CN113258547A - 芯片级继电保护装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯片级继电保护装置和系统，该装置包括控制芯片，控制芯片包括主控制器以及纳米继电器阵列；纳米继电器阵列包括M个逻辑运算电路和从控制器。主控制器用于将逻辑运算电路配置信息发送至从控制器；从控制器用于根据逻辑运算电路配置信息为N个逻辑运算电路分配硬件资源，以使N个逻辑运算电路对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果；主控制器还用于从从控制器获取逻辑运算处理结果，并根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护。本申请涉及的芯片级继电保护装置不需要依赖计算机软件算法，可以满足新型电力系统的速动性要求。

Description

芯片级继电保护装置和系统

技术领域

本申请涉及电力系统的保护技术领域，特别是涉及一种芯片级继电保护装置和系统。

背景技术

随着电力系统的快速发展，电力系统的安全非常重要。继电保护技术是电力系统中不可或缺的一部分，也是保障电力终端安全、防止或限制电力系统大面积停电的最基本、最重要和最有效的技术手段。电力系统中的所有一次设备都必须装设继电保护装置。

传统技术中，继电保护装置通常采用微机继电保护装置。微机继电保护装置是由计算机软件算法分析计算电力系统的故障判定电气量，以完成继电保护的功能。

然而，随着大量分布式电源、直流输电和电动汽车等开放接入电力系统，逐步形成了以电力电子器件为主导的深度低碳新型电力系统，现有的微机继电保护装置依赖于计算机软件算法，响应时间较长，无法满足新型电力系统的速动性要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种芯片级继电保护装置和系统。

一方面，本申请一个实施例提供一种芯片级继电保护装置，包括控制芯片，控制芯片包括主控制器以及纳米级继电器阵列；所纳米级继电器阵列包括M个逻辑运算电路和从控制器，M为大于等于2的整数；

主控制器，用于将逻辑运算电路配置信息发送至从控制器；逻辑运算电路配置信息包括N个逻辑运算电路的标识和N个逻辑运算电路的组合方式，N个逻辑运算电路为M个逻辑运算电路中对电气设备进行故障判断的电路，其中，N小于等于M；

从控制器，用于根据逻辑运算电路配置信息为N个逻辑运算电路分配硬件资源，以使N个逻辑运算电路对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果；其中，硬件资源包括内存、时钟和外设接口；

主控制器，还用于从从控制器获取逻辑运算处理结果，并根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护。

在其中一个实施例中，从控制器，具体用于根据N个逻辑运算电路的组合方式向每个逻辑运算电路分配输入端对应的内存和输出端对应的内存。

在其中一个实施例中，N个逻辑运算电路包括：运算电路和判断电路；

运算电路，用于接收电气信号，对电气信号进行特征量提取处理，得到特征量数据，并将特征量数据传输至判断电路，其中，特征量数据用于表征电气信号的特征量；

判断电路，用于根据特征量数据对电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至从控制器。

在其中一个实施例中，运算电路包括多个计算单元；

多个计算单元，用于分别采用不同的保护算法对电气信号进行特征量提取处理，得到特征量数据。

在其中一个实施例中，判断电路包括多个判断单元；

多个判断单元，用于分别采用不同的逻辑算法根据特征量数据对电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至主控制器。

