[发明专利]可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种以太网接口控制系统,尤其是针对电力系统在智能变电站中采样值帧报文发送间隔抖动延时较大，二次设备接收处理复杂且可能影响其动作行为的问题，提出的一种可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制系统,属于电力系统智能变电站技术领域。

背景技术

随着变电站智能化技术的不断发展与推进，现场对变电站自动化系统中继电保护装置等设备的功能和性能要求也越来越丰富；智能变电站中，继电保护设备与 MU合并单元之间的采样值数据通信，普遍采用基于IEC61850-9标准的采样值协议；继电保护设备与智能终端、继电保护设备过程层之间的遥信、控制等通信，普遍采用基于IEC61850-8标准的GOOSE协议。

智能变电站内采样值和GOOSE信号，为具有严格时间间隔规定的快速传输数据。常规的由CPU定时中断触发以太网发送任务实现报文发送时，由于CPU工作在多任务调度的复杂机制下，前端数据存储、报文发送读写控制、及突发信号处理时的CPU重负荷等原因，均会对报文发送的间隔时间产生影响，通常其间隔时间的抖动幅度为±5~30uS，且抖动延时不确定。为满足国家电网公司颁布的《智能变电站继电保护技术规范》标准中MU合并单元装置采样值发送间隔离散值应小于10uS的要求这方面，各厂家会采取多种措施改进设计，但效果仍无法达到最优和稳定。这加大了对后端设备采样处理的难度和要求，导致此类采样值报文传送到对采样频率、实时性、稳定性要求很高的设备处理后的运行可靠性产生影响，甚至可能影响到整个综合自动化系统的运行稳定性。

从减少采样值报文和GOOSE报文等报文发送间隔抖动延时出发，设计一种方法将其抖动限制在1uS及以内，可以简化继电保护设备的软件接口处理算法、降低CPU的负荷率，对提高保护性能指标及运行可靠性，及提升整个变电站运行的安全和稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制方法，解决智能变电站采样值帧发送间隔时间抖动延时较大的问题，消除其对二次设备数据接收和稳定运行的影响，提高变电站运行的安全性和稳定性，同时降低采样值组网传输技术在工程应用的中难度。

为实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案来实现:

一种可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制系统，其特征在于：包括

帧数据控制接口模块：具备与前置报文控制主机的数据通讯接口，按采样值数据或其它普通数据的不同数据类型，自适应开辟数据缓冲区并存储相应数据信息；

自适应μS级高精度硬件时序控制模块：按系统配置的报文类型、内容及其高精度时间要求，自适应生成帧发布时序逻辑控制方法，采用基于高精度定时中断的“硬件定时中断触发--多任务并行--硬件延时--报文帧发布”过程，选择预定发布的帧数据内容将其送入基于硬件IP内核的以太网MAC控制器中。包括：基于自有IP内核的自适应μS级硬件时钟模块、以太网帧发布控制机模块、基于自有IP内核的以太网MAC控制器模块；

高速以太网通信接口模块：具备与不同物理设备的接口,并按以太网MAC控制器组包内容高速发布以太网报文帧。

前述的可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制系统，其特征在于：所述报文帧数据控制接口模块包括:

采样值数据控制接口模块:接收前置采样值数据控制主机Host发送的采样值帧数据，自适应开辟实时数据缓冲寄存器，自动存储采样值帧数据;

普通数据控制接口模块:接收前置普通报文数据控制主机Host来的普通帧数据，自适应开辟实时数据缓冲寄存器，自动存储普通帧数据。

前述的可配置高精度时间间隔帧发布以太网接口控制系统，其特征在于：所述自适应μS级高精度硬件时序控制模块包括:

基于自有IP内核的自适应μS级硬件时钟模块:根据应用配置的采样值报文类型IEC 61850-9-1或9-2和数据内容，采用自有基于FPGA硬件的IP内核，自适应生成相应配置下的μS级高精度时序控制脉冲，采用基于高精度定时中断的“硬件定时中断触发--多任务并行--硬件延时--报文帧发布”方法，实现帧发布的时序控制;

以太网帧发布控制机模块:接收来自硬件时钟模块的触发中断，实现采样值、GOOSE等多种接口数据自动选择和发送的精确时间任务进程调度;

基于自有IP内核的以太网MAC控制器模块:采用自有基于FPGA硬件IP内核的以太网MAC控制器模块，提供与介质无关的数据接口，采用帧数据发送控制状态机，实现数据帧的编码构建、差错检查和传送控制。