[发明专利]一种实现采样值报文丢失控制输出功能的报文产生系统及其产生方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网设备可靠性测试领域，特别是一种可模拟电子式互感器采样值报文输出及随机丢失全过程的高精度IEC61850报文产生系统。

背景技术

传统能源日益短缺、环境污染日益严重等问题正推动着传统电网向智能电网的转变，智能电网能为经济社会提供安全、高效、清洁、友好的电力服务，自2009年国家电网公司提出建设统一的坚强智能电网的发展目标以来，智能电网在中国得到了迅猛发展。智能电网设备向着数字化和智能化不断发展，通信技术得到了广泛的应用，引入了各类通信协议，如IEC61850、IEC61970通信协议等。

IEC61850协议数字化设备入网运行前必须对其可靠性进行测试，目前对IEC61850协议的智能电网数字化设备入网运行的可靠性测试相对简单，是在传统设备测试的基础上发展而来的，对数字化设备的特性研究不足，缺乏针对性的可靠性测试设备。现有的IEC61850报文产生系统均只能输出理想的正余弦数字报文信号，且输出报文容易出现延时、阻塞及丢失现象，报文产生系统自身的可靠性有待进一步改善，最重要的一点是缺少能模拟现场环境条件下高随机性采样值报文丢失全过程的功能，不能实现现实条件下IEC61850报文随机丢失对IEC61850协议数字化设备运行可靠性的测试，本发明正是针对这一问题，提出了一种能真实模拟IEC61850报文传输系统中报文高随机丢失方案，可实现对IEC61850协议数字化设备入网运行前的可靠性测试进行测试，保障智能电网的安全运行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种智能电网IEC61850协议数字化设备可靠性测试报文产生系统，尤其是提出了一种基于Galois环振的SHA-256算法随机丢包控制方法，该方法能模拟现场实际环境条件下报文丢失的高随机性过程对数字化设备进行测试。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种采样值报文丢失控制输出功能的报文产生系统，包括工业计算机系统和FPGA芯片模块，其特征在于：所述的工业计算机系统包括人机交换单元、波形采样及加载单元、报文数据分析单元、数据显示单元；

所述的FPGA芯片模块包括报文输出单元、报文组帧单元、数据解析单元和报文输出单元；

所述的人机交换单元的数据输出依次经过波形采样及加载单元、数据解析单元、报文输出控制单元、报文组帧单元、报文输出单元、报文数据分析单元后，输出数据传送到数据显示单元。

采样值报文丢失控制输出功能的报文产生方法，包括以下步骤：

第一步、人机交换单元根据智能电网IEC61850数字化设备测试要求输入及模拟任意负荷波形信号；

第二步、波形采样及加载单元模拟智能电网中电子式互感器的采样频率，按需要对任意负荷波形信号进行不同采样频率采样；

第三步、波形采样及加载单元与FPGA进行通信，并利用RS232串口将采样值及设置参数一次性加载到FPGA内部RAM进行保存；

第四步、数据解析单元解析RAM中的数据，得到波形采样值数据及设置参数并保存；

第五步、报文输出控制单元根据数据解析单元解析出的数据分析是否需要进行采样值报文输出丢失控制，若不需要，则控制报文正常组帧，反之，则根据需要，利用设置参数控制报文随机丢失；

第六步、报文组帧单元根据报文输出控制单元按照IEC61850协议报文格式对输出报文进行组帧，并根据上位机程序输入的采样频率输出严格时序的IEC61850采样值报文；

第七步、报文输出单元每秒钟按照采样频率输出IEC61850协议格式报文，前一秒出现延时情况不会累积到下一秒，前一秒输出报文出现1μs延时，下一秒会忽略延时，在零时刻开始输出IEC61850协议报文，报文输出单元利用FPGA通过查找表的方式对上位机一次性加载入RAM中的采样值循环读取并进行协议转换后通过以太网口及光纤接口循环输出；

第八步、报文数据分析单元通过以太网口接收报文输出单元输出的IEC61850报文数据，通过实时解包算法对IEC61850协议采样值报文进行实时解包；

第九步、报文数据分析单元设计采样值分析算法对采样值展开分析，分析内容包括：负荷波形中基波幅值、基波相位、基波频率、谐波幅值、谐波相位、谐波频率、间谐波幅值、间谐波相位、间谐波频率、输出负荷波形有功功率、输出负荷波形无功功率、采样频率、丢包率和丢包点位置；

第十步、数据显示单元接收到报文数据分析单元输出的数据，实时显示输出负荷波形图表。