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置系统结构图。如图4所示，本发明提供一种基于国产 MCU芯片的低压继电保护装置功能配置系统，系统包括：
选择单元401，用于根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产 MCU芯片；本发明对标继电保护装置现用的国外主控芯片，并结合目前国产主控芯片的生产情况及性能，完成国产MCU芯片选型。
测试单元402，用于按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产 MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；优选地，目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC外部通道数量、外围接口等。
本发明分析国产MCU芯片在主频、存储容量、制造工艺等方面的性能，对国产主控芯片的软件算法运算速率和功耗等性能进行测试，完成芯片性能评估。
配置单元403，用于根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产 MCU芯片，完成低压继电保护装置的保护功能配置。优选地，其中对待配置国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算等。
本发明通过对标现用国外主控芯片相关性能或标准要求，以优先保留主保护，适当裁剪后备保护为原则，确定低压继电保护装置的可配置的保护功能。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (6)

1.一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置方法，所述方法包括：
根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片；
按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；
根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成所述低压继电保护装置的保护功能配置。
2.根据权利要求1所述的方法，所述目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC外部通道数量、外围接口。
3.根据权利要求1所述的方法，其中对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：
平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算。
4.一种基于国产MCU芯片的低压继电保护装置功能配置系统，所述系统包括：
选择单元，用于根据目标主控芯片的性能指标选择待替换国产MCU芯片；
测试单元，用于按照目标主控芯片的性能指标要求对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试，获取待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果；
配置单元，用于根据待替换国产MCU芯片的性能指标评估结果，基于目标主控芯片的性能指标要求，根据优先保留低压继电保护装置主保护功能、裁剪低压继电保护装置后备保护功能的原则，确定待替换国产MCU芯片，完成所述低压继电保护装置的保护功能配置。
5.根据权利要求4所述的系统，所述目标主控芯片的性能指标包括：主频、存储容量、制造工艺、ADC外部通道数量、外围接口。
6.根据权利要求4所述的系统，其中对待替换国产MCU芯片进行多次性能指标测试的算法包括：
平方根计算、抛物线插值计算、傅立叶变换计算。
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