在其中一个实施例中，N个逻辑运算电路还包括：

同步处理电路，用于接收电气设备的初始电气信号，对初始电气信号进行同步处理，获得电气设备在相同周期内的电气信号，并将电气信号发送至运算电路。

在其中一个实施例中，N个逻辑运算电路还包括：

通信电路，用于实现N个逻辑运算电路与电气设备之间的通信，以使同步处理电路接收电气设备的初始电气信号。

在其中一个实施例中，通信电路包括：第一通信单元、第二通信单元和第三通信单元；

第一通信单元，用于实现N个逻辑运算电路与电气设备之间的百兆以太网通信；

第二通信单元，用于实现N个逻辑运算电路与电气设备之间的千兆以太网通信；

第三通信单元，用于实现N个逻辑运算电路与电气设备之间的光纤通信。

在其中一个实施例中，N个逻辑运算电路还包括：

对时电路，用于接收外部设备输入的对时信号，并根据对时信号对N个逻辑运算电路进行对时。

另一方面，本申请一个实施例提供一种芯片级继电保护系统，包括：智能采集控制终端、断路器和如上述任意一个实施例提供的芯片级继电保护装置；

智能采集控制终端，用于接收电气设备的电气模拟信号，对电气模拟信号进行模数转换，得到电气信号，并将电气信号发送至芯片级继电保护装置；

芯片级继电保护装置，用于根据电气信号确定控制信号，并将控制信号发送至智能采集控制终端；

智能采集控制终端，还用于根据控制信号驱动断路器的通断。

本申请实施例提供一种芯片级继电保护装置和系统，该装置包括控制芯片，控制芯片包括主控制器和纳米级继电器阵列，纳米级继电器阵列包括M个逻辑运算电路和从控制器。主控制器用于将逻辑运算电路配置信息发送至从控制器；从控制器用于根据逻辑运算电路配置信息为N个逻辑运算电路分配硬件资源，以使N个逻辑运算电路对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果；主控制器还用于从从控制器获取逻辑运算处理结果，并根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护。本申请实施例提供的芯片级继电保护装置通过从控制器向N个逻辑运算电路分配硬件资源，使得N个逻辑运算电路对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，这样不需要依赖计算机软件算法，突破了计算机软件算法依赖控制器的主频、中断响应时间、串行计算和顺序执行的技术限制，能够减少响应和处理时间，从而可以满足新型电力系统的速动性的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域不同技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的芯片级继电保护装置的结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的逻辑运算电路的结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的逻辑运算电路的结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的逻辑运算电路的结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的芯片级继电保护系统的结构示意图。

附图标记说明：

10、芯片级继电保护装置；11、计算单元；12、判断单元；20、芯片级继电保护系统；21、智能采集控制终端；22、断路器；100、控制芯片；110、主控制器；120、从控制器；121、逻辑运算电路；101、运算电路；102、判断电路；103、同步处理电路；104、对时电路；105、通信电路；115、第一通信单元；125、第二通信单元；135、第三通信单元。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

继电保护技术是电力系统中不可或缺的一部分，也是保障电力终端安全、防止或限制电力系统大面积停电的最基本、最重要和最有效的技术手段。目前，相关电力规程规定：任何电气设备（线路、母线、发电机、变压器等）都不允许在无继电保护的状态下运行。因此，电力系统中的所有一次设备都必须安装继电保护装置。早期的继电保护装置有众多分立的机电式继电器和物理模拟电路搭建，这样的继电保护装置动作慢、体积大、功耗高、功能单一、维护复杂，在效率、性能和能效等方面存在局限。随着电子计算机技术的发展，特别是微型计算机和微处理器的应用，现有的继电保护装置通过计算机软件算法分析计算电力系统的故障判断电气量，再通过对比控制断路器的通断。然而，随着大量分布式电源、直流输电、电动汽车等开放接入电力系统，逐步形成了以电力电子器件为主导的深度低碳新型电力系统，现有的继电保护装置要实现继电保护，依赖软件程序逻辑，响应时间较长，无法满足新型电力系统的速动性要求。针对现有的继电保护装置存在的问题，本申请提供一种芯片级继电保护装置。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

请参见图1，本申请一个实施例提供一种芯片级继电保护装置10，该装置包括控制芯片100。控制芯片100包括主控制器110和纳米级继电器阵列120。纳米级继电器阵列120包括M个逻辑运算电路121和从控制器122，M为大于等于2的整数。主控制器110和纳米级继电器阵列120均集成于控制芯片100上。纳米级继电器阵列120中的M个逻辑运算电路121和从控制器122被封装起来，也就是说，主控制器110不清楚纳米级继电器阵列120的内部结构。主控制器110可以是四核的，也可以是八核的。同样从控制器122可以是四核的，也可以是八核的。本申请实施例对主控制器110和从控制器122的种类和结构等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。M个逻辑运算电路121中的每个逻辑运算电路可以采用不同的算法。本实施例对逻辑运算电路121的数量，以及逻辑运算电路121实现的算法不作任何限制，使用者可以根据实际应用自行设置。

