CN115065040B - 一种电力芯片可重构纳米继电器阵列及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力芯片可重构纳米继电器阵列及其控制方法，属于电力系统领域，电力芯片可重构纳米继电器阵列包括：业务控制器、多路选择器、数据传输总线及多个纳米继电器；业务控制器根据电力业务集生成控制信号及数据信号；多路选择器用于根据控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制；针对任一电力业务信息，执行第n个业务步骤的纳米继电器根据第n‑1个业务步骤的电力业务数据执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤的纳米继电器根据第N‑1个业务步骤的电力业务数据执行第N个业务步骤，得到最终电力业务数据。对各纳米继电器进行并行组合时序控制，提高了电力业务处理的效率。

Description

一种电力芯片可重构纳米继电器阵列及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种电力芯片可重构纳米继电器阵列及其控制方法。
背景技术
电力系统是国家关键基础设施，是国家能源供应体系的重要部分。电力工控设备是电网安全稳定运行的核心装备。从简单的电力线路到复杂的电网线路，再到特高压输电网络，每次电网的重大变革都伴随着电力工控装备的重大技术进步。当前，随着清洁低碳、安全高效的能源体系建设，以化石能源集中生产，特高压远距离传输为特征的传统电力系统加速向以新能源为主体、分布式智能电网为特征的新型电力系统转变。在此过程中，高比例可再生能源、高比例电力电子设备接入正在迅速改变电网的物理特性，产生的影响越来越复杂，电网的调节控制难度随之显著增大。
传统的电力工控装置采用通用CPU（central processing unit，中央处理器）芯片，以毫秒级数据采集、兆级报文流量、十兆级通信带宽，无法适应新型电力系统的微秒级动态响应、百兆级网络风暴流量、千兆级业务数据传输的要求。以电力系统中对实时性要求最高继电保护装置为例，当前微机保护是以CPU运行保护算法软件程序，来分析计算电力系统的故障判定电气量，再通过比对决定是否发出跳闸信号。其顺序执行、串行处理的程序调用方式，难以适应电力电子设备微秒级动态特性要求，速度慢、效率低。而受限于微机保护的方法、技术、架构，单纯提升通用计算平台的算力已无法满足新型电力系统高实时、大流量、高速通信的业务计算能力要求。
新型电力系统及电网数字化发展趋势对电力工控装备的业务算力提出了跨越式的要求，延续提升通用CPU算力的技术路线则存在经济性与可靠性不足的问题。针对通用CPU芯片技术路线出现的瓶颈，以纳米继电器为核心的电力专用芯片技术路线被提出。纳米继电器以专用集成电路的形式直接实现电力保护、控制、监测等业务原理。当前，纳米继电器技术的理论方法尚不完善，当前仍停留在以组合逻辑电路构建纳米继电器阶段，存在以下问题：一方面，实现特定业务功能的纳米继电器之间以固定的硬件电路连线连接，功能模块之间无法进行组合调用，缺少灵活性；另一方面，纳米继电器仅加速了业务计算过程，无法避免与CPU、内存进行频繁地交互，产生大量的访存产生损耗和延时，对比通用CPU技术方案性能、速度提升的优势不大。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力芯片可重构纳米继电器阵列及其控制方法，可缩短业务计算时间，降低计算功耗，提高电力业务处理效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电力芯片可重构纳米继电器阵列，包括业务控制器、多路选择器、数据传输总线及多个纳米继电器；
所述业务控制器及各纳米继电器均与所述数据传输总线连接；
所述业务控制器用于接收电力业务集，并根据所述电力业务集生成控制信号及数据信号；所述电力业务集中包括多个电力业务信息；各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤；所述数据信号包括各纳米继电器需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据；
所述多路选择器分别与所述业务控制器及各纳米继电器连接，所述多路选择器用于根据所述控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制；
针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器用于根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器；
执行第n个业务步骤的纳米继电器用于根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数；
执行第N个业务步骤的纳米继电器用于根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
可选地，电力业务信息为电力系统的继电保护业务。
可选地，各电力业务信息的业务步骤包括半周傅里叶基波运算、全周傅里叶基波运算、最小二乘滤波算法、卡尔曼滤波算法、直流分量计算中的至少一者。
可选地，各纳米继电器包括：
存储阵列，与所述数据传输总线连接，用于存储各电力业务信息中前一业务步骤的电力业务数据及当前业务步骤的电力业务数据；
组合逻辑电路，与所述多路选择器及所述存储阵列连接，用于在所述多路选择器的控制下，根据前一业务步骤的电力业务数据执行当前业务步骤，得到当前业务步骤的电力业务数据。
可选地，所述存储阵列为非易失性存储器。
可选地，所述组合逻辑电路包括：特征提取电路模块、数值比较电路模块、采样保持电路模块、模数转换电路模块、报文解析电路模块、滤波电路模块、插值同步电路模块、数据压缩电路模块、电气量计算电路模块、频率测量与跟踪电路模块中至少一种电路模块。
可选地，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列还包括输入输出接口；
