CN202260635U - 一种通信用数字化变电站信号合并单元 - Google Patents

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张晓煜
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Zhong Tong clothing consulting and Design Research Institute Co., Ltd.
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Jiangsu Posts and Telecommunications Planning and Designing Institute Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种通信用数字化变电站信号合并单元，包括FPGA处理器、连接FPGA处理器的数据地址总线，所述数据地址总线上分别连接ARM处理器、以太网控制器、RAM存储器以及ROM存储器；所述ARM处理器用于支持WindowsCE操作系统，对获得的数据进行打包并通过以太网络控制器发送出去。本实用新型可以提供小于的14μs的中断服务程序响应时间和小于103μs的中断服务线程响应时间，分别为OMAC最长响应时间要求的2.6%和20.6%，完全可以满足合并单元上运行的实时性要求。

Description

一种通信用数字化变电站信号合并单元
技术领域
本实用新型属于数字化变电站自动化通信技术领域，特别是一种通信用数字化变电站信号合并单元。
背景技术
近年来随着电网电流电压的提高，模拟式的常规互感器由于包含铁芯，在使用过程中会有励磁和铁芯饱和的现象出现，线性测量范围狭窄，并且随着电压等级的增高，在绝缘方面出现的问题不但提高了对生产常规互感器的技术要求，同时也带来了常规互感器生产和制造成本大幅度提高。然而随着基于电子学、光学原理的新型电流、电压互感器研究的突破，尤其是基于罗氏空心线圈的电流互感器的研制已经进入了实用化阶段。电子式互感器的输出信号是低功率的模拟信号，考虑到抗干扰的因素，输出信号在就地数字化以后使用光纤作为传输介质发送给下层的合并单元。基于微处理技术和电子技术的电子式互感器不仅结构紧凑、绝缘可靠，而且可提供丰富的状态信息和自检信息。
一次设备的集成化和数字化使人们开始考虑将一些间隔层的功能直接下放到过程层中去完成，并用串行光缆代替大量的并行电缆来连接过程层和间隔层。为了解决数字化变电站中存在的不同厂家生产的设备中网络和通信协议互不兼容，通信协议转换繁琐，可靠性低以及维护成本高的问题，IEC(国际电工委员会)已制定了若干可用于实现过程层与间隔层串行通信的国际标准，如变电站自动化系统内部通信标准IEC 61850-9，又如电子式互感器标准IEC 60044-7和IEC 60044-8也详细规范了互感器与二次保护测控设备的接口，并在IEC60044中首次提出了作为二次设备数据接口的重要组成部分“合并单元”的概念。
目前在合并单元中使用比较广泛的是以单个FPGA或者DSP处理器或者两者结合的FPGA+DSP结构的合并单元，不使用操作系统或是使用小型实时操作系统μc/OS-Ⅱ，随着IEC 61850规约在中国的广泛应用，以上结构的合并单元普遍存在处理能力有限，与IEC 61850规约兼容性差、对于基于XML的数据交换兼容性较差、网络功能不强、实时性能不高等缺点。目前各大生产电力设备的公司和企业都在开发和研制新型的合并单元。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种通信用数字化变电站信号合并单元。
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种通信用数字化变电站信号合并单元，包括FPGA处理器、连接FPGA处理器的数据地址总线，所述数据地址总线上分别连接ARM处理器、以太网控制器、RAM存储器以及ROM存储器；
所述FPGA处理器用于接收外部的同步信号，进行采样数据的CRC校检以及使用FIFO对多路输入数据排序；FPGA作为协处理器，可以高效高速完成合并单元数据采集和同步信号处理的任务，利用其FIFO结构可以方便的对采样数据进行排序，减少了主处理器数据处理的工作量。
所述ARM处理器用于支持Windows CE操作系统，对获得的数据进行打包并通过以太网络控制器发送出去。
本实用新型中，所述RAM存储器为SDRAM内存芯片。
本实用新型中，所述ROM存储器为FLSAH闪存芯片。
本实用新型中，所述ARM处理器包括内存管理单元和双以太网接口。