主控制器110用于将逻辑运算电路配置信息发送至从控制器122；逻辑运算电路配置信息包括N个逻辑运算电路121的标识和N个逻辑运算电路121的组合方式，N个逻辑运算电路121为M个逻辑运算电路121中对电气设备进行故障判断的电路，其中，N小于等于M。逻辑运算电路配置信息可以是由使用者在获取电气设备中被保护的对象后，根据对电气设备中被保护的对象进行保护时所需的逻辑运算电路，确定所需的逻辑运算电路121的逻辑运算电路配置信息，即所需的逻辑运算电路121（N个逻辑运算电路）的标识和所需的逻辑运算电路121的组合方式，并将其输入至主控制器110中。其中，所需的逻辑运算电路121是M个逻辑运算电路中包括的电路。M个逻辑运算电路中的每个逻辑运算电路均设置有标识，通过逻辑运算电路的标识可以在M个逻辑运算电路中确定N个逻辑运算电路。N个逻辑运算电路121的组合方式是指N个逻辑运算电路121中每个逻辑运算电路之间数据传输的方向。N个逻辑运算电路121的数量和种类由使用者根据实际应用自行设置。主控制器110在接收到逻辑运算电路配置信息后，会将其发送至从控制器122。

从控制器122用于根据逻辑运算电路配置信息为N个逻辑运算电路121分配硬件资源，以使N个逻辑运算电路121对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果。其中，硬件资源包括内存、时钟和外设接口。内存是指从控制器122向每个逻辑运算电路分配的可以存储相关数据的器件；时钟是指从控制器122向每个逻辑运算电路分配的可以控制其工作周期的电路，如晶振电路；外设接口是指从控制器122向每个逻辑运算电路分配的可以连接其他电路的接口，外设接口可以包括高速外设和低速外设。其中，高速外设如：千兆以太网控制器（GMAC）、存储器直接访问（DMAC）、安全数字输入输出卡（SDIO）等；低速外设如：通用型之输入输出（GPIO）、通用异步收发传输器（UART）、串行外设接口（SPI）等。

从控制器122在接收主控制器110发送的逻辑运算电路配置信息后，会根据接收到的逻辑运算电路配置信息确定M个逻辑运算电路121中所需的N个逻辑运算电路121，并向N个逻辑运算电路121分配硬件资源。N个逻辑运算电路121的硬件资源在被分配好后，会基于N个逻辑运算电路121所采用的算法对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，得到逻辑运算处理结果，并将其发送至从控制器122。N个逻辑运算电路121具体对电气信号进行逻辑运算处理的过程与逻辑运算电路本身采用的算法相关，本实施例对此不作限制。

主控制器110还用于从从控制器122获取逻辑运算处理结果，并根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护。主控制器110在接收待从控制器122发送的逻辑运算处理结果后，可以直接根据该逻辑运算处理结果控制断路器，实现对电气设备的保护；主控制器110还可以对逻辑运算处理结果进行进一步的处理后，再控制断路器的通断实现对电气设备的保护。例如，主控制器110可以逻辑运算处理结果进行延时处理等。主控制器110对逻辑运算处理结果进一步处理过程可以是由使用者根据实际应用自行设置的。本实施例对主控制器110根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护的具体过程不作任何限制，只要能够实现器功能即可。