所述业务控制器还用于将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线传输至输入输出接口。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
一种电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法，包括：
通过业务控制单元接收电力业务集；所述电力业务集中包括多个电力业务信息；各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤；
通过业务控制单元将各电力业务信息的业务步骤分配至各纳米继电器，生成控制信号及数据信号；所述数据信号包括各纳米继电器需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据；
通过多路选择器根据所述控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制；
针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器；
执行第n个业务步骤的纳米继电器根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数；
执行第N个业务步骤的纳米继电器根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
可选地，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法还包括：
通过业务控制器将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线传输至输入输出接口。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过业务控制器将电力业务信息的业务步骤分配至多个纳米继电器，通过多路选择器对各纳米继电器进行并行组合时序控制，缩短多电力业务并发的处理时间，提高了电力业务处理的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电力芯片可重构纳米继电器阵列的示意图；
图2为存算一体的纳米继电器的示意图；
图3为本发明电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法的流程图；
图4为电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法的一种流程示意图；
图5为电力业务计算逻辑业务组成示意图；
图6为纳米继电器阵列组合优化控制方法示意图。
符号说明：
业务控制器-1，多路选择器-2，纳米继电器-3，存储阵列-31，组合逻辑电路-32，数据传输总线-4，输入输出接口-5，CPU-6，内存-7。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电力芯片可重构纳米继电器阵列，通过将电力业务信息的业务步骤分配至多个纳米继电器，对各纳米继电器进行并行组合时序控制，缩短多电力业务并发的处理时间，提高了电力业务处理的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明电力芯片可重构纳米继电器阵列包括：业务控制器1、多路选择器2、数据传输总线4及多个纳米继电器3。
其中，所述业务控制器1及各纳米继电器3均与所述数据传输总线4连接。
所述业务控制器1用于接收电力业务集，并根据所述电力业务集生成控制信号及数据信号。所述电力业务集中包括多个电力业务信息。各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤。所述数据信号包括各纳米继电器3需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据。
具体地，业务控制器1根据CPU6下发的控制、保护、监测业务需求，生成纳米继电器3控制顺序编码。进一步地，业务控制器1通过优化调度生成纳米继电器3组合控制输出时序，即控制信号。并通过多路选择器2输出组合选通信号控制纳米继电器3执行并行计算。优化调度的目标为以最小的时间完成周期内并发的电力业务，需要满足约束：1）电力业务的一个计算步骤必须在上一步骤完成之后才可以进行；2）电力业务具备确定的计算流程，纳米继电器3在同一时间只能进行一次电力数据处理。
在本实施例中，电力业务信息为电力系统的继电保护业务。各电力业务信息的业务步骤包括半周傅里叶基波运算、全周傅里叶基波运算、最小二乘滤波算法、卡尔曼滤波算法、直流分量计算中的至少一者。
所述多路选择器2分别与所述业务控制器1及各纳米继电器3连接，所述多路选择器2用于根据所述控制信号对各纳米继电器3的启动和关闭进行组合时序控制。具体地，多路选择器2根据纳米继电器控制顺序编码（控制信号）依次向纳米继电器提供选通信号。
针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器3用于根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线4传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器3。
执行第n个业务步骤的纳米继电器3用于根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线4传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器3，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数。
执行第N个业务步骤的纳米继电器3用于根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
