一种继电保护数据传输系统及方法与流程

本发明涉及智能变电站技术领域，特别是涉及一种继电保护数据传输系统及方法。

背景技术：

目前变电站中仿真器与控制保护装置之间主要通过接口板卡进行一次设备数据和控制保护数据的传输，如图1所示，仿真器将一次设备端的一次设备数据发送给接口板卡01，接口板卡01将一次设备数据进行数模转换，得到多个电流信号和电压信号，接口板卡01与接口板卡02通过电缆相连，每个电流信号或电压信号均需要一根对应的传输线路，使得接口板卡01与接口板卡02之间的接线复杂。接口板卡02在接收到一次设备数据后，对一次设备数据进行模数转换，再将数字式的一次设备数据发送给控制保护装置。

控制保护装置在对接收到的一次设备数据分析后，会生成是否需要动作的控制保护数据，并将控制保护数据发送给接口板卡03，接口板卡03对控制保护数据进行数模转化，得到多个是否进行保护动作的命令信号，接口板卡03和接口板卡04通过电缆相连，每个命令信号需要一根对应的传输线路，使得接口板卡03和接口板卡04之间的接线复杂。接口板卡04在接收到控制保护数据后，对控制保护数据进行模数转化，再将数字式的控制保护数据发送给仿真器。

接口板卡01与接口板卡02之间，接口板卡03与接口板卡04之间均通过电缆进行连接，接线比较复杂，而且接口板卡01和接口板卡02之间的电压可能达到二三百伏，易发生人身触电意外事故，安全性低。

综上所述，如何有效地解决接口板卡之间的接线复杂，安全性低等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种继电保护数据传输系统，该系统较大地简化了接线，减小了意外事故发生的概率，提高了安全性；本发明的另一目的是提供一种继电保护数据传输方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种继电保护数据传输系统，包括fpga接口板卡、仿真器及控制保护装置，所述fpga接口板卡部署有仿真接口模块、第一fifo模块及第二fifo模块，其中：

所述仿真接口模块，用于接收所述仿真器发送的一次设备数据，并将所述一次设备数据以第一预设速率写入所述第一fifo模块；所述第一预设速率为与所述仿真器的仿真频率相对应的速率；

所述第一fifo模块，用于将所述一次设备数据以第二预设速率发送给所述控制保护装置；其中，所述第二预设速率为通过所述控制保护装置和所述fpga接口板卡之间的预设通信协议确定的速率；

所述第二fifo模块，用于接收所述控制保护装置以所述第二预设速率发送的控制保护数据；将所述控制保护数据以所述第一预设速率返回给所述仿真器；其中，所述控制保护数据为所述控制保护装置根据所述一次设备数据生成的。

在本发明的一种具体实施方式中，所述仿真接口模块，还用于当所述仿真器与所述控制保护装置重新进行通信时，在首次接收所述仿真器发送的所述一次设备数据之前，接收所述仿真器发送的仿真起始信号，并将所述仿真起始信号以所述第一预设速率写入所述第一fifo模块；

所述第一fifo模块，还用于将所述仿真起始信号以所述第二预设速率发送给所述控制保护装置；

所述第二fifo模块，还用于接收所述控制保护装置以所述第二预设速率返回的重启确认信号；将所述重启确认信号以所述第一预设速率返回给所述仿真器。

在本发明的一种具体实施方式中，所述控制保护装置和所述fpga接口板卡之间通过udp通信协议进行通信。

在本发明的一种具体实施方式中，所述fpga接口板卡与所述控制保护装置通过网线相连。

在本发明的一种具体实施方式中，所述fpga接口板卡设置有网口信号监视器和第一报警器，

所述网口信号监视器，用于对所述fpga接口板卡和所述控制保护装置之间的光信号进行监测；当监测到所述光信号异常时，向所述第一报警器发送第一报警指令；

所述第一报警器，用于当接收到所述第一报警指令时，进行报警提示。

在本发明的一种具体实施方式中，所述fpga接口板卡与所述仿真器通过光纤相连。

在本发明的一种具体实施方式中，所述fpga接口板卡还设置有电压电流监视器和第二报警器，所述电压电流监视器，用于对所述仿真器和所述fpga接口板卡之间的电压信号及电流信号进行监测；当监测到所述电压信号或所述电流信号异常时，向所述第二报警器发送第二报警指令；

