CN115525345A - 一种基于多核处理器的继电保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统继电保护技术领域的一种基于多核处理器的继电保护方法，特别是基于国内具有自主知识产权的多核处理器，旨在提高35kV及以下电压等级继电保护的可靠性：选取多核处理器中的一核作为管理CPU核运行管理程序，选取另一核作为保护CPU核运行保护程序，进行保护动作跳闸判别，选取第三核作为启动CPU核运行启动程序，进行故障启动判别；保护CPU核和启动CPU核相互校验，只有当保护CPU核做出保护跳闸决策，并且启动CPU核做出故障启动决策时，才进行实际出口跳闸隔离故障。本发明还公开了一种采用上述继电保护方法的继电保护装置。

Description

一种基于多核处理器的继电保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于多核处理器的继电保护方法及继电保护装置，涉及电力系统领域，尤其涉及电力系统继电保护技术。

背景技术

继电保护是维护电力系统安全稳定运行的第一道防线，需要快速、可靠地切除危害电网安全的系统故障。上世纪90年代以来，由于微机继电保护在功能可扩展性、运维便利性以及可靠性等方面，均具备巨大的优势，我国继电保护全面进入微机化时代。

芯片是微机继电保护的核心硬件，目前国产继电保护设备使用的芯片长期严重依赖进口，而近期国际贸易形势复杂多变，进口芯片面临断供的风险，这对电力能源的安全带来了极大的威胁。一旦电力系统继电保护因进口芯片断供而无芯片可用，将会直接影响继电保护装置的生产和供给，一方面会导致新建电力系统相关工程被延缓，另一方面会导致正在运行的继电保护设备无法得到有效的检修维护，若已有装置硬件故障后将无新硬件可替换，将会对变电站的可靠运行造成风险，导致整个电网的安全可靠运行都会受到重大影响。针对这种情况，若能够使用国内自主生产的芯片开发微机继电保护装置，则可以防范进口芯片断供的风险。

另一方面，110kV以下继电保护装置之前采用的进口主流CPU芯片一般为双核架构，通用做法是使用其中一核运行管理程序，负责人机界面、通讯的处理等，另一核作运行保护程序，负责保护逻辑判断、出口跳闸等，而且110kV以下继电保护装置普遍体积较小、硬件资源紧张，一般没有空间采用“保护CPU插件+启动CPU插件”的模式，因此大部分110kV以下的继电保护装置都是处于单处理器或者单CPU核进行保护逻辑判断处理的情况，若出现运行错误，存在导致保护判断错误从而误动的风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多核处理器、特别是国内具有自主知识产权的多核处理器的继电保护方法，以解决110kV以下继电保护装置采用单CPU运行保护程序从而存在运行错误导致保护误动风险的技术问题，同时防范进口芯片存在断供的风险。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于多核处理器的继电保护方法，包括如下步骤：

步骤1，选择多核处理器中的三个核分别作为管理CPU核，保护CPU核以及启动CPU核；其中管理CPU核运行管理程序，保护CPU核运行继电保护程序，启动CPU核运行启动程序；

步骤2，保护CPU核运行继电保护程序时，若判别为有故障发生则做出跳闸决策；

步骤3，启动CPU核运行启动程序时，若判别为有故障发生，则做出故障启动决策；

步骤4，保护CPU核的跳闸决策与启动CPU核的故障启动决策相互校验后决定继电保护是否进行出口跳闸隔离故障：只有当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，进行出口跳闸，隔离故障。

上述继电保护方法中，所述多核处理器，特别包括国内具有自主知识产权的多核处理器。

上述继电保护方法中，所述管理CPU核运行有操作系统，采用任务调度的方式运行。

上述继电保护方法中，所述保护CPU核、启动CPU核无操作系统，采用定时器中断的方式运行。

上述步骤4中所述的方法，包括如下步骤：

步骤1，保护CPU核采集保护模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护算法判别，当保护CPU核判别为有故障发生时，则做出跳闸的决策；

步骤2，启动CPU核采集启动模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护启动算法的判别，当启动CPU核判别为有故障发生时，则做出故障启动的决策；