在一个具体的实施例中，主控制器110可以对接收到的数据进行存储、显示和打印等操作。

本申请实施例提供的芯片级继电保护装置10包括控制芯片100，控制芯片100包括主控制器110和纳米级继电器阵列120，纳米级继电器阵列120包括M个逻辑运算电路121和从控制器122。主控制器110用于将逻辑运算电路配置信息发送至从控制器122；从控制器122用于根据逻辑运算电路配置信息为N个逻辑运算电路分配硬件资源，以使N个逻辑运算电路对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果；主控制器110还用于从从控制器122获取逻辑运算处理结果，并根据逻辑运算处理结果对电气设备进行保护。本申请实施例提供的芯片级继电保护装置10通过从控制器122向N个逻辑运算电路121分配硬件资源，使得N个逻辑运算电路121对电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，这样不需要依赖计算机软件算法，突破了计算机软件算法依赖控制器的主频、中断响应时间、串行计算和顺序执行的技术限制，能够减少响应和处理时间，从而可以满足新型电力系统的速动性的要求。同时，本申请实施例提供的芯片级继电保护装置10是芯片级的，体积小，且功耗低。并且，将从控制器122和M个逻辑运算电路121封装在纳米级继电器阵列120中，仅使用从控制器122控制M个逻辑运算电路121，可以避免主控制器110与从控制器122和M个逻辑运算电路121之间产生影响，从而能够提高芯片级继电保护装置10的实用性和可靠性。

在一个实施例中，从控制器122具体用于根据N个逻辑运算电路121的组合方式向每个逻辑运算电路分配输入端对应的内存和输出端对应的内存。每个逻辑运算电路均可以包括输入寄存器和输出寄存器，从控制器122根据N个逻辑运算电路121的组合方式向每个逻辑运算电路的输入寄存器分配输入端对应的地址，以及每个逻辑运算电路的输出寄存器分配输出端对应的地址。每个逻辑运算电路的输入端对应的地址是指该逻辑运算电路的上一级逻辑运算电路的输出端对应的地址；每个逻辑运算电路的输出端对应的地址是指该逻辑运算电路的下一级逻辑运算电路的输入端对应的地址。也就是说，每个逻辑运算电路通过读取输入寄存器中的内存，可以确定该逻辑运算电路对应的上一级的逻辑运算电路；每个逻辑运算电路通过读取输出寄存器中的内存，可以确定该逻辑运算电路对应的下一级的逻辑运算电路。

请参见图2，在一个实施例中，N个逻辑运算电路121包括运算电路101和判断电路102。运算电路101用于接收电气信号，对电气信号进行处理，得到特征量数据，并将特征量数据传输至判断电路102。运算电路101使用相关算法对电气信号进行计算，得到电气信号的特征量数据。电气信号的特征量数据不同，则运算电路101使用的算法不同。本实施例对运算电路101对电气信号进行运算处理的过程，即运算电路101采用的算法，以及运算电路101的具体结构不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

在一个具体的实施例中，若电气信号为电压信号，则运算电路101对电压信号进行运算处理后，得到的特征量数据（电压信号的特征量）可以是电压信号的相位、电压信号的幅值和零序向量等；若电气信号为电流信号，则运算电路101对电流信号进行运算处理后，得到的特征量数据（电流信号的特征量）可以是电流信号的幅值，电流信号的直流分量和电流信号的频率等。电气信号的特征量可以根据不同电气设备进行选择，本实施例对此不作限制。

在一个具体的实施例中，运算电路101可以采用滤波算法对电气信号进行特征量提取处理。具体采用的滤波算法可以包括傅里叶转换算法、最小二乘法滤波算法、卡尔曼滤波算法以及直流分量计算算法等。

判断电路102用于根据特征量数据对电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至从控制器122。判断电路102使用相关的算法对特征量数据进行计算，以判断电气设备是否存在故障。针对电气系统的输电线路保护、变压器保护、母线保护等不同的保护场景，判断电路102根据特征量数据对电气设备进行故障判断的算法会不同。本实施例对判断电路102对特征量数据进行计算的过程，即判断电路102采用的算法，以及判断电路102的具体结构不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

