CN112527551B - 提升继电保护装置内部出口数据交互可靠性的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，保护功能模块输出特殊字符的保护启动标志，并进入保护故障处理流程，进行故障动作条件计算，当满足故障动作条件后，输出3个相同的动作出口标志，出口处理模块接收保护功能模块的保护启动标志和动作出口标志，出口处理模块对保护启动标志和动作出口标志的真实性进行判别，满足条件后，驱动出口继电器，完成故障的切除。本发明从增加关键内存数据的三取二冗余互检方法、关键数据指针CRC校验方法、CPU与FPGA出口交互方法三个方面处理，提高国产芯片无ECC校验功能时装置内部关键数据的交互可靠性。

Description

提升继电保护装置内部出口数据交互可靠性的方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种提升继电保护装置内部出口数据交互可靠性的方法和系统。

背景技术

我国的芯片技术起步较晚，在核心器件如CPU、内存、FPGA等方面，存在制造工艺水平较低、可靠性不高等问题，继电保护装置安装在变电站内，变电站的电磁环境相对恶劣，且继电保护装置上电后长期运行，我国电网对继电保护装置的可靠性要求非常高，任何单一元器件不能引起保护误动。在本发明之前，对于无内存ECC校验功能的继电保护装置，在内存发生软错误时存在继电保护装置误动的风险，因此有必要进一步提高继电保护装置内存数据交互的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，尤其在继电保护装置内存不具有ECC校验或者保护硬件性能较低的继电保护装置中使用，本发明分别从增加关键内存数据的三取二冗余互检方法、关键数据指针CRC校验方法、CPU与FPGA出口交互方法三个方面处理，提高装置内部关键数据的交互可靠性。采用本发明后，解决了继电保护装置内存软错误导致保护误动作的问题。本发明具有不增加硬件成本和软件代码较少的特点。

本发明由下述技术方案实现：

本发明的第一方面公开了一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，在继电保护装置中设置1个出口处理模块和多个保护功能模块，包括如下步骤：

步骤S100，继电保护装置上电初始化时，获取上电申请的结构体首地址，计算CRC码并存储记忆所述CRC码，每个保护功能模块设置N个动作出口标志和1个保护启动标志，并将所述动作出口标志和保护启动标志均初始化为0,其中N≥3；

步骤S200，保护功能模块正常运行时，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码，并判断所述实时计算程序结构体首地址指针的CRC码与所述存储记忆的CRC码是否一致；

步骤S300，出口处理模块对保护功能模块输出的N个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且N个动作出口标志中有N-1个或N个为1时，判定内存数据有效,其中N≥3；

步骤S400，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志，当判定内存数据有效后，动作出口模块将所述保护功能模块对应的出口变量标志赋值为1，并采用发送时序将所述出口变量标志和所述保护启动标志传递给FPGA，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1和保护启动标志为0x5555AAAA时，经过确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时一定时间，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

进一步的，在所述步骤S200后还包括如下步骤：

步骤S210、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

步骤S220、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程。

进一步的，步骤S220中，保护故障处理流程包括：(1)判别是否满足故障动作条件，当满足故障动作条件后，将3个所述动作出口标志均赋值为1；(2)对于内存发生单bit翻转导致保护功能模块的动作出口标志错误引起保护误动的情况，当出口处理模块判别2个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，将保护功能模块的动作出口标志和保护启动标志发送给FPGA,并把不为1的1个动作出口标志的内存地址写入日志，不复位CPU；当出口处理模块判别1个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，把所述为1的动作出口标志的内存地址写入日志，并复位CPU。

进一步的，步骤S400中，所述发送时序为0ms、1ms、1ms、5ms、500ms。

进一步的，FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

进一步的，步骤S100中，每个保护功能模块设置3个动作出口标志；

步骤S300中，出口处理模块对保护功能模块输出的3个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且3个动作出口标志中有2个或3个为1时，判定内存数据有效；

步骤S400中，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1和保护启动标志为0x5555AAAA时，经过2次确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

本发明的第二方面公开了一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的系统，包括继电保护装置，在继电保护装置中设置出口处理模块和多个保护功能模块；

出口处理模块，对保护功能模块输出的N个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且N个动作出口标志中有N-1个或N个为1时，判定内存数据有效,其中N≥3；

保护功能模块，设置动作出口标志和保护启动标志，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码，并判断所述实时计算程序结构体首地址指针的CRC码与存储记忆的CRC码是否一致，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程。

