[发明专利]使用FPGA实现数字化变电站三网合一的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字化变电站技术领域，特别涉及一种使用可编程逻辑阵列（FPGA，Field－Programmable Gate Array）来实现数字化变电站三网合一的方法。

背景技术

数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现继电保护、数据管理等功能的新一代变电站。依据IEC 61850，数字化变电站的结构可分为三个层次，分别为过程层 、间隔层和站控层，其中过程层是一次设备和二次设备的结合面，其主要用于实现数字采样和开关刀闸等信号的采集；间隔层主要实现作用于该间隔一次设备的功能，与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信；站控层主要完成对间隔层、过程层设备的监视和控制。上述数字化变电站中具有三种较为重要的数据：

SV(Sample Value)，是数字化变电站过程层传输的数字化采样数据的简称。基于以太网IEEE802.3的SV以太网数据，传输采样频率等于或大于4000Hz/s，其特点是：数据量特别大，有周期性，对数据的实时性、稳定性、可靠性要严格要求，要求接收方有较强的数据处理能力。

GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)，是数字化变电站过程层传输的面向通用对象的变电站事件的简称。它以高速的点对点通信为基础，替代传统智能电子设备（IED）间硬接线的通信方式，任一IED与其它IED通过以太网互联，可以作为订阅方接收数据，也可以作为发布方向其它IED提供数据，主要传送间隔闭锁信号和实时跳闸信号，为逻辑节点间的通信提供了快速且高效可靠的方法。其特点是：网络数据流量小，为突发性传输模式。

MMS(Manufacturing Message Specification)，是制造报文规范的简称，为网络上的实时处理和监控系统的信息交换的国际标准，被广泛应用于制造、石化、电力和太空探索等多个行业。也是变电站自动化系统通信国际标准IEC61850标准中特定通信服务映射SCSM的核心通信协议栈。

目前，在数字化变电站的典型应用中，过程层设备与间隔层设备之间的连接有两种情况，一种是，SV数据的传输采用直连的点对点模式，GOOSE数据的传输采用组网模式，但SV和GOOSE数据是分开的；另外一种情况是，过程层数据为SV+GOOSE合一传输。间隔层设备与站控层设备的连接，是单独的站控层网络，主要传输MMS报文。其特点是：过程层网络和站控层网络完全分开。

上述应用中，网络结构复杂，接入设备都需要配置多个相应的光口以接收不同网络的数据，发热功耗较大。因此，在采购成本和运维难度方面都存在一些问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种使用FPGA实现数字化变电站三网合一的方法，其能降低采购成本及运维难度。

第一方面，本发明提供了一种使用FPGA实现数字化变电站三网合一的系统，用于传输数字化变电站的报文，包括：可编程逻辑阵列、网络适配卡及配置处理器，其中所述可编程逻辑阵列与网络适配卡及配置处理器均通信连接，所述可编程逻辑阵列通过网络适配卡及交换机接收来自数字化变电站的所有以太网报文；

所述配置处理器用于对可编程逻辑阵列的寄存器进行设置，以设置所述可编程逻辑阵列所需要识别的报文特征，包括报文的以太网类型、应用标识以及将要分发的目标处理器，其中所述目标处理器包括采样数据处理器、变电站事件处理器及制造报文规范处理器；

所述可编程逻辑阵列用于对经过校验后以太网报文进行识别，以判断该以太网报文属于何种数据，并将其发送至对应的目标处理器进行处理；所述可编程逻辑阵列还用于接收经过目标处理器处理之后的报文并对其中的变电站事件报文及制造报文规范报文进行优先级排序，以确保变电站事件报文优先于制造报文规范报文通过网络适配卡被发送至交换机。

进一步的，为监控传输的报文的流量，所述配置处理器还用于设置可编程逻辑阵列的流量控制的参数，所述可编程逻辑阵列还用于对判别的制造报文规范报文进行流量控制，并将经过流量控制之后的报文发送至制造报文规范报文处理器进行处理。