专利名称：一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方法
技术领域：
本发明属于电力系统控制设备领域，尤其是一种可以实现保护设备数据 分类传输的处理方法。
背景技术：
在数字化变电站中，保护设备需要从网络上接收各种数据，主要有l.站控
层通讯的数据；2.间隔层G00SE数据；3.数字化采样数据；4.所有非IEC61850 类型的其它网络数据。各种数据的重要性不同，第1种主要是通过TCP连接实 现的和站控层计算机进行通讯的数据，主要是将变电站内的测量信息、开入信 息反映到Scada系统中，同时Scada系统对下发送控制信息和对时信息。第2 种主要是保护设备和智能控制单元之间的数据。第3种是由电子式互感器合并 单元传递给保护设备的数据。第4种如"ARP数据"、"交换机管理数据"、"SCADA 系统同步数据"等。上述四种数据的重要程度是不同的，各种数据在突发时间 发生时，会出现重要数据丢失的情况，从而会导致保护设备不动作或延迟动作 的故障。比如正常情况下智能控制单元每隔200ms向保护设备发送一次当前 的开入信号，在突发事件中，系统要求智能控制单元每隔50ms向保护设备发送 一次当前时刻的所有开入信号，这样保护设备同时需要接收多个智能控制单元 的数据，接收的网络数据量迅速增加，甚至可以达到50Mbps左右，此时网络上 还有交换机的管理信息，以及各种广播和多播报文。如此巨大数量的网络数据 很可能造成保护设备中CPU的占用率达到很高的数值，有些重要的信息无法被 保护设备正确接收。在目前的很多保护设备中， 一般采用无差别丢弃的方式， 比如对所有的报文采用4取1的方式。这种方法虽然能够解决CPU占用率过高 的问题，但是容易造成保护设备丢失重要的采集数据或控制数据，从而导致保 护设备的误动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供操作简便，可对网络数 据进行分类并自动选择传输方式，能最大限度保证保护设备正常工作的一 种可以实现保护设备数据分类传输的处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方法，其特征在于该方法包 括以下步骤
(l)保护设备通过光纤接收网络数据；(2) 网络数据由保护设备内的FPGA进行解码、存储，并分类；
(3) FPGA判断保护设备CPU的占用率，如果CPU占用率高，FPGA自动进 入数据自动分类传输处理过程，如果CPU占用率低，FPGA直接将缓存内的 数据传送至CPU;
(4) 重复步骤(i) (3);
其中，步骤(3)中的数据自动分类处理过程是 当网络数据类型为站控层通讯数据时，按WAIT方式处理； 当网络数据类型为间隔层G00SE数据时，按FORWARD方式处理； 当网络数据类型为数字化采样数据时，按WAIT方式处理； 当网络数据类型为其它网络数据时，按DISCARD方式处理。 而且，所述步骤(2)中FPGA的分类方法是
当协议类型标识号为0800时，网络数据类型为站控层通讯数据； 当协议类型标识号为0x88b8时，网络数据类型为间隔层G00SE数据； 当协议类型标识号为0x88ba时，网络数据类型为数字化采样数据时； 剩余网络数据类型为其它网络数据。
而且，所述步骤(3)中CPU占用率高指的是CPU占用率大于75 % 。 而且，所述WAIT方式的处理过程是将缓存内的网络数据转存至一存
储区内，当该存储区内的网络数据存满时，将存储区内的网络数据传送至
CPU进行处理。
而且，所述FORWARD方式的处理过程是将缓存内的网络数据直接传送 至CPU进行处理。
而且，所述DISCARD方式的处理过程是将缓存清空以接收下一个网络 数据。
本发明的优点和有益效果为
1. 本方法在CPU占用率正常时，FPGA直接将网络数据发送至CPU内处理， 当发生突发时间时，为了保证最重要的数据能准确、完整、快速的传送至CPU， FPGA自动进入数据自动分类传输处理过程，网络数据被分类后，按照所属 类别按不同的方式处理，缓解了CPU的高占用率，也保证了重要数据的安 全传送。
2. 本方法中将保护设备常用的网络数据分为四类，分别为站控层通讯数据、 间隔层GOOSE数据、数字化采样数据、其它网络数据，该四类网络数据在保护 设备CPU占用率高时分别按照不同的处理方式进行传送，既保证了重要数据不 会丢失，也满足了保护设备对某些重要数据的实时性要求。
