[發(fā)明專利]一種適用于智能變電站的一層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210559437.X
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103036893A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭玉平;周華良;黃國方;吳海;夏雨;謝黎
• 申請（專利權(quán)）人: 國電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L12/70;H02J13/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)智能變電站數(shù)據(jù)通信及其數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用，屬工業(yè)控制及工業(yè)通訊技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)智能變電站設(shè)備通常分為過程層（設(shè)備層）、間隔層、站控層共三層。其中過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端等，完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測等相關(guān)功能。間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、測控裝置等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。站控層包含自動(dòng)化系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站或一個(gè)以上一次設(shè)備的測量和控制的功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。對于三層不同的設(shè)備其網(wǎng)絡(luò)通訊接口多為以太網(wǎng)接口，涉及到關(guān)鍵數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)通訊介質(zhì)往往需要采用光纖傳輸。

對于過程層和間隔層設(shè)備而言，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ㄓ崊f(xié)議有用于傳輸各類開關(guān)狀態(tài)信息及設(shè)備跳閘出口的GOOSE（Generic?Object?Oriented?Substation?Event，是一種面向通用對象的變電站事件。主要用于實(shí)現(xiàn)在多IED之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘信號，具有高傳輸成功概率）網(wǎng)絡(luò)、用于傳輸關(guān)鍵實(shí)時(shí)模擬量的SV網(wǎng)絡(luò)等；而對于站控層設(shè)備而言，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ㄓ崊f(xié)議多數(shù)為用于變電站數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視控制用的MMS（manufacturing?message?specification，即制造報(bào)文規(guī)范，是ISO/IEC9506標(biāo)準(zhǔn)所定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。MMS規(guī)范了工業(yè)領(lǐng)域具有通信能力的智能傳感器、智能電子設(shè)備、智能控制設(shè)備的通信行為，使出自不同制造商的設(shè)備之間具有互操作性）網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)間隔層的設(shè)備通常也需要支持MMS網(wǎng)絡(luò)；此外，隨著精準(zhǔn)對時(shí)協(xié)議IEEE61588的推廣，基于網(wǎng)絡(luò)對時(shí)的應(yīng)用也逐漸盛行，多網(wǎng)絡(luò)接口的需要日漸增多。

因此，目前階段各個(gè)電力設(shè)備制造廠家所設(shè)計(jì)的智能設(shè)備多數(shù)采用分網(wǎng)絡(luò)接口的方式來處理，即MMS網(wǎng)絡(luò)口、GOOSE網(wǎng)絡(luò)口、SV網(wǎng)絡(luò)口（61850-9-2）、1588網(wǎng)絡(luò)口等，分別獨(dú)立并各自應(yīng)用（僅有部分網(wǎng)絡(luò)功能已共網(wǎng)口，但無全部合一的網(wǎng)絡(luò)形式），滿足了目前現(xiàn)行功能實(shí)現(xiàn)的要求。隨著智能變電站系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展，各個(gè)問題及弊端也顯現(xiàn)出來，如整個(gè)系統(tǒng)的集成度不夠，工程實(shí)施過程中網(wǎng)絡(luò)布線過多、變電站造價(jià)成本上升、單臺設(shè)備功耗偏大、硬件故障點(diǎn)增多等實(shí)際問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是通過一個(gè)獨(dú)立MAC控制器的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通道，來實(shí)現(xiàn)智能變電站現(xiàn)行各類數(shù)據(jù)須使用到的如MMS報(bào)文、GOOSE報(bào)文、SV報(bào)文和1588對時(shí)報(bào)文等的接收、存儲、分類、計(jì)算處理以及發(fā)送控制的相關(guān)系列功能，使得智能變電站各層設(shè)備能夠精簡網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、降低設(shè)備功耗及成本、增強(qiáng)單套設(shè)備可靠性，同時(shí)簡化工程現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及施工難度、提高系統(tǒng)集成度，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可維護(hù)性。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本技術(shù)方案是采用了FPGA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立MAC的以太網(wǎng)控制器功能、通過對MAC接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)根據(jù)報(bào)文類型進(jìn)行解析并分類分組處理、對需要通過MAC發(fā)送的報(bào)文進(jìn)行內(nèi)容和時(shí)間優(yōu)先級進(jìn)行時(shí)序控制進(jìn)行發(fā)送，以達(dá)到各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的優(yōu)化處理；在FPGA與設(shè)備主CPU芯片接口之間通過虛擬不同網(wǎng)絡(luò)或是開辟不同緩存區(qū)間來實(shí)現(xiàn)主控CPU分類處理各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文；主控CPU對各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理以及收發(fā)控制。

一種適用于智能變電站的一層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括三個(gè)模塊：主控CPU模塊、FPGA處理模塊、以太網(wǎng)物理層接口模塊，?

FPGA處理模塊通過MAC接收以太網(wǎng)物理層接口模塊傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的報(bào)文類型進(jìn)行解析并分類分組處理，對需要通過MAC發(fā)送的報(bào)文根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行時(shí)序控制并發(fā)送，以達(dá)到各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的優(yōu)化處理；

在FPGA處理模塊與主CPU模塊接口之間通過虛擬不同網(wǎng)絡(luò)或是開辟不同緩存區(qū)間來實(shí)現(xiàn)主控CPU模塊分類處理各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文；并由主控CPU模塊對各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行計(jì)算處理以及對FPGA處理模塊的收發(fā)控制。

主控CPU模塊與FPGA處理模塊直接通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)及各種配置信息的雙向通信傳輸；FPGA處理模塊與以太網(wǎng)物理層接口之間通過相應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸通信；FPGA處理模塊實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)MAC控制的功能以及一層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的接收解析、分類處理和發(fā)送控制等的功能。