[发明专利]一种变电站内双网冗余的装置硬件架构及实现方法

说明书

 

技术领域

本发明属于电力系统自动化变电站系统内部通信领域，是为了提高变电站自动化系统二次设备通信可靠性而开发的基于FPGA技术的一种变电站内双网冗余的装置硬件架构及实现方法。

 

背景技术

目前电力系统自动化变电站系统二次设备（保护、测控等装置）之间的通信大部分都已经采用工业以太网技术，为保证通信的可靠性，对220KV以及以上电压等级的变电站自动化系统多配置为双网，双网内的通信数据完全一样，保护、测控装置接收到双网数据后，由装置CPU系统（或DSP）对双网数据进行甄别处理。在当前的智能电网的应用模式下，网络上的数据流量越来越庞大，因此对装置CPU的运算处理能力要求越来越高，而选用高运算处理能力的CPU会大大增加装置成本，增加了整个装置的功耗，降低了装置运行的可靠性。本发明利用FPGA独有的并行及高速处理的特点，提出了一种基于CPU系统+FPGA架构实现的变电站系统内保护测控装置双网冗余硬件的技术方案，在FPGA内部通过设计出MAC以太网通信模块、1588对时模块、PRP&HSR模块、报文过滤模块、多路报文转发控制模块来完成自动化变电站系统内以太网报文的收发、IEC61588精确网络对时、双网冗余处理、网络风暴抑制及报文的分类传送功能，大大降低了对CPU的运算处理需求，提高了变电站保护测控装置运行的可靠性。

 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新的变电站内双网冗余的装置硬件架构及实现方法，通过利用FPGA技术及基于双以太网通讯的方式，采用新的双网冗余通讯技术，实现网络故障恢复零延时、故障时不丢帧，大大的提高了网络可靠性高；并且通过优化的FPGA内部模块构架，实现报文的分类发送、接收处理，有效的提高了CPU处理报文的效率，降低了保护、测控装置系统的复杂度，提高了装置运行的可靠性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种变电站内双网冗余的装置硬件架构，其特征在于，包括如下模块：

报文分类转发模块，用于对CPU系统发送的报文进行分类并转发给报文过滤模块，以及将报文过滤模块传送的报文发送至CPU系统；

报文过滤模块，用于滤除无效报文；

PRP&HSR 模块，用于复制需要发送的报文并在双份报文的尾部加上PRP&HSR标识，同时通过两个MAC模块发送双份报文；以及接收两个MAC模块发送的双份报文中先到达的报文，丢弃后到的报文，并将先到达的报文去除PRP&HSR标识后转发给报文过滤模块。

前述的一种变电站内双网冗余的装置硬件架构，所述的报文过滤模块可以根据CPU系统的设定对接收到的报文的组播地址、类型、ID以及CRC校验值进行判断确定为有效报文还是无效报文，然后进行相应处理。同时报文过滤模块还具体网络风暴抑制功能，大大减轻CPU系统负担，提高了整个系统工作的可靠性。

前述的一种变电站内双网冗余的装置硬件架构，所述的MAC模块将接收到的报文分类并填写相应的描述符寄存器，并在报文的尾部加上时标。

前述的一种变电站内双网冗余的装置硬件架构，报文分类转发模块根据报文的类型和传输通道转发报文；报文分类转发模块接收报文时，根据MAC模块提供的描述符，将报文传送给相应CPU。

前述的一种变电站内双网冗余的装置硬件架构，所述的报文分类转发模块、报文过滤模块、PRP&HSR 模块和MAC模块集成于FPGA处理器。

一种变电站内双网冗余实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）  报文发送：源设备的CPU系统将需要发送的报文发送到报文分类转发模块，报文分类转发模块将报文分类并写入PRP&HSR模块，PRP&HSR模块将报文复制一份，并在两个相同的报文的结尾添上PRP&HSR标识并分别转发给两个MAC模块，MAC模块将含有PRP&HSR标识的报文通过双网发送给目标设备，目标设备根据PRP&HSR标识确定接收此报文或丢弃此报文；

2）  报文接收：两个MAC模块接收目标设备发送的报文，并且将接收到的报文分类并填写相应的描述符寄存器，在报文的尾部加上时标；将经过上述处理的报文再传送到PRP&HSR模块，此模块结合报文的PRP&HSR标识信息，通过丢弃算法，接收先到的报文，丢弃后到的报文，然后将接收的报文去除PRP&HSR标识之后，传送到报文分类转发模块转发给源设备的CPU系统。