本实用新型属于数字化变电站
技术领域：
，更为具体地讲，涉及一种面向数字化变电站调试的信息记录装置。
背景技术：
：数字化变电站是智能电网中实现电能转化和信息采集的重要节点，其稳定性和可靠性对智能电网健康运行有着重要的支撑作用。我国智能电网建设和相关技术研究正全面开花，数字化变电站的推广和建设也随之进入新的高潮。截至2012年底，国家电网公司已新建并投运超过220座数字化变电站，并且在数字化变电站技术研究、设备研制和设计建设等方面都取得了较大进展，但我国数字化变电站在标准制定、整体建设规划、技术优化创新等方面还有许多工作要做。在此背景下，国家电网公司于2012年启动了新一代数字化变电站相关研究，利用之前积累的丰富的实践经验和技术基础，结合国内国际输变电技术发展趋势，进一步推动我国数字化变电站技术创新和发展。与第一代数字化变电站相比，新一代数字化变电站具有系统集成度高、设备智能化程度高和业务系统一体化等基本特征，能够显著提高电网运行安的全性、可靠性和经济性。自2014年国家电网公司积极推广建设新一代数字化变电站开始，我国数字化变电站推广建设和应用技术研究再一次进入新的发展高潮。信息传输数字化和网络化是数字化变电站与传统变电站最显著的区别之一，这种变化使得用户可以获得更多关于电网和变电站设备运行状态的信息，并使数字化变电站在线信息的综合利用成为可能，为真正实现变电站“智能化”提供了最基本的条件。但受到认知手段缺乏和技术发展不足等因素限制，我国数字化变电站相关研究工作在变电站“智能化”技术上所取得的应用成果还远远未达到预期程度。目前变电站建设、调试及运维技术人员在实际工作中感受到的是信息表达数字化和网络化使得工作人员对电网和变电站运行状态认知的困难，技术人员需要借助辅助设备才能完成信息的获取工作，仍然依赖人工手段来对信息进行分析和判断并开展相应工作。这样既降低了现场工作效率和可靠性，也与数字化变电站所期望实现的“智能化”目标相去甚远。技术实现要素：本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向数字化变电站调试的信息记录装置，以硬件方式实现数字化变电站网络报文接收、检出和快速解析。为实现上述目的，本实用新型面向数字化变电站调试的信息记录装置，包括网络报文处理平台和公共系统服务平台，其中：网络报文处理平台包括数据接收模块，数据缓存模块，数据传输链路模块和电源模块；数据接收模块包括千兆光纤接收器和PHY模块，千兆光纤接收器用于从光纤通道接收网络报文，转发至PHY模块；PHY模块用于将接收到的网络报文进行解析，将解析得到的数据帧发送至数据缓存模块；数据缓存模块包括报文过滤模块，报文解析模块、数据缓存控制模块和DDR2SDRAM，其中报文过滤模块、报文解析模块、数据缓存控制模块在FPGA中实现，报文过滤模块用于接收PHY模块发送的数据帧，过滤出GOOSE报文和SV报文，发送给报文解析模块；报文解析模块对GOOSE报文和SV报文进行解析，将解析后的数据发送给数据缓存控制模块；数据缓存控制模块在接收到数据后，当接收到GOOSE报文的数据直接发送给数据传输链路模块，当接收到SV报文的数据则送入DDR2SDRAM进行存储，等待预设时间后再读取SV报文的数据发送给数据传输链路模块；数据传输链路模块用于接收数据缓存模块发送的GOOSE报文和SV报文的数据，转发给公共系统服务平台；电源模块用于向数据接收模块，数据缓存模块和数据传输链路模块提供电源；公共系统服务平台用于接收网络报文处理平台发送的数据，根据预设操作进行处理并存储，设备查询接口供其他设备查询数据。本实用新型面向数字化变电站调试的信息记录装置，包括网络报文处理平台和公共系统服务平台，网络报文处理平台包括数据接收模块，数据缓存模块，数据传输链路模块和电源模块，数据接收模块接收网络报文并解析得到数据帧发送给数据缓存模块，数据缓存模块过滤得到GOOSE报文和SV报文进行转发和存储，数据传输链路模块用于接收数据缓存模块发送的GOOSE报文和SV报文的数据，转发给公共系统服务平台，电源模块用于向数据接收模块，数据缓存模块和数据传输链路模块提供电源，公共系统服务平台用于接收网络报文处理平台发送的数据，根据预设操作进行处理并存储，设备查询接口供其他设备查询数据。本实用新型采用硬件方式实现，可以有效完成数字化变电站网络报文接收、检出和快速解析。附图说明图1是本实用新型面向数字化变电站调试的信息记录装置的具体实施方式结构图；图2是本实施例中π型LC滤波电路的电路图；图3是本实施例中LVPECL和CML电平标准示意图；图4是本实施例中LVPECL-CML戴维宁端接电平匹配电路的电路图；图5是本实施例中理想信号收发系统的传输线模型示意图；图6是本实施例中数据缓存模块的接口匹配电路的电路图。具体实施方式下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图1是本实用新型面向数字化变电站调试的信息记录装置的具体实施方式结构图。