3. 本方法操作简便、便于使用，解决了突发事件时保护设备CPU的处理能力和大量网络数据处理需求之间的矛盾，通过动态调整，保证了采集数据和控 制指令的安全传送。该方法适用于各种数字化变电站中的保护设备，如线路保 护设备、主变压器保护设备等，使得保护设备在数字化变电站中能够稳定可靠 地运行。
4.本发明采用了现场可编程门阵列器件进行网络数据的预处理，以保护设 备CPU的负荷为约束条件，将数字化变电站内的各种信息加以归类分级，通过 预处理，分担了 CPU对网络数据处理的负荷，同时通过预处理，对不同类型的 数据分配不同的处理方式，保证了实时性要求高的数据快速得到处理，可靠性 要高的数据不丢失，降低了CPU的处理负担，保障了保护设备的正常运行。
具体实施例方式
下面结合附图
并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是 描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
在数字化变电站中，网络数据在光纤中传输，然后由保护设备的网络收发 器(PHY，如lxt971芯片)接收，再被传送至保护设备CPU中进行处理，但在 突发时间发生时，由于CPU的高占用率会造成部分重要数据丢失，由此会造成 保护设备的误动作或动作延时。本发明对网络数据的处理方法进行了改进，并 在现有硬件基础上实现了突发事件时的网络数据自动分类处理。
上述网络数据自动分类处理方法包括以下步骤
(1) 保护设备中的网络收发器通过光纤接收网络数据，网络收发器将 125Mbps的光纤/双绞线模拟信号转换成4-bit的nibble数字信号；
(2) 网络数据由保护设备内的FPGA进行解码、存储，并分类；
(3) FPGA判断保护设备CPU的占用率，如果CPU占用率大于75 %时，FPGA 自动进入数据自动分类传输处理过程，否则FPGA直接将缓存内的数据传送 至CPU;
(4) 重复步骤(1) (3);
其中，
步骤(2)中的FPGA对网络数据进行分类的标准是-当协议类型标识号为0800时，网络数据类型为站控层通讯数据； 当协议类型标识号为0x88b8时，网络数据类型为间隔层GOOSE数据; 当协议类型标识号为0x88ba时，网络数据类型为数字化采样数据时; 剩余网络数据类型为其它网络数据。 步骤(3)中的数据自动分类处理过程是 当网络数据类型为站控层通讯数据时，按WAIT方式处理； 当网络数据类型为间隔层GOOSE数据时，按FORWARD方式处理；当网络数据类型为数字化采样数据时，按WAIT方式处理； 当网络数据类型为其它网络数据时，按DISCARD方式处理。 由于四种类型的网络数据的侧重点不同，对其采用的处理方法也不同，下 面分别对四种类型的网络数据进行说明
1. 站控层通讯数据:主要是通过TCP连接实现的和站控层计算机进行通讯的 数据，主要是将变电站内的测量信息、开入信息反映到scada系统中，同时SCADA 系统对下发送控制信息和对时信息。站控层通讯的数据不直接参与保护功能的 实现，所以实时性要求比较低。在正常情况下，这种类型的数据应该及时地"上 传下达"。在突发事件的情况下，数据来能够急剧增加，此时CPU可能不能及时 响应站控层通讯的数据，从而可能导致TCP数据的大量重发，不仅占据了带宽， 而且增加了 CPU的负荷。在这种情况下，对站控层通讯数据进行WAIT方式处理。 处理时首先将FPGA缓存中的数据转存至另一存储区内，当该存储区内的网络数 据达到512包时，将存储区内的网络数据传送至CPU进行处理。该方式利用 TCP协议的最大"重传延时"，将数据在重传延时前批量发送给CPU,这样可以 避免"TCP数据重发"的发生，同时又可以减少CPU的"ACK"的次数。减少CPU 的发送数据量，降低CPU的负荷。
2. 间隔层G00SE数据主要是保护装置和智能控制单元之间的数据。由于 直接参与保护功能的实现，所以重要性非常高。GOOSE数据的传送在"突发事件" 时，发送密集，数据量大。由于存在"雪崩"情况下的大量数据，导致GOOSE 数据对带宽的大量占用。所以为了保证保护算法的实时性，对于密集发送的 GOOSE数据，采用FORWARD方式处理，即FPGA将其缓存内的网络数据直接 传送至CPU进行处理。
3. 数字化采样数据是由电子式互感器传递给保护的数据，由于保护功能 实现的时候需要这些采样数据，所以这些数据的完整性非常重要。我们采用在 一定间隔内(比如一个周波)将所有的采用数据成批地传递给CPU，这样可以减 少CPU的中断次数，从而减少CPU的负荷，同时也保证了采样数据的完整性。 所以对于数字化采样数据也采用了 WAIT方式处理，处理时首先将FPGA缓存中 的数据转存至另一存储区内，当该存储区内的网络数据达到128包时，将存储 区内的网络数据传送至CPU进行处理。
