多核DSP在就地化保护测试中的关键技术研究
发布时间：2021-02-22 23:09
针对智能变电站就地化保护测试面临的数据高速传输和实时处理问题,分析了就地化保护高可靠性无缝冗余（HSR）环网多子机的测试模型。评估了报文类型、大小以及传输速度等要求,设计了基于多核数字信号处理器（DSP）的硬件整体解决方案。在多核DSP软件实现上,将任务分解并映射到各个核心进行并行处理。使用核间通信（IPC）中断和共享内存实现核心间快速数据迁移,基于串行高速输入输出口（SRIO）完成高速报文传输。通过对报文计算、缓存、传输速度和可靠性等环节进行测试验证。结果表明,多核DSP的性能满足就地化保护测试所需的数据计算和吞吐量需求。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(18)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
HSR网络拓扑Fig.1TopologystructureofHSRnetwork
2个网口接入保护专网，完全相同的2个网口实现冗余备份。就地化保护专网采用三网合一通信方式，即SV、GOOSE和制造报文规范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)三种报文共口传输。子机通过保护专网接入站控层，2个网口双套配置，提供数据给站域保护和智能录波器使用。多子机测试，需要接收并解析启动环网、保护环网和保护专网的数据，但不能改变环网内数据包的内容和流动方向。以4个子机为例，其测试模型如图2所示，图中所绘的接线方式为光纤，现场实际使用的是标准航插。图2多子机测试模型Fig.2Testmodelofmultiplesubmachines子机的保护专网网口直接接入测试平台，启动环网和保护环网则需要将环形链路的某个中间断开，一起接入测试平台。测试平台工作时，功能上类似于串入链路中的子机，需要在启动环网和保护环网转发数据，以保证子机环网通信链路的完整性。不同的是，子机只接收目的地为自身的数据，而测试平台需要接收所有数据进行分析。跨间隔保护多子机测试，需要配备4个千兆光网口用于环网测试，保护专网测试需要的百兆光网口数量是子机数量的2倍。1.3数据量分析多子机测试数据量，与现场保护配置方案、子机数量配置、SV和GOOSE控制块、采样率等有关。根据文献[24]的计算结果，单HSR环网在接入8台母差间隔子机和1台电压子机，每个子机按1个SV发送控制块和1个GOOSE发送控制块以及管理报文配置，在保护1.2kHz采样率，每个GOOSE控制块最大预留60个单遥信组包的情况下，电压子机SV报文流量约为2.16Mbit/s，母联子机和间隔子机流量约为1.3Mbit/s。按照管理报文每台2Mbit/s进行估算，单个环网内?
个GOOSE发送控制块以及管理报文配置，在保护1.2kHz采样率，每个GOOSE控制块最大预留60个单遥信组包的情况下，电压子机SV报文流量约为2.16Mbit/s，母联子机和间隔子机流量约为1.3Mbit/s。按照管理报文每台2Mbit/s进行估算，单个环网内典型配置下的峰值流量约为127.12Mbit/s。对于HSR双向环网，其总流量约为单向流量的2倍，即254.24Mbit/s。2测试平台设计2.1硬件设计根据对就地化保护测试原理的分析，选择硬件平台，确定硬件实现方案，如图3所示。图3硬件方案Fig.3Hardwarescheme就地化保护测试平台核心由x86上位机、TI公司的TMS320C6678多核DSP和现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)组成。上位机运行Linux操作系统，根据现场接线生成测试平台配置，用户通过Qt图形界面，配置测试任务，通过网口下发至DSP执行，同时接收测试数据，显示测试状态和结果。测试的主要工作由多核DSP和FPGA完成。多核DSP是系统的计算核心，充分发挥多个核心并行执行，计算速度快的特点，根据上位机配置，通过串行高速输入输出口(SRIO)高速发送和接收网络报文，实时解析接收报文，高速计算发送报文。此外，多核DSP通过外部内存接口(ExternalMemoryInterface,EMIF)访问FPGA内部寄存器，进行系统配置，查询系统状态。FPGA主要进行外部接口控制，缓存并转发网络报文。FPGA外接4个千兆光网口用于环网测试，18个百兆光网口进行保护专网测试，最多可进行9个子机同时测试，能满足大多数应用场合的需求。跨间隔保护就地化后，需要采用时间同步技术，保证各间隔子机精确对时。多核DSP
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于就地化保护的智能变电站设计方案研究[J]. 张頔,张志鹏,苏红红,张宁,张益国. 电力勘测设计. 2019(11)
[2]基于HSR的智能变电站过程层通信网络[J]. 李仲青,蒋帅,杜宇,郭雅蓉. 电气应用. 2019(07)
[3]变电站整站二次设备就地化及运维方案研究[J]. 黄晓明,黄志华,张华娇,刘莹,陈永伟,丁昊. 电力系统保护与控制. 2019(05)
[4]高加速寿命试验在就地化保护装置可靠性研究中的应用[J]. 贺春,陈光华,王朋飞,贠雨含,黄建才,范瑞兆. 电力系统保护与控制. 2018(20)
[5]就地化保护装置流水线测试系统研制[J]. 卜强生,宋爽,高磊,崔玉,张志,陆伟. 电力系统自动化. 2018(20)
[6]基于IEC61850逻辑设备管理层次结构的就地化保护装置建模研究与应用[J]. 董贝,薛钟,张尧,张云,葛雅川,赵谦. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[7]智能变电站就地化保护研究现状及应用展望[J]. 李亮玉,唐宝锋,赵贤龙,张骥,郑紫尧. 华电技术. 2018(05)
[8]面向继电保护系统级测试的缺陷自动定位方法[J]. 陈创,陈文睿,李津. 中国电力. 2018(05)
[9]就地化线路保护技术方案研究[J]. 董新涛,康小宁,李宝伟,裘愉涛,田巧红. 浙江电力. 2018(04)