步骤3，当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，进行实际出口跳闸，隔离故障，二者中缺少任一决策，则不进行出口跳闸。

本发明的技术方案还包括一种继电保护装置，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互连接；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令；所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如上所述的继电保护方法。

本发明的技术方案还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的继电保护方法。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、解决国外芯片断供导致继电保护设备可能出现无芯片可用的风险；

2、保护CPU核和启动CPU核相互校验后才能实际出口跳闸，这可以防止目前35kV及以下电压等级继电保护采用单处理器或者单CPU核运行保护程序时，可能出现因干扰、芯片异常等原因导致计算错误从而出现保护误跳闸的情况。

附图说明

图1是本发明方法基于多核处理器的继电保护架构图；

图2是本发明方法保护CPU核和启动CPU核相互校验的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施方式提供了一种基于多核处理器的继电保护方法，特别是基于国内具有自主知识产权的多核处理器芯片，其架构如图1所示。目前，国内主流的具有自主知识产权的处理器芯片已经采用了多核架构技术，而且技术已经比较成熟，图1即采用了这种自主多核处理器，本发明的基于自主芯片的继电保护方法步骤如下：

步骤1，选择自主多核处理器中的一个核作为管理CPU核，运行管理程序，负责人机界面显示、通信、打印等功能；

步骤2，选择自主多核处理器中的另一个核作为保护CPU核，运行保护程序，采集保护模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护算法判别，例如差动保护、过流保护、过电压保护等，当判别为有故障发生时，则做出跳闸的决策；

步骤3，再选择自主多核处理器中的第三个核作为启动CPU核，运行启动程序，采集启动模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护启动算法的判别，例如差动保护、过流保护、过电压保护等，当启动CPU核判别为有故障发生时，则做出故障启动的决策；

步骤4，保护CPU核的跳闸决策与启动CPU核的故障启动决策相互校验后决定继电保护是否进行出口跳闸隔离故障，只有当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，才进行实际出口跳闸，隔离故障。

上述基于多核处理器的继电保护方法应用于电力系统中，实现保护CPU核和启动CPU核相互校验后才能实际出口跳闸，可以防止目前35kV及以下电压等级继电保护采用单处理器或者单CPU核运行保护程序时，可能出现因干扰、芯片异常等原因导致计算错误从而出现保护误跳闸的情况。

实施例1：

某款成熟应用于继电保护以外其他领域的国内具有自主知识产权的多核处理器芯片，采用了4个64位的GS464高性能处理器核，当采用该款处理器用于继电保护时，选取其中的一个GS464处理器核作为管理CPU核运行管理程序，负责显示、通信、打印等功能的处理；再选取一个GS464处理器核作为保护CPU核运行保护程序，负责继电保护算法执行和电力系统故障判别；再选取第三个GS464处理器核作为启动CPU核，负责故障启动的判别。只有当保护CPU核决策为跳闸隔离故障、同时启动CPU核决策为故障启动时，才能实际出口跳闸隔离故障。

实施例2：

另一款成熟应用于其他领域的国内具有自主知识产权的多核处理器芯片，采用了4个ARM架构的A7处理器核，，当采用该款处理器用于继电保护时，选取其中的一个A7处理器核作为管理CPU核运行管理程序，负责显示、通信、打印等功能的处理；再选取一个A7处理器核作为保护CPU核运行保护程序，负责继电保护算法执行和电力系统故障判别；再选取第三个A7处理器核作为启动CPU核，负责故障启动的判别。只有当保护CPU核决策为跳闸隔离故障、同时启动CPU核决策为故障启动时，才能实际出口跳闸隔离故障。

上述步骤中，步骤1所述的管理CPU核，运行有操作系统，例如Linux操作系统，实现任务调度，管理程序所涉及的液晶显示、打印、通信等功能，均以任务方式运行，依靠系统调度各自运行。

上述步骤中所述的保护核和启动核，则采用无操作系统的模式，靠定时器中断实现循环运行，即使用电路中的定时器，按照设定延时，例如每200us运行一次上述的继电保护程序。