所述第二报警器，用于当接收到所述第二报警指令时，进行报警提示。

一种继电保护数据传输方法，包括：

接收仿真器以第一预设速率发送的一次设备数据；

将所述一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置；

接收所述控制保护装置以所述第二预设速率发送的控制保护数据；

将所述控制保护数据以所述第一预设速率返回给所述仿真器。

在本发明的一种具体实施方式中，当所述仿真器与所述控制保护装置重新进行通信时，在首次接收仿真器以第一预设速率发送的一次设备数据之前，还包括：

接收所述仿真器以所述第一预设速率发送的仿真起始信号；

将所述仿真起始信号以所述第二预设速率发送给所述控制保护装置；

接收所述控制保护装置以所述第二预设速率返回的所述重启确认信号；

将所述重启确认信号以所述第一预设速率返回给所述仿真器。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第二预设速率为通过所述控制保护装置和所述fpga接口板卡之间的udp通信协议确定的数据传输速率。

应用本发明实施例所提供的继电保护数据传输系统，包括fpga接口板卡、仿真器及控制保护装置，fpga接口板卡部署有仿真接口模块、第一fifo模块及第二fifo模块，其中：仿真接口模块，用于接收仿真器发送的一次设备数据，并将一次设备数据以第一预设速率写入第一fifo模块；第一预设速率为与仿真器的仿真频率相对应的速率；第一fifo模块，用于将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置；其中，第二预设速率为通过控制保护装置和fpga接口板卡之间的预设通信协议确定的速率；第二fifo模块，用于接收控制保护装置以第二预设速率发送的控制保护数据；将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器；其中，控制保护数据为控制保护装置根据一次设备数据生成的。通过在仿真器和控制保护装置之间设置fpga接口板卡，通过fpga接口板卡中部署的第一fifo模块和第二fifo模块用于进行仿真器和控制保护装置之间的一次设备数据和控制保护数据的速率转换，整个速率转换过程均在fpga接口板卡内部完成，解决仿真器和控制保护装置之间的通讯速率不一致问题，较大地简化了接线，减小了人身触电意外事故发生的概率，提高了安全性。

相应的，本发明实施例还提供了与上述继电保护数据传输系统相对应的继电保护数据传输方法，具有上述技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种继电保护数据传输系统的结构框图；

图2为本发明实施例中继电保护数据传输系统的一种结构框图；

图3为本发明实施例中继电保护数据传输系统的另一种结构框图；

图4为本发明实施例中一种继电保护数据传输方法的实施流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，图2为本发明实施例中一种继电保护数据传输系统的结构框图，该系统可以包括fpga接口板卡1、仿真器2及控制保护装置3，fpga接口板卡1部署有仿真接口模块11、第一fifo模块12及第二fifo模块13，其中：

仿真接口模块11，用于接收仿真器2发送的一次设备数据，并将一次设备数据以第一预设速率写入第一fifo模块12；第一预设速率为与仿真器2的仿真频率相对应的速率；

第一fifo模块12，用于将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置3；其中，第二预设速率为通过控制保护装置3和fpga接口板卡1之间的预设通信协议确定的速率；

第二fifo模块13，用于接收控制保护装置3以第二预设速率发送的控制保护数据；将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器2；其中，控制保护数据为控制保护装置3根据一次设备数据生成的。

本发明实施例所提供的继电保护数据传输系统可以包括fpga接口板卡1、仿真器2及控制保护装置3，fpga接口板卡1可以部署有仿真接口模块11、第一fifo模块12及第二fifo模块13。变压器、继电器等一次设备运行时的电压信号、电流信号等一次设备数据可以发送给仿真器2，仿真器2可以将一次设备数据发送给fpga接口板卡1。fpga接口板卡1中的仿真接口模块11接收一次设备数据，并将一次设备数据以与仿真器2的仿真频率相对应的第一预设速率写入第一fifo模块12，如可以是50us写入一次数据，控制保护装置3和fpga接口板卡1之间预设有相应的通信协议，根据相应的通信协议可以预先确定出控制保护装置3根据一次设备数据进行保护动作判断的频率，如可以是1ms进行一次保护动作判断，即可以确定第一fifo模块12将一次设备数据发送给控制保护装置3的第二预设速率，第一fifo模块12将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置3。

当一次设备数据以50us写入第一fifo模块12一次，控制保护装置3以1ms进行一次动作保护判断时，参与一次动作保护判断的一次设备数据中的同类数据有20个，如电压信号，预先规定电压信号为100v±10v为正常电压范围，在20个电压信号中若存在5个及以上超出该正常电压范围，控制保护装置3将进行相应的动作，在这种情况下，还可以减小控制保护装置3错误动作的概率。

