[实用新型]一种基于TSN背板总线的电力测控装置平台

说明书

本实用新型公开了一种基于TSN背板总线的电力测控装置平台，涉及电力测控技术领域，为解决现有的问题。主控板一侧设有模拟量IO板、数字量IO板、通信板和其他功能板卡，主控板、模拟量IO板、数字量IO板、通信板和其他功能板卡内均含有嵌入式CPU子系统，主控板一侧设有模拟量IO板、数字量IO板、通信板和其他功能板卡前端设有背板，背板前端设有交换板；该基于TSN背板总线的电力测控装置平台，用TSN作为电力测控装置的背板总线降低装置成本，以太网的体制通用型和可扩展性较强，TSN的门控机制基于完全同步的全网时钟实现，采用两种时间同步机制，实现系统时钟的快速对时和互为备份，多优先级队列和门控策略的调度方法保证其发送到接收的端到端延时确定性。

技术领域

本实用新型涉及电力测控技术领域，具体为一种基于TSN背板总线的电力测控装置平台。

背景技术

电力测控具备较为复杂的现代电力系统测控装置一般有多块功能板卡构成，按照其功能可以划分为主控板、模拟量IO板、开关量IO板、通信板以及电源板等，为了降低主控板的CPU负荷，在各功能板卡上集成CPU子系统，从而形成分布式计算/控制架构，板卡之间的数据交互一般基于背板总线，目前常用的总线包括标准的工业总线、自定义总线，以及以太网总线。

标准的工业总线分为高速和低速，高速总线如PCI/PCIe硬件成本较高，且一般都是基于内存的映射方式，对于电力测控场景使用较为复杂，低速总线如RS422/485以及CAN等则无法满足大量测控数据的传输带宽。目前，很多厂家的测控保护平台采用FPGA实现自定义背板总线，其缺点是定制化程度高，兼容性较差，且每块板卡都需要增加一块FPGA芯片，成本居高不下。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于TSN背板总线的电力测控装置平台，以解决上述背景技术中提出定制化程度高，兼容性较差，且每块板卡都需要增加一块FPGA芯片，成本居高不下，并且传统以太网背板总线无法实现确定性报文传输的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于TSN背板总线的电力测控装置平台，包括总体技术方案、时间同步方案、调度和流量整形方案和通信路径选择、预留和容错组件方案，所述总体技术方案包括主控板、各功能板卡和背板，所述时间同步方案包括时间同步和时钟同步，所述调度和流量整形方案采用多个优先级队列实现不同业务的QoS传输，所述通信路径选择、预留和容错组件方案采用两个交换板卡构成冗余背板交换结构。

通过采用上述技术方案，平台由多块测控板卡组合而成，采用时间敏感网络(TSN)作为高速背板总线，实现装置内部各板卡组件互联与数据交互，基于该装置平台可以开发电力测控、保护、故障录播及状态监测等系列化电力自动化二次设备。

进一步地，所述主控板和各功能板卡的CPU均设置有TSN网口，所述交换板芯片为TSN交换芯片，所述背板提供以太网走线，形成以交换板为中心的星型互联拓扑，所述主控板和各功能板卡通过交换板进行通信。

通过采用上述技术方案，降低了整个装置的硬件成本，基于以太网的体制通用型和可扩展性也较强，应用软件开发移植方便。

进一步地，所述时钟同步采用IRIG-B码和IEEE 1588PTP协议互备方式实现各测控功能板卡的时间同步方案。

通过采用上述技术方案，优先选择B码对时方案，如果B码信号丢失，则使用PTP对时，时钟同步采用背板同步时钟信号和PTP互备的方案，优先选择背板同步时钟信号，如果同步时钟信号丢失，采用PTP可调时钟实现时钟同步。

进一步地，所述调度和流量整形方案GOOSE/SV报文设置为最高优先级，较高优先级为装置内部板卡状态交互与控制命令报文，最低优先级为文件传输及固件升级传输报文。

通过采用上述技术方案，优先级可以根据TSN网卡支持的队列数量进一步细化，采用基于门控的时间片调度策略，门控策略根据各功能板卡的通信要求事先预配置好，也可以根据装置的运行模式进行动态调整。