有益效果：本实用新型可以提供小于的14μs 的中断服务程序响应时间和小于103μs的中断服务线程响应时间，分别为OMAC（The Open Modular Architecture Controls Users' Group开放式模块架构控制用户集团）最长响应时间要求的2.6%和20.6%，完全可以满足合并单元上运行的实时性要求。本实用新型合并单元可提供最高为400MHz主频的运算速度、双以太网接口、多流水线结构和独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，按照每周波采样80点数据计算，每两次采样之间可以执行超过1万条32位指令，完全可以满足对合并单元高速采样时数据的处理。同时可以高效高速完成合并单元数据采集和同步信号处理的任务，利用其FIFO结构可以方便的对采样数据进行排序，减少了主处理器数据处理的工作量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型所述合并单元使用功能图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种通信用数字化变电站信号合并单元，包括FPGA处理器、连接FPGA处理器的数据地址总线，所述数据地址总线上分别连接ARM处理器、以太网控制器、RAM存储器以及ROM存储器；所述FPGA处理器用于接收外部的同步信号，进行采样数据的CRC校检以及使用FIFO对多路输入数据排序；所述ARM处理器用于支持Windows CE操作系统，对获得的数据进行打包并通过以太网络控制器发送出去。所述RAM存储器为SDRAM内存芯片。所述ROM存储器为FLSAH闪存芯片。所述ARM处理器包括内存管理单元和双以太网接口。
实施例
如图1所示，本实施例所述合并单元主要由FPGA和ARM处理器构成，FPGA负责处理接收来自变电站的同步信号1、同步信号2的生成、采样数据的CRC校检以及使用FIFO对12路输入数据进行排序，12路输入数据如图2所示。ARM处理器拥有MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）、双以太网等丰富的接口，主要对Windows CE操作系统提供支持，对采集到的数据按照IEC 61850-9-1打包并通过以太网络控制器发送给二次侧的保护和计量设备，同时在应用层上提供协议处理、服务支持和XML文件的处理和配置。
本实施例使用IEC 61850-9-1规约，对于采样数据的传输使用点对点的方式，所以在网络配置上使用两个DM9000A百兆网络芯片，为合并单元提供双以太网输出能力，可以同时为两个设备传输采样数据。
本实施例利用了ARM处理器速度快，处理能力强、接口丰富、网络功能强大以及Windows CE的实时多任务处理能力强的优点。ARM处理器采用Samsung的s3c2440芯片，它提供了SD卡扩展接口，在需要的时候也可以通过外接存储卡来扩展系统存储容量。考虑到IEC61850规约中提出的变电站配置语言(Substation Configuration Language)遵循于XML语法规定，而WinCE完全支持W3C的XML的最新规范，并且微软在.NET Compact Framework 2.0中也提供了功能强大的XML类库，使得操作系统对使用XML格式的数据流处理更加方便和快捷。
由于在合并单元的运行过程中并不涉及到复杂的数值运算也不需要运行大型应用程序，所以在存储的配置上只是用了64M的RAM加64M的ROM的配置，RAM使用SDRAM内存芯片，具有运行速度快的特点，作为Windows CE系统的运行内存；ROM使用FLSAH闪存芯片，具有掉电不丢失数据的功能，存储速度比RAM慢，作为Windows CE系统的存储区，也可以用来存放应用程序和文件系统。
使用Windows CE 6.0作为操作系统为合并单元提供了强大的网络功能和丰富的服务和程序接口，对IEC 61850中众多的基于应用层的服务可以提供更好的支持，提高了合并单元与IEC 61850规约的兼容性，并为采样值传输模型从Part9-1过渡到Part9-2打下了基础，同时借助.NET Compact Framework提供的强大的库函数可以快速高效的完成对SCL语言的生成、校检和解析功能。使通过过程网络对合并单元进行远程配置成为了可能。
本实用新型提供了一种通信用数字化变电站信号合并单元的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种通信用数字化变电站信号合并单元，其特征在于，包括FPGA处理器、连接FPGA处理器的数据地址总线，所述数据地址总线上分别连接ARM处理器、以太网控制器、RAM存储器以及ROM存储器；
所述FPGA处理器用于接收外部的同步信号，并对采样数据进行CRC校检以及使用FIFO对多路输入数据排序；
所述ARM处理器用于支持Windows CE操作系统，对获得的数据进行打包并通过以太网络控制器发送出去。
2.根据权利要求1所述的一种通信用数字化变电站信号合并单元，其特征在于，所述RAM存储器为SDRAM内存芯片。
3.根据权利要求1所述的一种通信用数字化变电站信号合并单元，其特征在于，所述ROM存储器为FLSAH闪存芯片。
4.根据权利要求1所述的一种通信用数字化变电站信号合并单元，其特征在于，所述ARM处理器包括内存管理单元和双以太网接口。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109254221A (zh) * 2018-11-26 2019-01-22 南方电网科学研究院有限责任公司 一种智能变电站的数据处理方法
CN112988631A (zh) * 2019-12-16 2021-06-18 西安西电电力系统有限公司 一种基于现场可编程门阵列的数据处理方法及装置
CN113721506A (zh) * 2021-08-17 2021-11-30 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 基于epa技术的船用光电信号采集单元

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