CN114039960A - 基于Aurora协议的RTDS智能接口装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置及实现方法,基于Aurora协议的RTDS智能接口装置设置有:FPGA装置,实现Aurora协议的解析;计算单元,实现61850数字量的处理;及RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅。本发明的具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点,适用于多台常规及智能保护装置并行仿真测试、大规模变电站仿真环境搭建、柔性交直流系统半实物闭环连接等场景。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,特别是涉及一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置KPF1C及其实现方法。
背景技术
RTDS是目前应用最广泛的电磁暂态实时仿真工具,它可以建立电力一次系统仿真模型,并与外部试验装置闭环连接,从而验证外部试验装置的性能。Aurora是一个用于在点对点串行链路间移动数据的可扩展轻量级链路层协议。这为物理层提供透明接口,让专有协议或业界标准协议上层能方便地使用高速收发器。虽然使用的逻辑资源非常少,但Aurora能提供低延迟高带宽和高度可配置的特性集,广泛用于需要背板、电路板间和芯片间连接的应用。
外部试验装置与RTDS的接口,主要有两种形式:第一种是传统的模拟量和开关量,第二种是符合IEC61850协议的SV、GOOSE网络接口。这两种形式,RTDS都有相对应的板卡实现信号的交互。RTDS通过GTAO板卡实现模拟量信号的输出;通过GTAI板卡实现模拟量信号的采集;通过GTDO板卡实现开关量信号的输出;通过GTDI板卡实现开关量信号的采集;通过GTSV接口装置实现SV数据的输出;通过GTNET板卡实现GOOSE数据的交互。
如果需要连接的外部装置数量较多,需要的信号类型较多,则需要多种RTDS接口板卡来完成信号的交互,板卡多接线复杂、板卡支持IEC61850协议的间隔数量少、SV及GOOSE配置复杂,这些特点限制了连接外部装置的规模。
因此,针对现有技术不足,提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置及其实现方法以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的之一在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,设置有:
FPGA装置,实现Aurora协议的解析;
计算单元,实现61850数字量的处理;及
RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅。
优选的,上述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,所述FPGA装置有4个光口和4个网口;
4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换;
4个网口中的网口1和网口2用于传输SV9-2和GOOSE数据;4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量;
FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;
RTIO1与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim1连接,RTIO2与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim2连接。
优选的,上述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,FPGA装置与RTDS通过光纤连接,实现2×128个32位整型数据的发送及接收。
优选的,上述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,RTIO接口装置的VLAN功能实现SV、GOOSE的点对点及组网交互。
优选的,上述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
优选的,上述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连;
计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。
本发明的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,设置有:FPGA装置,实现Aurora协议的解析;计算单元,实现61850数字量的处理;及RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅。本发明的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点,适用于多台常规及智能保护装置并行仿真测试、大规模变电站仿真环境搭建、柔性交直流系统半实物闭环连接等场景。
本发明的另一目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口实现方法。该方法有具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,在FPGA装置有4个光口和4个网口;
由4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换,实现Aurora协议的解析;
通过4个网口中的网口1和网口2传输SV9-2和GOOSE数据;通过4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量;
FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅;
RTIO1与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim1连接,RTIO2与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim2连接;计算单元RTSim1、RTSim2,实现61850数字量的处理。
优选的,上述基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
优选的,上述基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连;
计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。
本发明的基于Aurora协议的RTDS智能接口实现方法,该方法有具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点,适用于多台常规及智能保护装置并行仿真测试、大规模变电站仿真环境搭建、柔性交直流系统半实物闭环连接等场景。
说明书附图
利用附图对本发明作进一步的说明,但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置的示意图。
图2是本发明一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置进行报文类型转换的示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,如图1所示,设置有:
FPGA装置,实现Aurora协议的解析;
计算单元,实现61850数字量的处理;及
RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅。
FPGA装置与RTDS、PB5/Novacor通过光纤连接,实现2×128个32位整型数据的发送及接收。FPGA装置有4个光口和4个网口。
4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换;4个网口中的网口1和网口2用于传输SV9-2和GOOSE数据;4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量。
FPGA直连RTIO实现模拟量、开关量的交互,可直连2台RTIO。FPGA装置通过4个网口,直接连接两个RTIO接口装置RTIO1、RTIO2。在图1中,FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;
RTIO1与计算单元RTSim1连接,计算单元RTSim1可扩展连接多台光交换机。RTIO2与计算单元RTSim2连接,计算单元RTSim2可扩展连接多台光交换机。通过RTIO接口装置的VLAN功能实现SV、GOOSE的点对点及组网交互。
该基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
具体的,如图2所示,图中黑色方块为RTDS光纤接口,使用Aurora高速串行协议。SER/DES是串并转换模块,将高速串行信号转换为并行数据,其中,SER是串行器、DES是解串器。MAC是以太网协议接口,与计算单元的网卡相连。由于Aurora和MAC的时钟频率不同,需要通过第一先进先出存储器或第二先进先出存储器进行数据缓冲。