在本实施例中，如图1所示，本实用新型面向数字化变电站调试的信息记录装置包括网络报文处理平台1和公共系统服务平台2，下面分别对两个平台进行详细说明。如图1所示，网络报文处理平台1包括数据接收模块11，数据缓存模块12，数据传输链路模块13和电源模块14。数据接收模块11包括千兆光纤接收器111，以及PHY(物理接口收发器)模块112。千兆光纤接收器111用于从光纤通道接收网络报文，转发至PHY模块112；PHY模块112用于将接收到的网络报文进行解析，将解析得到的数据帧发送至数据缓存模块12。由于智能变电站现场中二次设备位于一次设备近旁，电磁环境十分严酷，光纤传输具有信号衰减小、抗电磁干扰能力强等优点，更适合作为智能变电站过程层网络报文传输介质使用。本实施例中千兆光纤接收器111采用SFP(,Smallform-factorpluggable，小型可拔插)光纤收发器，SFP光纤侧接口采用LC型连接器，电气侧接口则为金手指连接器。为了阻隔SFP光纤收发器工作时发射和接收单元可能产生的高频干扰，在供电通路上，设置一个π型LC滤波电路，电路插入损耗小，储能元件实现平滑滤波的同时还能够提供较大的负载电流和很小的脉动。图2是本实施例中π型LC滤波电路的电路图。如图2所示，π型LC滤波电路给定的截止频率FC与特征阻抗Rld可以按照以下公式进行计算：为了进一步提高SFP光纤收发器的工作可靠性，本实施例中对SFP光纤收发器和PHY模块之间的接口进行了重新设计，SFP光纤收发器提供LVPECL(LowVoltagePositiveEmitter-CoupleLogic，低压正发射极耦合逻辑)差分信号接口，而PHY模块的串行接口采用CML(CurrentModeLogic电流型逻辑)电平标准。图3是本实施例中LVPECL和CML电平标准示意图。为了匹配差分线对上的共模电压并维持传输线的特征阻抗，本实施例设计了一种LVPECL-CML戴维宁端接电平匹配电路。图4是本实施例中LVPECL-CML戴维宁端接电平匹配电路的电路图。如图4所示，本实施例中LVPECL-CML戴维宁端接电平匹配电路在SFP光纤收发器的的两个差分信号接口分别串联一个片上终端电阻Z0，两个片上终端电阻的另一端之间并联由2个电阻R1的串联电路以及2个电阻R2的串联电路，2个电阻R1之间连接电源Vcc，2个电阻R2之间接地；两个片上终端电阻的另一端再分别串联一个电阻R3与PHY模块的串行接口相连。本实施例中的LVPECL-CML戴维宁端接电平匹配电路的电阻网络参数应当满足以下几个条件：a.开路戴维宁等效b.戴维宁等效电阻Zin＝R1//R2//(R3+50)＝50Ωc.CML输入d.增益根据以上条件可以计算得到电阻网络参数计算值：R1＝214.9Ω,R2＝84.1Ω,R3＝275Ω,参考E96电阻规格，实际取值R1＝215Ω,R2＝84.5Ω,R3＝274Ω。SFP光纤收发器是电路系统中的可拔插组件，这类组件在工作时比较容易受到电磁环境影响，同时SFP收发器工作时额定功率约为0.7W，最大时可以达到1.2W，是电路板上重要的发热器件。为保证SFP收发器及电路系统的工作可靠性，本实施例中媒介转换电路使用镀锡磷青铜材料屏蔽罩为SFP提供屏蔽和散热功能，屏蔽罩通过磁珠与PCB板的系统参考平面实现电气隔离。数据缓存模块12包括报文过滤模块121，报文解析模块122、数据缓存控制模块123和DDR2SDRAM124，其中报文过滤模块121，报文解析模块122、数据缓存控制模块123在FPGA(Field－ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)中实现，报文过滤模块121用于接收PHY模块112发送的数据帧，过滤出GOOSE报文和SV报文，发送给报文解析模块122；报文解析模块122对GOOSE报文和SV报文进行解析，将解析后的数据发送给数据缓存控制模块123；数据缓存控制模块123在接收到数据后，当接收到GOOSE(面向通用对象的变电站事件)报文的数据直接发送给数据传输链路模块13，当接收到SV(采样值)报文的数据则送入DDR2SDRAM124进行存储，等待预设时间后再读取SV报文的数据发送给数据传输链路模块13。FPGA与DDR2SDRAM之间的接口由时钟信号线、数据总线、地址总线和控制总线等四部分组成。FPGA向DDR2提供系统主时钟，该时钟信号用于驱动DDR2SDRAM的DLL模块产生数据选通信号DQS，同时也是地址信号和命令信号的参考时钟。时钟使能信号CKE对DDR2SDRAM的输入时钟进行控制，当CKE信号为高时输入时钟有效。DDR2SDRAM的主时钟频率为167MHz，地址总线和数据选通信号线上的操作频率与主时钟相同，数据总线DQ[15:0]上的数据操作速率可以达到333MHz。本实施例中将FPGA与DDR2SDRAM之间的接口信号线视为传输线处理。