在一个实施例中，运算电路101包括多个计算单元11。多个计算单元11分别采用不同的算法对电气信号进行特征量提取处理，得到特征量数据。特征量数据包括电气信号的相位、幅值、直流分量和零序量。N个逻辑运算电路121的运算电路101包括多个计算单元11，也就是说，多个计算单元11可以采用不同算法对电气信号进行特征量提取处理，得到不同的特征量数据。针对电气系统的输电线路保护、变压器保护、母线保护等不同的保护场景，所需的特征量数据不同，则使用多个计算单元11可以采用不同的算法，提取电气信号的不同的特征量数据。计算单元11的数量可以根据芯片级继电保护装置10应用的保护场景所需的特征量数据的数量进行设置。对于每个计算单元11采用的算法的描述可以参考上述实施例中对运算电路101的具体描述，在此不再赘述。

在本实施例中，运算电路101包括多个计算单元11，多个计算单元11可以同时工作，即根据接收到的电气信号得到多个所需的特征量数据，这样可以提高运算电路101对电气信号的处理速度，从而可以提高芯片级继电保护装置10的实用性和速动性。

在一个实施例中，判断电路102包括多个判断单元12。多个判断单元12采用不同的逻辑算法根据特征量数据对电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至主控制器110。N个逻辑运算电路121的判断电路102包括多个判断单元12，也就是说，多个判断单元12可以采用不同算法根据特征量数据对电气设备进行故障判断。针对电气系统的输电线路保护、变压器保护、母线保护等不同的保护场景，对特征量数据的判断过程不同，多个判断单元12采用不同的逻辑算法，根据特征量数据对电气设备进行故障判断，可以得到对应多种保护场景下的判断结果。判断单元12的数量可以根据芯片级继电保护装置10应用的保护场景所需的判断结果的数量进行设置。多个判断单元12采用的逻辑算法可以根据芯片级继电保护装置10应用的保护场景进行选择，多个判断单元12的具体结构可以根据采用的逻辑算法进行设置，本实施例对此不作任何限制。

在本实施例中，判断电路102包括多个判断单元12，多个判断单元12可以同时工作，即多个判断单元12采用不同的逻辑算法根据接收到的特征量数据对电气设备的不同类型的故障进行判断，这样可以提高判断电路102对电气设备的故障判断的速度，从而可以提高芯片级继电保护装置10的实用性和速动性。

请参见图3，在一个实施例中，N个逻辑运算电路121还包括同步处理电路103。同步处理电路103用于接收电气设备的初始电气信号，对初始电气信号进行同步处理，并获得电气设备在相同周期内的电气信号，并将电气信号发送至运算电路101。电气设备的初始电气信号在传输至同步处理电路103时，会存在延时的情况，通过对其进行同步处理，可以得到相同周期内的电气信号。同步处理电路103实现同步的关键是根据先等后（快等慢）的原则，得到一定数量的电气信号，以获取相同周期内的电气信号。例如：同步处理电路103在分别获取A相线的电气信号、B相线的电气信号和C相线的电气信号时，同一周期内的A相线和B相线的电气信号到达后，C相线的电气信号还没到达，即C相线的电气信号存在延时，则对A相线的电气信号、B相线的电气信号和C相线的电气信号进行同步处理，即继续获取A相线的电气信号、B相线的电气信号和C相线的电气信号，直至与A相线的电气信号、B相线的电气信号同一周期的C相线的电气信号达到后，可以得到同一周期内的A相线的电气信号、B相线的电气信号和C相线的电气信号。本实施例对同步处理电路103的具体结构不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

在一个具体的实施例中，同步处理电路103基于插值同步算法，对电气信号进行同步处理。同步处理电路103的原理是：根据电气信号到达时间和插值脉冲触发时间之间的关系，通过一阶拉格朗日插值算法（一阶线性插值）计算出插值触发时刻的电气信号，得到电气信号。

请继续参见图3，在一个实施例中，N个逻辑运算电路121还包括对时电路104，用于接收外部设备输入的对时信号，并根据对时信号对N个逻辑运算电路121进行对时。外部设备可以包括电力系统中的其他控制装置。通过对时电路104可以接收外部设备输入的对时信号，对时信号包括外部设备的时间。对时电路104根据对时信号对N个逻辑运算电路121进行对时，使得N个逻辑运算电路121的时间与外部设备的时间相同。本实施例对对时电路104的具体结构不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

