直流输电工程中冗余装置的配置方法和配置装置与流程

本发明涉及直流输电工程中冗余装置的配置方法和配置装置，属于冗余装置的配置更新领域。

背景技术：

在直流输电控制保护系统领域中，每次固件更新都要重新开发，并且进行测试。开发测试带来了大量的工作，在固件更新过程中耗费大量的时间用于重新开发。由于固件版本的更新，给固件的维护带来了大量的工作，需要完善的维护机制。

传统的冗余装置配置有两种方式，一种是通过上位机在线编程下载，一种是将FPGA作为处理器的外设模块，由微处理器对其进行编程。第一种方式的弊端在于空间局限性和专业局限性，对FPGA的配置专业性要求较高，必须有一定的FPGA设计基础，才能完成配置，当对工程上的FPGA进行配置时，由于工程中，技术人员必须亲自到场才能连接上FPGA，连接复杂，运行维护工作量大。第二种方式占用面积大，编程控制难度更大。在工程当中机箱位于屏柜上方，板卡插拔不便，并且机箱内板卡紧凑，不便于通过下载器对FPGA进行更新，通过板卡上的以太网口可以有效解决此类问题。

在直流输电工程中，控制保护系统的不断更新，都是为了一次设备的安全可靠运行。要求FPGA固件必须稳定可靠，但是现有技术中，每一个工程都对应不同的固件版本，造成了固件不可预测的风险，并且维护难度大，进而造成配置难度大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流输电工程中冗余装置的配置方法，用以解决传统的冗余装置配置方式的配置难度大的问题。本发明同时提供一种直流输电工程中冗余装置的配置装置。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种冗余装置的配置方法，包括：

冗余装置的固件采用统一的固件版本的步骤，固件版本不因工程的不同而有差别；

通过向冗余装置对应的FPGA中输送对应的配置参数来实现对相应工程的冗余装置的配置的步骤。

通过FPGA中的以太网IP接口来接收输送的配置参数，然后通过FPGA中运行的嵌入式软核来对接收到的配置参数进行处理，最后进行冗余装置的配置。

嵌入式软核实现对接收到的配置参数进行处理的手段是：对接收到的配置参数进行检测和校验，当确定配置参数正确后，将配置参数存储到存储器中。

嵌入式软核实现冗余装置的配置的手段是：嵌入式软核首先读取所述存储器中的配置参数，然后配置冗余装置输出。

一种冗余装置的配置装置，包括：

冗余装置的固件采用统一的固件版本的模块，固件版本不因工程的不同而有差别；

通过向冗余装置对应的FPGA中输送对应的配置参数来实现对相应工程的冗余装置的配置的模块。

通过FPGA中的以太网IP接口来接收输送的配置参数，然后通过FPGA中运行的嵌入式软核来对接收到的配置参数进行处理，最后进行冗余装置的配置。

所述嵌入式软核实现对接收到的配置参数进行处理的手段是：对接收到的配置参数进行检测和校验，当确定配置参数正确后，将配置参数存储到存储器中。

所述嵌入式软核实现冗余装置的配置的手段是：嵌入式软核首先读取所述存储器中的配置参数，然后配置冗余装置输出。

本发明不用为每个工程开发不同的固件版本，只需开发一套固件版本即可，所有的工程均使用该固件版本，对于不同的工程在冗余配置时，只需将对应的不同的配置参数输送到对应工程中的FPGA即可，FPGA自动引导参数配置。所以，本发明提供的配置方法允许工程人员运用配套的上位机软件在不清楚固件版本的情况下，根据对应的配置参数进行配置，减小了维护成本，提高了工作效率。同原始方法相比，不再为每个工程开发、测试冗余装置配置不同的FPGA固件，降低了版本维护，进而降低了配置难度。相比于原来的为每个工程都要开发一套固件，本方法只需采用一套最稳定的固件版本即可，针对不同的工程，只需将对应的配置参数下载到相应的FPGA中，避免了开发过程中不可预测的风险，大大节省了维护成本。

附图说明

图1是输入变量和输出量之间的逻辑关系示意图；

图2是FPGA内部的配置装置的结构示意图；

图3是冗余配置的流程示意图；

图4是使用交换机进行冗余配置的网络模型图。

具体实施方式

配置方法实施例

在直流输电工程中，每个换流站和整流站中均设置有FPGA，FPGA在站内的作用包括用于对对应的冗余装置进行配置。本发明提供的配置方法将运行中的直流输电工程中的换流站与整流站的冗余装置配置变的简单易处理，不需要现场进行数据配置，通过互联网能够很好地解决冗余装置配置，即本发明的配置方法不再是常规的现场冗余装置配置，而是远程数据下载配置方式。

每个工程对应的固件都采用统一的固件版本，固件版本不因工程的不同而有差别。不同的工程对应固件版本中的不同的配置参数，每种工程对应一组配置参数。如图1所示，V₁、V₂…V₁₀等为逻辑关系输入变量，C₁、C₂…C₅等为逻辑关系输出量，直线连接代表逻辑组合，图1中的整个逻辑关系代表着固件版本，其中，逻辑关系是确定的，表示固件版本是固定的；逻辑关系输入变量的数值是可以改变的，不同的数值就对应着固件版本的不同的配置参数。所以，给定逻辑关系输入变量不同的数值，代表能够对不同的冗余装置进行配置。因此，由于冗余装置的固件均采用统一的固件版本，那么通过向冗余装置对应的FPGA中输送对应的配置参数就能够实现对相应工程的冗余装置的配置。