上述基于自主芯片的继电保护方法中，步骤4中保护CPU核与启动CPU核的相互校验的方法如图2所示，采用如下步骤：

步骤1，保护CPU核采集保护模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护算法判别，当保护CPU核判别为有故障发生时，则做出跳闸的决策；

步骤2，启动CPU核采集启动模拟量通道的电压、电流等数据，进行继电保护启动算法的判别，当启动CPU核判别为有故障发生时，则做出故障启动的决策；

步骤3，当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，进行实际出口跳闸，隔离故障，二者中缺少任一决策，则不进行出口跳闸。

以过流保护和过电压保护作为实施例对上述校验方法进行说明：

实施例3，过流保护：

保护CPU核采集电流保护通道的数据进行计算，得到保护通道电流的幅值，若达到过流保护定值，并且延时达到过流保护时间定值，则判别为有故障发生，做出跳闸的决策；而启动CPU核采集电流启动通道的数据进行计算，获得启动通道电流的幅值，若达到过流启动定值，并且延时达到过流保护启动时间定值，则做出过流故障启动的决策；当保护CPU核做出过流保护跳闸决策，同时启动CPU核做出过流故障启动决策时，进行实际出口跳闸，隔离故障。

实施例4，过电压保护：

保护CPU核采集电压保护通道的数据进行计算，获得保护通道电压的幅值，若达到过电压保护定值，并且延时达到过电压保护时间定值，则判别为有故障发生，做出跳闸的决策；而启动CPU核采集电压启动通道的数据进行计算，获得启动通道电压的幅值，若达到过电压启动定值，并且延时达到过电压保护启动时间定值，则做出过电压故障启动的决策；当保护CPU核做出过电压保护跳闸决策，同时启动CPU核做出过电压故障启动决策时，进行实际出口跳闸，隔离故障。

采用上述方法后，可防止目前35kV及以下电压等级继电保护采用单处理器或者单CPU核运行保护程序时，可能出现因干扰、芯片异常等原因导致计算错误从而出现保护误跳闸的情况。

基于相同的发明构思，本发明实施例提供了一种电子设备。该电子设备可以包括：一个或多个处理器和存储器，上述处理器和存储器通过总线相互连接。存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令执行上述方法实施例部分的方法。

应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。该存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性和/或易失性存储器，非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于多核处理器的继电保护方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1，选择多核处理器中的三个核分别作为管理CPU核，保护CPU核以及启动CPU核；其中管理CPU核运行管理程序，保护CPU核运行继电保护程序，启动CPU核运行启动程序；

步骤2，保护CPU核运行继电保护程序时，若判别为有故障发生则做出跳闸决策；

步骤3，启动CPU核运行启动程序时，若判别为有故障发生，则做出故障启动决策；

步骤4，保护CPU核的跳闸决策与启动CPU核的故障启动决策相互校验后决定继电保护是否进行出口跳闸隔离故障：只有当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，进行出口跳闸，隔离故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于多核处理器的继电保护方法，其特征是，所述多核处理器为国内具有自主知识产权的多核处理器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多核处理器的继电保护方法，其特征是，所述管理CPU核运行有操作系统，采用任务调度的方式运行。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于多核处理器的继电保护方法，其特征是，所述保护CPU核、启动CPU核无操作系统，采用定时器中断的方式运行。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于多核处理器的继电保护方法，其特征是，步骤4具体包括如下步骤：

步骤1，保护CPU核采集保护模拟量通道的电压、电流数据，进行继电保护算法判别，当保护CPU核判别为有故障发生时，则做出跳闸决策；

步骤2，启动CPU核采集启动模拟量通道的电压、电流数据，进行继电保护启动算法的判别，当启动CPU核判别为有故障发生时，则做出故障启动决策；

步骤3，当保护CPU核做出跳闸决策，同时启动CPU核做出故障启动决策时，进行实际出口跳闸，隔离故障。

6.一种继电保护装置，其特征是，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互连接；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令；所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-5中任一所述基于多核处理器的继电保护方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征是，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5任一项所述的方法。

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