Aurora报文和MAC报文的区别在于,MAC报文具有目的地址、源地址、报文类型组成的报文头,而Aurora报文没有使用报文头,数据部分(128个32整数)是相同的。为了避免数据拷贝带来的性能损失,在Aurora到MAC方向的数据从FIFO弹出时,插入MAC报文所需的报文头;在MAC到Aurora方向的数据从先进先出存储器FIFO弹出时,删除MAC报文头。这样就实现了数据部分的零拷贝,从而减少传输延时最大化吞吐量。
具体的,使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连。这样,实现了将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文。
相应地,计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。这样,实现了将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
本实施例的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其通信性能具有如下特点:
a)支持模拟量、开关量、数字量同步输出,数字量支持点对点、组网模式。
b)支持64路模拟量输出、16路模拟量输入、64路开关量输出、64路开关量输入。
c)支持100个SV数据集发布,帧间抖动小于1us。
d)支持200个GOOSE数据集发布/订阅,每个数据集支持256个通道,识别精度250us。
e)SV、GOOSE支持品质修改、丢帧、链路中断、检修、失步等故障模拟。
f)支持SV、GOOSE共网。
g)模拟量延时60us,继电器开出延时3.3ms,快速开出延时0.3ms。
本实施例的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其集成度高,可实现多种类型数据同步输出,接线简易。该接口装置,具有通道多的优点,其最多可提供64路AO、16路AI、64路DO、64路DI、48个百兆光口、8个千兆光口,可模拟100台合并单元、200台智能终端。与RTDS数字连接无量化误差,与RTDS同步分频无时间误差,具有高精度的特性。支持SCD解析和图形化连线,根据SCD配置进行数字报文收发,配置灵活。
本发明的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点,适用于多台常规及智能保护装置并行仿真测试、大规模变电站仿真环境搭建、柔性交直流系统半实物闭环连接等场景。
实施例2。
提供一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,采用在FPGA装置有4个光口和4个网口;由4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换,实现Aurora协议的解析。
通过4个网口中的网口1和网口2传输SV9-2和GOOSE数据;通过4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量;
FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅;
RTIO1与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim1连接,RTIO2与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim2连接;计算单元RTSim1、RTSim2,实现61850数字量的处理。
FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
具体,使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连;
计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。
其集成度高,可实现多种类型数据同步输出,接线简易。该接口装置,具有通道多的优点,其最多可提供64路AO、16路AI、64路DO、64路DI、48个百兆光口、8个千兆光口,可模拟100台合并单元、200台智能终端。与RTDS数字连接无量化误差,与RTDS同步分频无时间误差,具有高精度的特性。支持SCD解析和图形化连线,根据SCD配置进行数字报文收发,配置灵活。
本发明的基于Aurora协议的RTDS智能接口实现方法,该方法有具有同步性好、集成度高、通道数量多、接口简单、配置灵活等突出特点,适用于多台常规及智能保护装置并行仿真测试、大规模变电站仿真环境搭建、柔性交直流系统半实物闭环连接等场景。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于,设置有:
FPGA装置,实现Aurora协议的解析;
计算单元,实现61850数字量的处理;及
RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅。
2.根据权利要求1所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于:
所述FPGA装置有4个光口和4个网口;
4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换;
4个网口中的网口1和网口2用于传输SV9-2和GOOSE数据,4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量;
FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;
RTIO1与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim1连接,RTIO2与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim2连接。
3.根据权利要求2所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于:FPGA装置与RTDS通过光纤连接,实现2×128个32位整型数据的发送及接收。
4.根据权利要求3所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于:RTIO接口装置的VLAN功能实现SV、GOOSE的点对点及组网交互。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于:FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
6.根据权利要求5所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置,其特征在于:
使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连;
计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。
7.一种基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,其特征在于:
在FPGA装置有4个光口和4个网口;
由4个光口连接RTDS仿真系统,与RTDS仿真系统进行数据的实时交互和转换,实现Aurora协议的解析;
通过4个网口中的网口1和网口2传输SV9-2和GOOSE数据,通过4个网口中的网口3和网口4用于连接RTIO的模拟量和开关量;
FPGA装置的网口1、网口3与一组RTIO接口装置RTIO1连接,FPGA装置的网口2、网口4与另一组RTIO接口装置RTIO2连接;RTIO接口装置,集成有至少包含GTAO、GTAI、GTDO、GTDI、GTNET、GTSV板卡功能,实现模拟量、开关量的输入输出及SV、GOOSE的发布订阅;
RTIO1与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim1连接,RTIO2与可扩展连接多台光交换机的计算单元RTSim2连接;计算单元RTSim1、RTSim2,实现61850数字量的处理。
8.根据权利要求7所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,其特征在于:FPGA装置将RTDS的Aurora报文转换为计算单元能够接收的MAC报文,将从计算单元方向发送的MAC报文转换为RTDS的Aurora报文。
9.根据权利要求8所述的基于Aurora协议的RTDS智能接口装置实现方法,其特征在于:
使用Aurora高速串行协议的RTDS光纤接口接收RTDS的Aurora报文,通过串行器处理后,再进入第一先进先出存储器,数据从第一先进先出存储器弹出时,插入MAC报文所需的报文头,插入了报文头的数据再进入MAC以太网协议接口,MAC以太网协议接口与计算单元的网卡相连;
计算单元方向发送的MAC报文通过MAC以太网协议接口进入第二先进先出存储器,数据从第二先进先出存储器弹出时,删除MAC报文头,删除了MAC报文头的数据经过解串器处理后,进入RTDS光纤接口。
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- 2021-10-09 CN CN202111177316.4A patent/CN114039960A/zh active Pending
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