上位机通过以太网远程连接各工程对应的FPGA，采用网络文件传输的方式将对应的冗余装置配置参数发送给FPGA进行冗余逻辑配置，通过以太网实现上位机与FPGA之间的通信。在本实施例中，数据传输基于最常用的IEC61850标准，通过设置可以采用IEC61850-9-1或IEC61850-9-2数据帧格式。

通过上位机中设置的软件程序将配置参数打包为标准以太网帧数据，并通过以太网传输给FPGA。

在本实施例中，FPGA上设置有以太网接口，并且FPGA中运行有嵌入式软核，并且，以太网接口以以太网IP核为例，嵌入式软核以MicroBlaze嵌入式软核为例。

在FPGA内运用以太网IP核，简化了以太网网卡连接；以MicroBlaze嵌入式软核为中心构建FPGA的嵌入式最小系统，嵌入式软核负责以太网连接控制，数据检测校验，存储控制以及数据配置，减少了协处理器的片外控制。在本实施例中，为了使FPGA具有功能高度集成化、数据处理速度快、编程灵活和可靠性高的优点，将以太网IP核和嵌入式软核集成在一起，如图2所示，其中的处理器为嵌入式软核。

FPGA的以太网IP核接收上位机传输来的标准以太网帧数据，并且以太网IP核将接收到的配置数据传输给嵌入式软核，嵌入式软核对配置数据进行相应地处理之后进行冗余装置的配置输出。

在本实施例中，为了防止传输中的错误，MicroBlaze嵌入式软核对接收到的配置数据进行检测并校验，判断配置数据的正确性，当确定配置数据正确之后，将配置数据存储在存储器中。本实施例中，存储器以外部E²PROM为例。然后，在冗余装置配置过程中，MicroBlaze嵌入式软核读取外部E²PROM内的配置数据，输入给FPGA逻辑输入电路，从而配置冗余装置输出。

所以，FPGA通过软硬件实现冗余装置的配置更新，硬件接口主要采用IP核技术，软件利用嵌入式软核的编程实现数据接收和处理。软件实现过程有：嵌入式软件启动；数据接收；数据校验；数据处理并存储。首先将来自于上位机的冗余装置配置数据通过以太网进行传输，以太网IP核进行数据接收，MicroBlaze嵌入式软核进行数据检测、校验和储存，再通过嵌入式程序进行冗余装置配置，流程如图3所示。因此，从上位机软件下达冗余装置配置更新指令到冗余装置配置更新完成经过三个过程：第一为通过以太网建立FPGA与上位机之间的连接；通过网络传输冗余装置配置参数，经过嵌入式软核处理之后在E²PROM内储存；第三为嵌入式软核进行冗余装置配置更新。并且，冗余装置配置参数是通过网络进行配置的，能够满足传输数字化、网络化、配置自动化、应用功能互动化的要求。

另外，上位机还可以采用交换机连接多个冗余装置，对冗余装置的配置进行批量更新，如图4所示。也就是说，上位机通过以太网连接多个FPGA，那么，给每个FPGA中的以太网IP核配备唯一的IP地址，以便精确快速地锁定更新目标，防止出现数据丢失。

而且，在进行配置信息的回传时，工程人员还可以通过上位机中设置的软件来对各个换流站中的冗余配置信息通过以太网进行读取，通过上位机读取冗余配置信息和固件版本号，方便工程人员对换流站冗余配置信息进行查询。由于在原始方法中，工程人员在无法得到冗余配置信息的情况下，只能够重新配置，所以，本发明提供的配置方法有效解决了此类问题。

同原始方法相比，不再为每个工程开发、测试冗余装置配置的FPGA固件，降低了版本维护，而只需要每次将输入信号的逻辑关系打包为标准以太网帧数据进行远程下载更新即可。相比于原来的为每个工程都要开发一套固件，本方法只需采用一套最稳定的固件版本即可，针对不同的工程，下载不同的配置参数到E²PROM内，避免了开发过程中不可预测的风险，大大节省了维护成本。

上述实施例中，通过FPGA中的以太网IP接口来接收输送的配置参数，然后通过FPGA中运行的嵌入式软核来对接收到的配置参数进行处理，最后进行冗余装置的配置，当然，本发明并不局限于上述实施方式，在满足FPGA能够接收到配置参数并进行冗余配置的基础上，其他实施方式也在本发明的保护范围之内。

上述实施例中，嵌入式软核对配置数据进行了检测和校验处理，是为了确保数据信息的正确性，并将配置数据存储到存储器中，当然，这只是一种优化的实施方式，作为其他的实施例，如果不需要验证配置数据的正确性的情况下，嵌入式软核就无需进行检测和校验处理，而只对打包的配置数据进行简单的解压缩即可，并且，如果嵌入式软核在接收到配置参数之后立即进行配置的话，那么，配置参数就无需存储到存储器中。

上述实施例中，上位机通过以太网将配置参数远程输送给FPGA，这只是一种具体的实施方式，作为其他的实施例，上位机还可以通过其他的数据传输方式将配置参数远程输送给FPGA。

配置装置实施例

与上述配置方法相对应，本实施例提供一种冗余装置的配置装置，包括：冗余装置的固件采用统一的固件版本的模块；通过向冗余装置对应的FPGA中输送对应的配置参数来实现对相应工程的冗余装置的配置的模块。该配置装置中的两个模块均为软件模块，因此，该配置装置实质上仍是配置方法，将该配置装置加载在相应的控制系统中来实现对应的功能，由于上述配置方法实施例中已对配置方法做出了详细的描述，这里就不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于：各工程采用统一的固件版本，固件版本不因工程的不同而有差别，通过向各工程对应的FPGA中输送对应的配置参数来实现对相应工程的冗余装置的配置。在不脱离上述基本思路的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。