在一个具体的实施例中，对时信号中包括对时信号从外部设备传输至对时电路104的时间，这样对时电路104在对时时，通过考虑对时信号的传输时间可以提高对时电路104的对时精度。

在一个具体的实施例中，外部设备向对时电路104发送IRIG-B码，对时电路104根据接收到的IRIG-B码对N个逻辑运算电路121进行对时。并且对时电路104在对时结束后，会产生脉宽度为125ms的秒脉冲信号，秒脉冲信号的下降沿对应整秒时刻，以告知外部设备完成对时。

请参见图4，在一个实施例中，N个逻辑运算电路121还包括通信电路105。通信电路105用于N个逻辑运算电路121与电气设备之间的通信。电气设备可以是指电力系统中的二次设备或电力终端。本实施例对通信电路105的具体结构以及采用的通信协议不作任何限制，只要能够实现电气设备与N个逻辑运算电路121之间的通信即可。

在本实施例中，通过通信电路105可以实现电气设备与N个逻辑运算电路121之间的通信，使得N个逻辑运算电路121可以接收除了与其连接的电气设备的电气信号，还可以接收遥测的电气信号或者其他电气设备的电气信号，并根据该电气信号实现保护，这样能够提高芯片级继电保护装置10的实用性。

请继续参见图4，在一个实施例中，通信电路105包括：第一通信单元115、第二通信单元125和第三通信单元135。第一通信单元115、第二通信单元125和第三通信单元135均与控制器100连接。第一通信单元115用于实现N个逻辑运算电路121与电气设备之间的百兆以太网通信。第二通信单元125用于实现N个逻辑运算电路121与电气设备之间的千兆以太网通信。第三通信单元135用于实现N个逻辑运算电路121与电气设备之间的光纤通信。百兆以太网指的是使用第一通信单元115通信时的网络传输速率，为100Mbps。千兆以太网指的是使用第二通信单元125通信时的网络传输速率，为1000Mbps。第一通信单元115和第二通信单元125均使用以太网通信协议实现N个逻辑运算电路121与电气设备之间的通信。光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信的工作过程是首先将电信号转换为光信号，再通过光纤将光信号进行传递，是有线通信的一种。

在本实施例中，通过第一通信单元115、第二通信单元125和第三通信单元135使得N个逻辑运算电路121与电气设备可以通过以太网通信，也可以通过光纤通信。并且，在使用以太网通信时，可以接收百兆以太网，也可以接收千兆以太网。也就是说，N个逻辑运算电路121可以接收电气设备不同通信方式发送的电气信号。第一通信单元115、第二通信单元125和第三通信单元135的设置可以提高芯片级继电保护装置10的实用性。

在一个具体的实施例中，第一通信单元115负责电气设备的MMS/GOOSE报文的收发和过滤，用于过程层间、间隔层间、过程层和间隔层电气设备的通信。第二通信单元125负责同一间隔的过程层和间隔层电气设备间的报文收发和过滤。第三通信单元135负责过程层和间隔层间电气设备的时钟同步和缓存控制。

请参见图5，本申请一个实施例提供一种芯片级继电保护系统20，该系统包括智能采集控制终端21、断路器22和如上述实施例提供的芯片级继电保护装置10。智能采集控制终端21连接于断路器22和芯片级继电保护装置10之间。

智能采集控制终端21用于接收电气设备的电气模拟信号，对电气模拟信号进行模数转换，得到电气信号，并将电气信号发送至芯片级继电保护装置10。芯片级继电保护装置10用于根据电气信号确定控制信号，并将控制信号发送至智能采集控制终端21。智能采集控制终端21还用于根据控制信号驱动断路器22的通断。也就是说，智能采集控制终端21不仅可以对电气设备的电气模拟信号进行模数转换，还可以根据接收到控制信号，控制断路器22的通断，从而可以将电气系统中的故障的电气设备断开。对于芯片级继电保护装置10的具体过程可以参考上述实施例的具体描述，在此不再赘述。断路器22是指能够关合、承载和开断异常电气设备的开关装置。本实施例对断路器22的种类不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