[10]高性能嵌入式并行计算架构的研究[J]. 孟振华,柳柱,仲雪洁,张宏波,杨诚. 自动化与仪表. 2018(04)
本文编号：3046684
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(18)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
HSR网络拓扑Fig.1TopologystructureofHSRnetwork
2个网口接入保护专网，完全相同的2个网口实现冗余备份。就地化保护专网采用三网合一通信方式，即SV、GOOSE和制造报文规范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)三种报文共口传输。子机通过保护专网接入站控层，2个网口双套配置，提供数据给站域保护和智能录波器使用。多子机测试，需要接收并解析启动环网、保护环网和保护专网的数据，但不能改变环网内数据包的内容和流动方向。以4个子机为例，其测试模型如图2所示，图中所绘的接线方式为光纤，现场实际使用的是标准航插。图2多子机测试模型Fig.2Testmodelofmultiplesubmachines子机的保护专网网口直接接入测试平台，启动环网和保护环网则需要将环形链路的某个中间断开，一起接入测试平台。测试平台工作时，功能上类似于串入链路中的子机，需要在启动环网和保护环网转发数据，以保证子机环网通信链路的完整性。不同的是，子机只接收目的地为自身的数据，而测试平台需要接收所有数据进行分析。跨间隔保护多子机测试，需要配备4个千兆光网口用于环网测试，保护专网测试需要的百兆光网口数量是子机数量的2倍。1.3数据量分析多子机测试数据量，与现场保护配置方案、子机数量配置、SV和GOOSE控制块、采样率等有关。根据文献[24]的计算结果，单HSR环网在接入8台母差间隔子机和1台电压子机，每个子机按1个SV发送控制块和1个GOOSE发送控制块以及管理报文配置，在保护1.2kHz采样率，每个GOOSE控制块最大预留60个单遥信组包的情况下，电压子机SV报文流量约为2.16Mbit/s，母联子机和间隔子机流量约为1.3Mbit/s。按照管理报文每台2Mbit/s进行估算，单个环网内?
个GOOSE发送控制块以及管理报文配置，在保护1.2kHz采样率，每个GOOSE控制块最大预留60个单遥信组包的情况下，电压子机SV报文流量约为2.16Mbit/s，母联子机和间隔子机流量约为1.3Mbit/s。按照管理报文每台2Mbit/s进行估算，单个环网内典型配置下的峰值流量约为127.12Mbit/s。对于HSR双向环网，其总流量约为单向流量的2倍，即254.24Mbit/s。2测试平台设计2.1硬件设计根据对就地化保护测试原理的分析，选择硬件平台，确定硬件实现方案，如图3所示。图3硬件方案Fig.3Hardwarescheme就地化保护测试平台核心由x86上位机、TI公司的TMS320C6678多核DSP和现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)组成。上位机运行Linux操作系统，根据现场接线生成测试平台配置，用户通过Qt图形界面，配置测试任务，通过网口下发至DSP执行，同时接收测试数据，显示测试状态和结果。测试的主要工作由多核DSP和FPGA完成。多核DSP是系统的计算核心，充分发挥多个核心并行执行，计算速度快的特点，根据上位机配置，通过串行高速输入输出口(SRIO)高速发送和接收网络报文，实时解析接收报文，高速计算发送报文。此外，多核DSP通过外部内存接口(ExternalMemoryInterface,EMIF)访问FPGA内部寄存器，进行系统配置，查询系统状态。FPGA主要进行外部接口控制，缓存并转发网络报文。FPGA外接4个千兆光网口用于环网测试，18个百兆光网口进行保护专网测试，最多可进行9个子机同时测试，能满足大多数应用场合的需求。跨间隔保护就地化后，需要采用时间同步技术，保证各间隔子机精确对时。多核DSP
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于就地化保护的智能变电站设计方案研究[J]. 张頔,张志鹏,苏红红,张宁,张益国. 电力勘测设计. 2019(11)
[2]基于HSR的智能变电站过程层通信网络[J]. 李仲青,蒋帅,杜宇,郭雅蓉. 电气应用. 2019(07)
[3]变电站整站二次设备就地化及运维方案研究[J]. 黄晓明,黄志华,张华娇,刘莹,陈永伟,丁昊. 电力系统保护与控制. 2019(05)
[4]高加速寿命试验在就地化保护装置可靠性研究中的应用[J]. 贺春,陈光华,王朋飞,贠雨含,黄建才,范瑞兆. 电力系统保护与控制. 2018(20)
[5]就地化保护装置流水线测试系统研制[J]. 卜强生,宋爽,高磊,崔玉,张志,陆伟. 电力系统自动化. 2018(20)
[6]基于IEC61850逻辑设备管理层次结构的就地化保护装置建模研究与应用[J]. 董贝,薛钟,张尧,张云,葛雅川,赵谦. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[7]智能变电站就地化保护研究现状及应用展望[J]. 李亮玉,唐宝锋,赵贤龙,张骥,郑紫尧. 华电技术. 2018(05)
[8]面向继电保护系统级测试的缺陷自动定位方法[J]. 陈创,陈文睿,李津. 中国电力. 2018(05)
[9]就地化线路保护技术方案研究[J]. 董新涛,康小宁,李宝伟,裘愉涛,田巧红. 浙江电力. 2018(04)
[10]高性能嵌入式并行计算架构的研究[J]. 孟振华,柳柱,仲雪洁,张宏波,杨诚. 自动化与仪表. 2018(04)
本文编号：3046684
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3046684.html
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