控制保护装置3在接收到一次设备数据之后，经过动作保护判断，可以生成控制保护数据，控制保护数据可以包括对各一次设备的控制指令，并将控制保护数据以第二预设速率发送给第二fifo模块13。第二fifo模块13接收到控制保护数据之后，可以将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器2，仿真器2可以对本次控制保护动作进行仿真，获得整个动作过程。第一fifo模块12和第二fifo模块13为异步fifo模块，通过采用fpga接口板卡1代替现有技术中的接口板卡，进而解决仿真器2和控制保护装置3的通信速率不一致问题，不需要复杂的接线，较大地降低了现有技术中接口板卡之间的电压或电流过高造成意外事故发生的概率，提高了安全性。

仿真器2为数字仿真器2，数字仿真器2具有独特的灵活性、试验的可控制性和准确的可重复性及系统试验的安全性和经济性等诸多优点，更具体的可以选用实时数字仿真器2。

应用本发明实施例所提供的继电保护数据传输系统，包括fpga接口板卡、仿真器及控制保护装置，fpga接口板卡部署有仿真接口模块、第一fifo模块及第二fifo模块，其中：仿真接口模块，用于接收仿真器发送的一次设备数据，并将一次设备数据以第一预设速率写入第一fifo模块；第一预设速率为与仿真器的仿真频率相对应的速率；第一fifo模块，用于将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置；其中，第二预设速率为通过控制保护装置和fpga接口板卡之间的预设通信协议确定的速率；第二fifo模块，用于接收控制保护装置以第二预设速率发送的控制保护数据；将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器；其中，控制保护数据为控制保护装置根据一次设备数据生成的。通过在仿真器和控制保护装置之间设置fpga接口板卡，通过fpga接口板卡中部署的第一fifo模块和第二fifo模块用于进行仿真器和控制保护装置之间的一次设备数据和控制保护数据的速率转换，整个速率转换过程均在fpga接口板卡内部完成，解决仿真器和控制保护装置之间的通讯速率不一致问题，较大地简化了接线，减小了人身触电意外事故发生的概率，提高了安全性。

在本发明的一种具体实施方式中，仿真接口模块11，还用于当仿真器2与控制保护装置3重新进行通信时，在首次接收仿真器2发送的一次设备数据之前，接收仿真器2发送的仿真起始信号，并将仿真起始信号以第一预设速率写入第一fifo模块12；

第一fifo模块12，还用于将仿真起始信号以第二预设速率发送给控制保护装置3；

第二fifo模块13，还用于接收控制保护装置3以第二预设速率返回的重启确认信号；将重启确认信号以第一预设速率返回给仿真器2。

当仿真器2与控制保护装置3进行重新通信时，仿真器2在通过fpga接口板卡1向控制保护装置3发送一次设备数据之前，可以先通过fpga接口板卡1向控制保护装置3发送仿真起始信号，即可以将仿真起始信号发送给仿真接口模块11，仿真接口模块11将仿真起始信号以第一预设速率写入第一fifo模块12。第一fifo模块12将仿真起始信号以第二预设速率发送给控制保护装置3，控制保护装置3在接收到仿真起始信号之后，可以进行相应的重启操作，并生成重启确认信号，将重启确认信号发送给第二fifo模块13，第二fifo模块13再将重启确认信号以第一预设速率返回给仿真器2。在这种情况下，可以保证仿真器2与控制保护装置3之间的时间同步性，可以使得仿真器2中的波形更加准确。

在本发明的一种具体实施方式中，控制保护装置3和fpga接口板卡1之间通过udp通信协议进行通信。

控制保护装置3和fpga接口板卡1之间可以通过udp通信协议进行通信，具有数据传输速率快，安全等优点。

在本发明的一种具体实施方式中，fpga接口板卡1与控制保护装置3通过网线相连。

fpga接口板卡1与控制保护装置3之间可以通过网线相连，fpga接口板卡1一般接入控制保护装置3中服务器，网口的通用性强，接口形式丰富，方便调试。

在本发明的一种具体实施方式中，如图3所示，fpga接口板卡1设置有网口信号监视器14和第一报警器15，网口信号监视器14，用于对fpga接口板卡1和控制保护装置3之间的光信号进行监测；当监测到光信号异常时，向第一报警器15发送第一报警指令；