本申请实施例提供的芯片级继电保护系统20包括芯片级继电保护装置10，因此具有芯片级继电保护装置10的所有结构和有益效果，在此不再赘述。

以上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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种芯片级继电保护装置，其特征在于，包括控制芯片，所述控制芯片包括主控制器以及纳米级继电器阵列；所述纳米级继电器阵列包括M个逻辑运算电路和从控制器，M为大于等于2的整数；

所述主控制器，用于将逻辑运算电路配置信息发送至所述从控制器；所述逻辑运算电路配置信息包括N个逻辑运算电路的标识和所述N个逻辑运算电路的组合方式，所述N个逻辑运算电路为所述M个逻辑运算电路中对电气设备进行故障判断的电路，其中，N小于等于M；

所述从控制器，用于根据所述逻辑运算电路配置信息为所述N个逻辑运算电路分配硬件资源，以使所述N个逻辑运算电路对所述电气设备的电气信号进行逻辑运算处理，并获取逻辑运算处理结果；其中，所述硬件资源包括内存、时钟和外设接口；

所述主控制器，还用于从所述从控制器获取所述逻辑运算处理结果，并根据所述逻辑运算处理结果对所述电气设备进行保护。

2.根据权利要求1所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述从控制器，具体用于根据所述N个逻辑运算电路的组合方式向每个逻辑运算电路分配输入端对应的内存和输出端对应的内存。

3.根据权利要求1所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述N个逻辑运算电路包括：运算电路和判断电路；

所述运算电路，用于接收所述电气信号，对所述电气信号进行特征量提取处理，得到特征量数据，并将所述特征量数据传输至所述判断电路；

所述判断电路，用于根据所述特征量数据对所述电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至所述从控制器。

4.根据权利要求3所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述运算电路包括多个计算单元；

所述多个计算单元，用于分别采用不同的保护算法对所述电气信号进行特征量提取处理，得到所述特征量数据。

5.根据权利要求3所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述判断电路包括多个判断单元；

所述多个判断单元，用于分别采用不同的逻辑算法根据所述特征量数据对所述电气设备进行故障判断，并将判断结果发送至所述主控制器。

6.根据权利要求3所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述N个逻辑运算电路还包括：

同步处理电路，用于接收所述电气设备的初始电气信号，对所述初始电气信号进行同步处理，获得所述电气设备在相同周期内的电气信号，并将所述电气设备在相同周期内的电气信号发送至所述运算电路。

7.根据权利要求6所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述N个逻辑运算电路还包括：

通信电路，用于实现所述N个逻辑运算电路与电气设备之间的通信，以使所述同步处理电路接收所述电气设备的所述初始电气信号。

8.根据权利要求7所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述通信电路包括：第一通信单元、第二通信单元和第三通信单元；

所述第一通信单元，用于实现所述N个逻辑运算电路与所述电气设备之间的百兆以太网通信；

所述第二通信单元，用于实现所述N个逻辑运算电路与所述电气设备之间的千兆以太网通信；

所述第三通信单元，用于实现所述N个逻辑运算电路与所述电气设备之间的光纤通信。

9.根据权利要求1所述的芯片级继电保护装置，其特征在于，所述N个逻辑运算电路还包括：

对时电路，用于接收外部设备输入的对时信号，并根据所述对时信号对所述N个逻辑运算电路进行对时。

10.一种芯片级继电保护系统，其特征在于，包括：智能采集控制终端、断路器和如上述权利要求1-9任意一项所述的芯片级继电保护装置；

所述智能采集控制终端，用于接收所述电气设备的电气模拟信号，对所述电气模拟信号进行模数转换，得到电气信号，并将所述电气信号发送至所述芯片级继电保护装置；

所述芯片级继电保护装置，用于根据所述电气信号确定控制信号，并将所述控制信号发送至所述智能采集控制终端；

所述智能采集控制终端，还用于根据所述控制信号驱动所述断路器的通断。

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