[發明專利]基于FPGA的過程層數據采樣板卡與電子裝置

在審

• 申請號: 202110234956.8
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113010465A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 肖永立;孫軍;劉洪兵;蔡慶;鄭同偉;段文潔;王雪軍;孟雯橋;見偉;李占波
• 申請（專利權）人: 國網北京市電力公司;國家電網有限公司;北京中泰華電科技有限公司
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42;G06F15/78
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 霍文娟

本申請提供了一種基于FPGA的過程層數據采樣板卡與電子裝置。該數據采樣板卡包括：FPGA核心板，具有PCIe總線接口，用于實現對SV報文的讀取、解析和數據抽取，用于實現交流采樣算法，FPGA核心板通過PCIe總線接口將采集的數據和計算的數據傳送給工控機的CPU；PHY芯片，與FPGA核心板電連接；電口，與PHY芯片電連接；光口，與PHY芯片電連接。本方案結合光纖通信技術、FPGA和PCIe計算機接口技術，利用FPGA的高速信號處理能力實現SV數據幀的實時讀取、解析和數據抽取，使得過程層數據采樣板卡具有高效數據處理功能，實現IEC61850過程層SV格式數據幀的采樣、緩存、計算和傳輸功能。

技術領域

本申請涉及智能變電站領域，具體而言，涉及一種基于FPGA的過程層數據采樣板卡與電子裝置。

背景技術

SV(Sample Value)，是智能變電站過程層傳輸的數字化采樣數據的簡稱。基于以太網IEEE802.3的SV以太網數據，傳輸采樣頻率等于或大于4000Hz/s，其特點是：數據量特別大，有周期性，對數據的實時性、穩定性、可靠性要嚴格要求，要求接收方有較強的數據處理能力。

基于Linux操作系統的工控機，由于其接口資源豐富、計算控制能力強，同時設計開發過程簡單等特點，在電力控制領域廣泛的使用。但是由于Linux屬于分時操作系統，無法及時響應4000Hz/s采樣事件，所以基于Linux操作系統的工控機無法直接進行智能變電站的電量數據的采樣和計算。

隨著智能變電站的推廣，包括很多發電廠的升壓站，越來越多的智能變電站都開始采用IEC 61850的通信方式，數據采集都采用SV報文形式的數字傳輸，沒有傳統硬接線的電壓互感器和電流互感器。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種基于FPGA的過程層數據采樣板卡與電子裝置，以解決現有技術中智能變電站的工控機不容易實現IEC 61850通信功能的問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種基于FPGA的過程層數據采樣板卡，包括：FPGA核心板，具有PCIe總線接口，用于實現對SV報文的讀取、解析和數據抽取，用于實現交流采樣算法，所述FPGA核心板通過PCIe總線接口將采集的數據和計算的數據傳送給工控機的CPU；PHY芯片，與所述FPGA核心板電連接；電口，與所述PHY芯片電連接；光口，與所述PHY芯片電連接。

進一步地，所述數據采樣板卡還包括：存儲器，所述存儲器與所述FPGA核心板電連接，用于對SV采樣數據進行緩存。

進一步地，所述存儲器為SDRAM，所述FPGA核心板還包括MAC數據接口和SDRAM接口，所述FPGA核心板通過所述MAC數據接口與所述PHY芯片連接，所述FPGA核心板通過所述SDRAM接口與所述SDRAM連接。

進一步地，在所述FPGA核心板中，對所述SV報文進行數據抽取后，采用所述交流采樣算法進行計算，所述交流采樣算法包括快速傅里葉變換和快速頻率算法。

進一步地，所述電口為RJ45接口。

進一步地，所述SV報文在網絡上傳輸時采用的是OSI模型，所述OSI模型中的應用層定義協議數據單元，經過表示層編碼后，直接映射到數據鏈路層和物理層。

根據本申請的另一個方面，提供了一種電子裝置，包括任意一種所述的數據采樣板卡。