进一步的，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志。

进一步的，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障。

本发明的技术方案能够产生如下有益的技术效果：

(一)、采用本发明后，能够解决国产内存芯片无ECC校验功能时，由于内存软件错误造成继电保护内部数据交互错误引起误动的问题。

(二)、在本发明之前，继电保护装置通过选用具有ECC校验功能的内存，或者采用硬件冗余配置的方式来避免内存软错误导致继电保护装置误动的情况；采用本发明后，解决了继电保护装置的内存不具备ECC校验功能导致保护误动作的问题，同时能够在内存软错误发生时，记录错误内存的地址，并复位CPU。

(三)、本发明具有不增加硬件成本、且软件代码增加较少的优点。

附图说明

图1是本发明的继电保护装置内部出口数据流示意图；

图2是本发明的继电保护装置内部关键出口数据处理流程图；

图3是本发明的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提供了一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，如图1所示，在继电保护装置中设置两类基本模块，包括1个出口处理模块、多个保护功能模块。具体的，保护功能模块具有保护启动判别、保护动作逻辑处理的功能。

如图2和图3所示，本发明的方法包括如下步骤：

步骤S100，继电保护装置上电初始化时，获取上电申请的结构体首地址，计算CRC码并存储记忆所述CRC码，每个保护功能模块设置3个动作出口标志和1个保护启动标志，并将所述动作出口标志和保护启动标志均初始化为0。

步骤S200，保护功能模块正常运行时，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码：

一、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

二、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程：(1)判别是否满足故障动作条件，当满足故障动作条件后，将3个所述动作出口标志均赋值为1；(2)对于内存发生单bit翻转导致保护功能模块的动作出口标志错误引起保护误动的情况，当出口处理模块判别2个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，将保护功能模块的动作出口标志和保护启动标志发送给FPGA,并把不为1的1个动作出口标志的内存地址写入日志，不复位CPU；当出口处理模块判别1个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，把所述为1的动作出口标志的内存地址写入日志，并复位CPU。

步骤S300，出口处理模块对保护功能模块输出的3个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且3个动作出口标志中有2个或3个为1时，判定内存数据有效。

步骤S400，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志，当判定内存数据有效后，动作出口模块将所述保护功能模块对应的出口变量标志赋值为1，并采用0ms、1ms、1ms、5ms、500ms的发送时序将所述出口变量标志和所述保护启动标志传递给FPGA，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1且和保护启动标志为0x5555AAAA且经过2次确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

具体的，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志，减少了与FPGA之间的交换信息。

具体的，FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

正常工作时，保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，保护功能模块输出特殊字符的保护启动标志，并进入保护故障处理流程，进行故障动作条件计算，当满足故障动作条件后，输出3个相同的动作出口标志。出口处理模块负责接收保护功能模块的保护启动标志和动作出口标志，当收到保护启动标志和动作出口标志后，出口处理模块对保护启动标志和动作出口标志的真实性进行判别，满足条件后，驱动出口继电器，完成故障的切除。

本发明的第二方面公开了一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的系统，包括继电保护装置，在继电保护装置中设置出口处理模块和多个保护功能模块；

出口处理模块，对保护功能模块输出的N个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且N个动作出口标志中有N-1个或N个为1时，判定内存数据有效,其中N≥3；

保护功能模块，设置动作出口标志和保护启动标志，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码，并判断所述实时计算程序结构体首地址指针的CRC码与所述存储记忆的CRC码是否一致，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程。

继电保护装置上电初始化时，获取上电申请的结构体首地址，计算CRC码并存储记忆所述CRC码，每个保护功能模块设置N个动作出口标志和1个保护启动标志，并将所述动作出口标志和保护启动标志均初始化为0,其中N≥3。

在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志，当判定内存数据有效后，动作出口模块将所述保护功能模块对应的出口变量标志赋值为1，并采用发送时序将所述出口变量标志和所述保护启动标志传递给FPGA，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1和保护启动标志为0x5555AAAA时，经过确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时一定时间，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程。

保护故障处理流程包括：(1)判别是否满足故障动作条件，当满足故障动作条件后，将3个所述动作出口标志均赋值为1；(2)对于内存发生单bit翻转导致保护功能模块的动作出口标志错误引起保护误动的情况，当出口处理模块判别2个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，将保护功能模块的动作出口标志和保护启动标志发送给FPGA,并把不为1的1个动作出口标志的内存地址写入日志，不复位CPU；当出口处理模块判别1个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，把所述为1的动作出口标志的内存地址写入日志，并复位CPU。