具体地，纳米继电器3执行电力业务算法，对输入的电力数据或采样信号进行处理，输出电力数据或采样信号。通过业务控制器组合调用纳米继电器，能够增加纳米继电器在使用时的灵活性。
优选地，如图2所示，各纳米继电器3包括存储阵列31及组合逻辑电路32。
其中，所述存储阵列31与所述数据传输总线4连接，所述存储阵列31用于存储各电力业务信息中前一业务步骤的电力业务数据及当前业务步骤的电力业务数据。在本实施例中，所述存储阵列31为非易失性存储器。存储阵列31为浮栅场效应管或SONOS场效应管。存储阵列31可进行数据读写与存储。
所述组合逻辑电路32与所述多路选择器2及所述存储阵列31连接，所述组合逻辑电路32用于在所述多路选择器2的控制下，根据前一业务步骤的电力业务数据执行当前业务步骤，得到当前业务步骤的电力业务数据。
组合逻辑电路32的计算结果直接存入存储阵列31，存储阵列31通过数据传输总线4与其他纳米继电器3的存储阵列31及输入输出接口5进行数据交换。减少了电力业务在多个步骤的计算数据反复存取，缩短了业务计算时间，降低了计算功耗。
进一步地，组合逻辑电路32与存储阵列31均具有选通接口和控制接口，以接受控制。
在本实施例中，所述组合逻辑电路32包括：特征提取电路模块、数值比较电路模块、采样保持电路模块、模数转换电路模块、报文解析电路模块、滤波电路模块、插值同步电路模块、数据压缩电路模块、电气量计算电路模块、频率测量与跟踪电路模块中至少一种电路模块。
进一步地，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列还包括输入输出接口5。所述业务控制器1还用于将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线4传输至输入输出接口5或电力芯片的内存7。
在本实施例中，纳米继电器3采用逻辑判断纳米继电器、采样值处理类纳米继电器、电气参量计算类纳米继电器、时间管理类纳米继电器、通信管理类纳米继电器、过电流保护逻辑继电器、差动保护逻辑继电器、模拟量处理纳米继电器和报文解析纳米继电器中的任意一种。所述组合逻辑电路是根据电力系统继电保护业务的保护算法逻辑进行构建的。
逻辑判断纳米继电器的输出只有两种状态，“是”或者“否”。“是”和“否”的临界点用“不等式”的“判据”来表达。所述的“不等式”的“判据”在电路中通过设计由数值比较、触发器和逻辑门电路构成的组合逻辑电路实现。如组合逻辑电路根据电力系统继电保护业务中“电流差动保护”、“方向电流保护”、“零序电流保护”、“距离保护”“纵联保护”、“高频保护”、“光纤差动保护”、“负序电流保护”的保护算法逻辑，分别进行构建确定的。
当初始输入数据为模拟量信号时，组合逻辑电路包括依次连接的信号调理电路模块、带限滤波电路模块、采样保持电路模块、模/数转换电路模块、特征提取电路模块、数值比较电路模块和逻辑判断电路模块。
具体地，组合逻辑电路模块用于通过执行业务步骤对模拟量信号进行逻辑判断处理，输出开关量信号。其中，信号调理电路子模块用于对模拟量信号进行放大和保护前段电路，得到放大信号。带限滤波电路子模块用于对放大信号进行滤波处理，得到去噪后的模拟信号量。采样保持电路子模块用于确保模/数转换电路子模块对去噪后的模拟信号量进行信号转换后得到数字信号的转换精度。特征提取电路子模块用于执行业务步骤提取由模/数转换电路子模块进行信号转换后得到的数字信号的信号参数进行计算，得到特征量。数值比较电路子模块用于将特征量与CPU6发送预设的整定参数进行比较，得到比较结果。逻辑判断电路子模块用于根据保护业务逻辑对比较结果进行数值比较结果驱动输出，输出对应的开关量信号。
当初始输入数据为数字信号时，所述组合逻辑电路32包括特征提取电路模块、数值比较电路模块和逻辑判断电路模块。
各纳米继电器3的组合逻辑电路32执行业务步骤对输入数据进行逻辑判断处理，输出开关量信号。其中，特征提取电路模块用于执行业务步骤提取输入数据的信号参数进行计算，得到特征量。特征量至少包括基波分量、直流分量和各整数次谐波分量中一种。数值比较电路模块用于将特征量与CPU6发送预设的整定参数进行比较，得到比较结果。逻辑判断电路模块用于根据保护业务逻辑对比较结果进行数值比较结果驱动输出，输出对应的开关量信号。
具体地，纳米继电器3为基于集成电路的过电流保护逻辑继电器，数字信号为每相电流的离散采样值。特征提取电路子模块用于执行业务步骤提取每相电流的离散采样值的信号参数进行计算，得到特征量。特征量为每相电流的模值。数值比较电路子模块用于将特征量与CPU6发送预设的整定电流参数进行比较，得到比较结果。逻辑判断电路子模块用于根据保护业务逻辑对比较结果进行数值比较结果驱动输出，输出过流保护开关量信号。
纳米继电器3为基于集成电路的差动保护逻辑继电器，数字信号为差动保护逻辑继电器保护设备在正常情况下流入电流和流出电流的离散采样值时。特征提取电路子模块，用于执行业务步骤提取流入电流和流出电流的矢量并进行计算，得到差电流值。数值比较电路子模块用于将差电流值与CPU6发送预设的整定参数进行比较，得到比较结果。逻辑判断电路子模块用于根据保护业务逻辑对比较结果进行数值比较结果驱动输出，输出差动保护开关量信号。
当初始输入数据为电力报文数据时，所述组合逻辑电路32包括外围信号处理电路模块、报文解码电路模块、低通滤波电路模块和插值电路模块。组合逻辑电路32用于执行业务步骤对电力原始报文数据采样差值处理，输出采样值报文数据。
其中，外围信号处理电路模块用于对电力报文数据进行风暴抑制和报文分发处理，得到待处理的电力原始报文数据。报文解码电路子模块用于对经过抑制和分发处理后的电力报文数据进行识别、去重处理和解析，得到目标电力报文数据。低通滤波电路子模块用于对目标电力报文数据进行低通滤波处理，得到去噪后的目标电力报文数据。插值电路子模块用于调用采样值算法对目标电力报文数据进行插值同步处理，得到目标采样点数的采样值报文数据。
如图3所示，本发明电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法包括：
