[发明专利]带时间基准输出的多功能FPGA采集单元

说明书

本发明公开了一种带时间基准输出的多功能FPGA采集单元，包括接收模块、数据处理模块、时间处理模块和信号控制模块，所述数据处理模块包括数据采集模块、数据缓存模块和数据发送模块；接收模块接收转换模拟量信号、开关量信号、报文信号，并将其传送至数据采集模块；数据采集模块对其进行同步采样并打上精确到微秒的时标；然后将其封装为PCAP格式的巨帧以太网数据包，并发送至嵌入式工控机，组成故障录波装置或网络报文记录分析装置。本发明解决了目前数据采集单元兼容性差、扩展性差的技术问题，提供统一的时间基准，实现了带时标数据、状态信息的高速处理及传输，广泛应用于电网数据采集，具有实时性好，精度高，兼容性好，实用性高等特点。

技术领域

本发明涉及电网数据采集领域，尤其涉及一种带时间基准输出的多功能FPGA采集单元。

背景技术

随着传感测量技术、光纤网络通信技术、计算机技术的快速发展，全面建设“结构合理、技术先进、安全可靠、经济高效、低碳环保”的现代新型智能电网已成为我国电力系统发展的方向。传统电网向智能电网转变，要求故障录波装置、网络报文记录分析装置等二次设备具有更强的数据采集、处理和通信能力。如何建立高速、高效、大容量、多功能、智能化的二次设备，以适应智能电网对二次设备向智能化、小型化方向发展的需求。

现有技术中，电力系统二次设备通常采用模块化设计结构，数据采集是二次设备中的一部分，通常采用一个DSP处理器中使用多个CPLD处理器，或使用多张有DSP处理器的插件的方案来实现，这类方案设计相对复杂，且受时钟速率及其内部设计的有序性限制，无法满足多信号量采集的要求；同时，多处理器设计不仅会增加大量的电路和成本，影响数据采集的实时性和可靠性，难以满足目前电力系统对数据采集的数量、精度及实时性的要求。现有技术中存在下述缺点：

1.扩展性差，现有数据采集单元无法单独安装使用。

2.兼容性差，现有数据采集单元无法与其他设备连接使用，且仅能满足自身采集的需求，无法做到既能采集传统变电站的模拟量、开关量等信号，又能采集智能变电站SV、GOOSE、FT3报文等信号。。

3.现有数据采集单元无时间管理及时间基准输出功能。

4.传统数据采集单元通常采用PCI总线进行数据传输，数据传输速率低，已无法满足高速、高带宽的传输要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种带时间基准输出的多功能FPGA采集单元。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种带时间基准输出的多功能FPGA采集单元，所述FPGA采集单元的信号输入端接收变电站中的各类信号，所述FPGA采集单元的信号输出端与嵌入式工控机的信号输入端连接，所述FPGA采集单元包括接收模块、数据处理模块、时间处理模块和信号控制模块，所述接收模块的信号输入端接收所述变电站中的各类信号，所述接收模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端连接，所述数据处理模块的信号输出端与所述嵌入式工控机的信号输入端连接，所述数据处理模块的状态信号输出端通过所述信号控制模块与所述嵌入式工控机的状态信号输入端连接，所述时间处理模块的时间基准输出端分别与所述接收模块、所述数据处理模块和所述信号控制模块的时间基准输入端连接。

具体地，所述变电站中的各类信号为传统变电站中的模拟量、开关量信号和智能变电站中的SV、GOOSE、FT3报文信号，所述接收模块包括AD转换电路、光电隔离电路和报文接收电路，所述报文接收电路输入端设置有光纤接口，所述模拟量信号与所述AD转换电路的输入端连接，所述开关量信号与所述光电隔离电路的输入端连接，所述报文信号与所述报文接收电路输入端的光纤接口连接。

优选地，所述数据处理模块包括数据采集模块、数据缓存模块和数据发送模块，所述数据发送模块上设置有千兆以太网接口，所述信号控制模块上设置有串行接口。