综上所述，本发明提供了一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法和系统，针对由于内存软错误导致保护功能模块动作标志被改写后引起保护误动的情况，本方法提出在继电保护装置中设置两类基本模块，包括出口处理模块、保护功能模块，本发明尤其在继电保护装置内存不具有ECC校验或者保护硬件性能较低的继电保护装置中使用，分别从增加关键内存数据的三取二冗余互检方法、关键数据指针CRC校验方法、CPU与FPGA出口交互方法三个方面处理，提高装置内部关键数据的交互可靠性，解决了继电保护装置内存软错误导致保护误动作的问题。本发明具有不增加硬件成本和软件代码较少的特点，能够解决国产内存芯片无ECC校验功能时，由于内存软件错误造成继电保护内部数据交互错误引起误动的问题；在本发明之前，继电保护装置通过选用具有ECC校验功能的内存，或者采用硬件冗余配置的方式来避免内存软错误导致继电保护装置误动的情况；采用本发明后，解决了继电保护装置的内存不具备ECC校验功能导致保护误动作的问题，同时能够在内存软错误发生时，记录错误内存的地址，并复位CPU。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，在继电保护装置中设置1个出口处理模块和多个保护功能模块，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100，继电保护装置上电初始化时，获取上电申请的结构体首地址，计算CRC码并存储记忆所述CRC码，每个保护功能模块设置N个动作出口标志和1个保护启动标志，并将所述动作出口标志和保护启动标志均初始化为0,其中N≥3；

步骤S200，保护功能模块正常运行时，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码，并判断所述实时计算程序结构体首地址指针的CRC码与所述存储记忆的CRC码是否一致；

步骤S210、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

步骤S220、如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程；

步骤S300，出口处理模块对保护功能模块输出的N个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且N个动作出口标志中有N-1个或N个为1时，判定内存数据有效,其中N≥3；

步骤S400，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志，当判定内存数据有效后，动作出口模块将所述保护功能模块对应的出口变量标志赋值为1，并采用发送时序将所述出口变量标志和所述保护启动标志传递给FPGA，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1和保护启动标志为0x5555AAAA时，经过确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时一定时间，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

2.根据权利要求1所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，其特征在于，步骤S220中，保护故障处理流程包括：(1)判别是否满足故障动作条件，当满足故障动作条件后，将3个所述动作出口标志均赋值为1；(2)对于内存发生单bit翻转导致保护功能模块的动作出口标志错误引起保护误动的情况，当出口处理模块判别2个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，将保护功能模块的动作出口标志和保护启动标志发送给FPGA,并把不为1的1个动作出口标志的内存地址写入日志，不复位CPU；当出口处理模块判别1个所述保护功能模块的动作出口标志为1时，把所述为1的动作出口标志的内存地址写入日志，并复位CPU。

3.根据权利要求2所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，其特征在于，步骤S400中，所述发送时序为0ms、1ms、1ms、5ms、500ms。

4.根据权利要求2所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，其特征在于，FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

5.根据权利要求1所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的方法，其特征在于，步骤S100中，每个保护功能模块设置3个动作出口标志；

步骤S300中，出口处理模块对保护功能模块输出的3个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且3个动作出口标志中有2个或3个为1时，判定内存数据有效；

步骤S400中，FPGA收到报文后，在判别所述出口变量标志为1和保护启动标志为0x5555AAAA时，经过2次确认后，驱动对应的出口继电器；FPGA收到所述出口变量标志且没有收到所述保护启动标志时，延时2s，发送内存出错标志给保护功能模块，保护功能模块收到后复位CPU。

6.一种提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的系统，其特征在于，包括继电保护装置，在继电保护装置中设置出口处理模块和多个保护功能模块；

出口处理模块，对保护功能模块输出的N个动作出口标志和1个保护启动标志有效性进行判别，当保护启动标志等于0x5555AAAA且N个动作出口标志中有N-1个或N个为1时，判定内存数据有效,其中N≥3；

保护功能模块，设置动作出口标志和保护启动标志，实时计算程序结构体首地址指针的CRC码，并判断所述实时计算程序结构体首地址指针的CRC码与存储记忆的CRC码是否一致，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障，当检测到故障时，首先置所述保护启动标志为特殊字符0x5555AAAA,并进入保护故障处理流程。

7.根据权利要求6所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的系统，其特征在于，在动作出口模块中设置有各保护功能模块对应的出口变量标志。

8.根据权利要求7所述的提升继电保护装置内部关键出口数据交互可靠性的系统，其特征在于，如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码不一致，则复位CPU；

如果计算的程序结构体首地址指针的CRC码和所述存储记忆的CRC码一致，保护进入正常工作，由所述保护功能模块负责检测故障。

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