为解决FPGA、传输线和DDR2SDRAM三者之间存在的阻抗不一致而导致的信号在传输线上来回反射电压叠加最终影响信号完整性以及数据采样准确性，优化设计了一种理想信号收发系统。图5是本实施例中理想信号收发系统的传输线模型示意图。如图5所示，理想信号收发系统拥有理想的信号驱动器VS，其阻抗为RS，理想负载RT以及特征阻抗为Z0的均匀传输线，假设信号在传输线上传输延时为Td，Vt表示t时刻传输线上的信号幅值。在t＝0时刻，驱动器输出一个上升沿信号VS，此时有信号经传输线AB之后在t＝Td时刻到达接收器端，信号遇到接收器阻抗RT后发生发射，反射系数反射电压Vr1＝Vt·ρB，B端电压VB1＝Vr1+Vt；反射电压Vr1继续沿着传输线由B向A传输，在t＝2Td时刻到达A点后遇到驱动器阻抗RS发生发射，反射系数反射电压Vr2＝Vr1·ρA＝Vt·ρA·ρB，此时A端电压VA1＝Vr1+Vr2+VB1，完成一次反射过程。此后新的反射电压会继续在传输线AB上多次叠加，直到当时间趋于无穷大时，信号达到稳定状态最终信号正确接收，提高了信号传输质量。基于以上模型，本实施例中数据缓存模块12在FPGA和DDR2SDRAM的驱动器接口设置了一个匹配电路。图6是本实施例中数据缓存模块的接口匹配电路的电路图。如图6所示，本实施例中数据缓存模块在单端信号线两端驱动器上都使用50Ω片上终端电阻，为了在信号负载较重的情况下提供足够的驱动电流，额外为地址信号线和控制信号线设计了VTT上拉端接。对于差分时钟线，发送端串接22Ω电阻和50Ω片上终端电阻、接收端跨接100Ω电阻的端接方式，22Ω串接电阻能够适当减缓时钟信号沿的过冲而100Ω跨接电阻在驱动器输入端与传输线差分阻抗匹配。DDR2SDRAM工作时对信号时序有较严苛的要求：数据总线与同步的数据选通信号传输时间差不能超过20ps，地址总线、控制信号等与系统主时钟源同步的信号线传输延迟不能超过60ps。产生信号传输延迟的主要原因有两个：一是BGA封装芯片在信号扇出时会不可避免地出现走线长度不一致的现象，二是信号在各布线层中传输速度不一致导致传输延时。前者是造成传输延迟的主要因素，并且可以通过等长绕线的方式解决，后者影响较小且只能通过控制器对信号进行时序约束来解决。根据DDR2SDRAM正常工作时各信号线间的同步关系，需要对走线长度不一致的信号线进行绕线处理。表1是本实施例中DDR2SDRAM信号线等长规则。信号线(组)等长参考等长要求DQ[0:7]、DQM0DQS0组内信号线等长误差±5milDQ[8:15]、DQM1DQS1组内信号线等长误差±5milDQS[0:1]CLKP/N等长误差±20milAddress/CommandCLKP/N等长误差±20mil表1数据传输链路模块13是网络报文处理平台1与公共系统服务平台2之间的物理连接和数据接口，用于接收数据缓存模块12发送的GOOSE报文和SV报文的数据，转发给公共系统服务平台2。本实施例中数据传输链路模块13采用PCIE串行总线，可以提升数据的传输速率，也提高了系统总线的数据传输能力，能够更好的体现在线数据的记录和分析，实现与公共系统服务平台的数据传输。本实施例中数据传输链路模块12通过直接内存访问方式对公共系统服务平台物理内存进行访问操作。除此之外，数据传输链路模块12还可以为网络报文处理平台1提供系统时钟接口以及复位功能。电源模块14，用于向数据接收模块11，数据缓存模块12和数据传输链路模块13提供电源。根据板卡的功耗分析和各电源平面的负载特点，本实施例中电源模块14采用“稳压芯片+外围电路”的设计模式。开关电源效率高，能保障充足的电流供应但输出质量相对较差，适用于用作系统的主要电能转换器；线性稳压电源能够提供质量很好的电能供应但效率偏低，适用于对电能质量要求较高的功能模块供电。本实施例中网络报文处理平台1各个部件的电源电压分别有3.3V、2.5V、1.8V和1.2V四种。3.3V电源为系统主电源，为防止系统电源故障引发的板卡损坏，本实施例在电源模块加入了具有过压/欠压保护功能的输入保护电路。同时为了获得更加稳定的电压输出，使用MP1493同步降压转换器的输入电压通过频率控制电阻Rfreq采样前馈到计数器来产生转换频率控制信号。以较高的开关频率获得更加稳定的电压输出。公共系统服务平台2用于接收网络报文处理平台1发送的数据，根据预设操作进行处理并存储，设备查询接口供其他设备查询数据。工业计算机能够根据现场技术要求配置数量可观的功能接口并且具有良好的操作系统系统性能和运行条件，因此本实施例中采用工业计算机来构建公共系统服务平台2。尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本
技术领域：
的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本
技术领域：
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。当前第1页1 2 3