S1：通过业务控制单元接收电力业务集。所述电力业务集中包括多个电力业务信息。各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤。
S2：通过业务控制单元将各电力业务信息的业务步骤分配至各纳米继电器，生成控制信号及数据信号。所述数据信号包括各纳米继电器需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据。
S3：通过多路选择器根据所述控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制。
S4：针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器。
S5：执行第n个业务步骤的纳米继电器根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数。
S6：执行第N个业务步骤的纳米继电器根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
进一步地，电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法还包括：
S7：通过业务控制器将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线传输至输入输出接口。
作为一种具体地实施方式，如图4所示，业务控制器接收电力业务执行命令：Y1，Y2，Y3...，业务控制器将电力业务分解为纳米继电器可执行的电力业务执行步骤：Y101、Y102...。对纳米继电器与电力业务执行步骤进行组合优化计算，同时满足步骤顺序约束和纳米继电器计算约束，得到纳米继电器控制时序。通过多路选择器选通相应的纳米继电器。被选中的纳米继电器通过业务专用总线读取计算上一业务步骤的纳米继电器中的电力业务数据作为本次计算的输入数据。输入数据经纳米继电器中的组合逻辑电路计算并将电力业务数据并保存至存储阵列中。在电力业务的最后业务步骤被执行之后，业务控制器通过业务专用总线将最终电力业务数据输出至输入输出接口或芯片的存储器。
为了更好的理解本发明的方案，下面结合具体实施例进一步进行说明。
在本实施例中，电力业务集包括三个电力业务信息。纳米继电器的数量为3个。第一个电力业务由3个数值或逻辑计算步骤组成，分别为Y101、Y102、Y103。第二个电力业务由2个数值或逻辑计算步骤组成，分别为Y201、Y202。第三个电力业务由3个数值或逻辑计算步骤组成，分别为Y301、Y302、Y303。其中，Y101、Y201、Y302可由第一个纳米继电器处理计算。Y102、Y303可由第二个纳米继电器处理计算。Y103、Y202、Y301可由第三个纳米继电器处理计算，如图5所示。
特别地，由于纳米继电器由组合逻辑电路与存储阵列组成，具备存算一体功能，纳米继电器的处理计算结果数据可通过数据传输总线直接传输至下一步骤计算的纳米继电器存储阵列中，无需经过主存的访问与存取，避免了时间与功耗的浪费。业务控制器根据纳米继电器与业务步骤的约束和进行优化计算，得到纳米继电器阵列的组合控制输出时序：([1,3],[1,2,3],[1,2],[1,2,3],[2,3],[2])，如图6所示。
需要说明的是，业务控制器对纳米继电器的组合优化数学模型进行求解，现有的此类组合优化问题的求解方法比较多，是一个传统的优化求解问题，因此本发明在此不再赘述。
业务控制器通过优化调度生成优化的纳米继电器组合控制输出时序，并通过多路选择器输出组合选通信号控制纳米继电器并行计算。
本发明使用硬件并行逻辑电路代替CPU软件串行计算，并且纳米继电器具有存算一体功能，能够减少电力业务在多个步骤的计算数据反复存取，缩短业务计算时间，降低计算功耗。此外，业务控制器对纳米继电器的组合优化控制方法能够优化纳米继电器的控制时序，缩短多电力业务并发的处理时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列包括业务控制器、多路选择器、数据传输总线及多个纳米继电器；
所述业务控制器及各纳米继电器均与所述数据传输总线连接；
所述业务控制器用于接收电力业务集，并根据所述电力业务集生成控制信号及数据信号；所述电力业务集中包括多个电力业务信息；各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤；所述数据信号包括各纳米继电器需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据；
所述多路选择器分别与所述业务控制器及各纳米继电器连接，所述多路选择器用于根据所述控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制；
针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器用于根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器；
执行第n个业务步骤的纳米继电器用于根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过所述数据传输总线传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数；
执行第N个业务步骤的纳米继电器用于根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
2.根据权利要求1所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，电力业务信息为电力系统的继电保护业务。
3.根据权利要求1所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，各电力业务信息的业务步骤包括半周傅里叶基波运算、全周傅里叶基波运算、最小二乘滤波算法、卡尔曼滤波算法、直流分量计算中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，各纳米继电器包括：