第一报警器15，用于当接收到第一报警指令时，进行报警提示。

如图3所示，基于上述实施例，fpga接口板卡1还可以设置有网口信号监视器14和第一报警器15，网口信号监视器14用于对fpga接口板卡1和控制保护装置3之间的光信号进行监测，当监测到光信号异常时，如可以预先设定fpga接口板卡1和控制保护装置3之间的光信号的正常范围为10db±5db，若超出了该预设正常范围，则说明控制保护装置3很可能存在保护不正常动作的问题，在这种情况下，可以向第一报警器15发送第一报警指令。第一报警器15在接收到第一报警指令之后，可以进行相应的报警提示。

在本发明的一种具体实施方式中，fpga接口板卡1与仿真器2通过光纤相连。

fpga接口板卡1与仿真器2之间可以通过光纤相连，光纤通信具有通信容量大、传输距离远、抗电磁干扰能力强，寿命长等优点，仿真器2可以将一次设备端的一次设备数据快速地fpga接口板卡1，为控制保护装置3进行保护动作判断提供更多同类的一次设备数据作为参照，进一步减小了控制保护装置3错误动作的概率。

在本发明的一种具体实施方式中，如图3所示，fpga接口板卡1还设置有电压电流监视器16和第二报警器17，

电压电流监视器16，用于对仿真器2和fpga接口板卡1之间的电压信号及电流信号进行监测；当监测到电压信号或电流信号异常时，向第二报警器17发送第二报警指令；

第二报警器17，用于当接收到第二报警指令时，进行报警提示。

如图3所示，基于上述实施例，fpga接口板卡还可以设置有电流电压监视器和第二报警器17，电压电流监视器16可以对仿真器2和fpga接口板卡1之间的电压信号及电流信号进行监测，当监测到电压信号或电流信号异常时，如超出正常值的100倍及以上，可以向第二报警器17发送第二报警指令，第二报警器17可以根据接收到的第二报警指令进行报警提示。

需要说明的是，第一报警器15和第二报警器17中的“第一”、“第二”仅是为了将与网口信号监视器14相连的报警器和电压电流监视器16相连的报警器进行区分，没有先后顺序之分，并且第一报警器15和第二报警器17可以为声光报警器。如第二报警器17可以为led灯，当电压电流监视器16监测到电压电流正常时，led灯保持常亮状态，当电压电流监视器16监测到电压电流异常时，led灯进行闪烁，以提示运维人员进行故障排查。

相应于上面的系统实施例，本发明实施例还提供了一种继电保护数据传输方法，下文描述的继电保护数据传输方法与上文描述的继电保护数据传输系统可相互对应参照。

参见图4，图4为本发明实施例中一种继电保护数据传输方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

s401：接收仿真器以第一预设速率发送的一次设备数据。

s402：将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置。

s403：接收控制保护装置以第二预设速率发送的控制保护数据。

s404：将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器。

应用本发明实施例所提供的继电保护数据传输方法，包括fpga接口板卡、仿真器及控制保护装置，fpga接口板卡部署有仿真接口模块、第一fifo模块及第二fifo模块，其中：仿真接口模块，用于接收仿真器发送的一次设备数据，并将一次设备数据以第一预设速率写入第一fifo模块；第一预设速率为与仿真器的仿真频率相对应的速率；第一fifo模块，用于将一次设备数据以第二预设速率发送给控制保护装置；其中，第二预设速率为通过控制保护装置和fpga接口板卡之间的预设通信协议确定的速率；第二fifo模块，用于接收控制保护装置以第二预设速率发送的控制保护数据；将控制保护数据以第一预设速率返回给仿真器；其中，控制保护数据为控制保护装置根据一次设备数据生成的。通过在仿真器和控制保护装置之间设置fpga接口板卡，通过fpga接口板卡中部署的第一fifo模块和第二fifo模块用于进行仿真器和控制保护装置之间的一次设备数据和控制保护数据的速率转换，整个速率转换过程均在fpga接口板卡内部完成，解决仿真器和控制保护装置之间的通讯速率不一致问题，较大地简化了接线，减小了人身触电意外事故发生的概率，提高了安全性。

在本发明的一种具体实施方式中，当仿真器与控制保护装置重新进行通信时，在首次接收仿真器以第一预设速率发送的一次设备数据之前，还包括：

接收仿真器以第一预设速率发送的仿真起始信号；

将仿真起始信号以第二预设速率发送给控制保护装置；

接收控制保护装置以第二预设速率返回的重启确认信号；

将重启确认信号以第一预设速率返回给仿真器。

在本发明的一种具体实施方式中，第二预设速率为通过控制保护装置和fpga接口板卡之间的udp通信协议确定的数据传输速率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。