4. 其他网络数据我们把所有的其他非61850类型的网络数据定义为"其 他网络数据"，比如"ARP数据"，"交换机管理数据""SCADA系统同步数据" 等。对于和实现保护通讯没有任何关系的数据，我们利用FPGA实现的MAC层直 接将这些数据过滤掉。对于和通讯有关联的数据，比如"ARP数据"，我们在"突 发事件"时，将这些数据DISCARD,即直接丢弃，清空FPGA内的缓存以接收下 一个网络数据。本发明采用了现场可编程门阵列器件进行网络数据的预处理，以保护设备
CPU的负荷为约束条件，将数字化变电站内的各种信息加以归类分级，通过预处 理，分担了 CPU对网络数据处理的负荷，同时通过预处理，对不同类型的数据
分配不同的处理方式，保证了实时性要求高的数据快速得到处理，可靠性要高
的数据不丢失，降低了CPU的处理负担，保障了保护设备的正常运行。
权利要求
1、一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)保护设备通过光纤接收网络数据；(2)网络数据由保护设备内的FPGA进行解码、存储，并分类；(3)FPGA判断保护设备CPU的占用率，如果CPU占用率高，FPGA自动进入数据自动分类传输处理过程，如果CPU占用率低，FPGA直接将缓存内的数据传送至CPU；(4)重复步骤(1)～(3)；其中，步骤(3)中的数据自动分类处理过程是当网络数据类型为站控层通讯数据时，按WAIT方式处理；当网络数据类型为间隔层GOOSE数据时，按FORWARD方式处理；当网络数据类型为数字化采样数据时，按WAIT方式处理；当网络数据类型为其它网络数据时，按DISCARD方式处理。
2、 根据权利要求1所述的一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方 法，其特征在于所述步骤(2)中FPGA的分类方法是当协议类型标识号为0800时，网络数据类型为站控层通讯数据； 当协议类型标识号为0x88b8时，网络数据类型为间隔层G00SE数据； 当协议类型标识号为0x88ba时，网络数据类型为数字化采样数据时； 剩余网络数据类型为其它网络数据。
3、 根据权利要求1所述的一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方 法，其特征在于所述步骤(3)中CPU占用率高指的是CPU占用率大于75% 。
4、 根据权利要求1所述的一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方 法，其特征在于所述WAIT方式的处理过程是将缓存内的网络数据转存 至一存储区内，当该存储区内的网络数据存满时，将存储区内的网络数据 传送至CPU进行处理。
5、 根据权利要求1所述的一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方 法，其特征在于所述FORWARD方式的处理过程是将缓存内的网络数据 直接传送至CPU进行处理。
6、 根据权利要求1所述的一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方 法，其特征在于所述DISCARD方式的处理过程是将缓存清空以接收下 一个网络数据。
全文摘要
本发明涉及一种可以实现保护设备数据分类传输的处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)保护设备通过光纤接收网络数据；(2)网络数据由保护设备内的FPGA进行解码、存储，并分类；(3)FPGA判断保护设备CPU的占用率，如果CPU占用率高，FPGA自动进入数据自动分类传输处理过程，如果CPU占用率低，FPGA直接将缓存内的数据传送至CPU；(4)重复步骤(1)～(3)。本发明采用了现场可编程门阵列器件进行网络数据的预处理，将数字化变电站内的各种信息加以归类分级，通过预处理，分担了CPU对网络数据处理的负荷，并对不同类型的数据分配不同的处理方式，降低了CPU的处理负担，保障了保护设备的正常运行。
文档编号H04L29/06GK101610253SQ20091006983
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者杰 吴, 吴新佳, 宋国旺, 宋维斌, 宁 康 申请人:天津市电力公司;江苏金智科技股份有限公司