存储阵列，与所述数据传输总线连接，用于存储各电力业务信息中前一业务步骤的电力业务数据及当前业务步骤的电力业务数据；
组合逻辑电路，与所述多路选择器及所述存储阵列连接，用于在所述多路选择器的控制下，根据前一业务步骤的电力业务数据执行当前业务步骤，得到当前业务步骤的电力业务数据。
5.根据权利要求4所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，所述存储阵列为非易失性存储器。
6.根据权利要求4所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，所述组合逻辑电路包括：特征提取电路模块、数值比较电路模块、采样保持电路模块、模数转换电路模块、报文解析电路模块、滤波电路模块、插值同步电路模块、数据压缩电路模块、电气量计算电路模块、频率测量与跟踪电路模块中至少一种电路模块。
7.根据权利要求1所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列还包括输入输出接口；
所述业务控制器还用于将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线传输至输入输出接口。
8.一种电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法，应用于权利要求1-7任一项所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列，其特征在于，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法包括：
通过业务控制单元接收电力业务集；所述电力业务集中包括多个电力业务信息；各电力业务信息包括初始输入数据及多个顺序执行的业务步骤；
通过业务控制单元将各电力业务信息的业务步骤分配至各纳米继电器，生成控制信号及数据信号；所述数据信号包括各纳米继电器需执行的业务步骤及各电力业务信息的初始输入数据；
通过多路选择器根据所述控制信号对各纳米继电器的启动和关闭进行组合时序控制；
针对任一电力业务信息，执行第一个业务步骤的纳米继电器根据所述电力业务信息的初始输入数据执行第一个业务步骤，得到第一个业务步骤的电力业务数据，并将第一个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第2个业务步骤的纳米继电器；
执行第n个业务步骤的纳米继电器根据第n-1个业务步骤的电力业务数据，执行第n个业务步骤，得到第n个业务步骤的电力业务数据，并将第n个业务步骤的电力业务数据通过数据传输总线传输至执行第n+1个业务步骤的纳米继电器，1<n≤N-1，N为电力业务信息中业务步骤的总数；
执行第N个业务步骤的纳米继电器根据第N-1个业务步骤的电力业务数据，执行第N个业务步骤，得到所述电力业务信息的最终电力业务数据。
9.根据权利要求8所述的电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法，其特征在于，所述电力芯片可重构纳米继电器阵列的控制方法还包括：通过业务控制器将各电力业务信息的最终电力业务数据通过数据传输总线传输至输入输出接口。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103873363A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 华北电力大学（保定） 一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法
CN113258926A (zh) * 2021-06-18 2021-08-13 南方电网数字电网研究院有限公司 基于集成电路的纳米继电器
CN113258546A (zh) * 2021-07-01 2021-08-13 南方电网数字电网研究院有限公司 芯片级软硬件协同继电保护装置
CN113690836A (zh) * 2021-08-19 2021-11-23 南方电网数字电网研究院有限公司 芯片化继电保护装置和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10061590B2 (en) * 2015-01-07 2018-08-28 Micron Technology, Inc. Generating and executing a control flow

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103873363A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 华北电力大学（保定） 一种电力光纤通信网业务的双路由配置方法
CN113258926A (zh) * 2021-06-18 2021-08-13 南方电网数字电网研究院有限公司 基于集成电路的纳米继电器
CN113258546A (zh) * 2021-07-01 2021-08-13 南方电网数字电网研究院有限公司 芯片级软硬件协同继电保护装置
CN113690836A (zh) * 2021-08-19 2021-11-23 南方电网数字电网研究院有限公司 芯片化继电保护装置和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种数字芯片故障检测仪设计;华国环等;《实验室研究与探索》;20220131;第41卷(第1期);第80-84页 *
芯片化保护测控装置方案研究;习伟等;《电网与清洁能源》;20161130;第32卷(第11期);第91-96页 *

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