針對智能變電站就地化保護測試面臨的數(shù)據(jù)高速傳輸和實時處理問題,分析了就地化保護高可靠性無縫冗余（HSR）環(huán)網(wǎng)多子機的測試模型。評估了報文類型、大小以及傳輸速度等要求,設計了基于多核數(shù)字信號處理器（DSP）的硬件整體解決方案。在多核DSP軟件實現(xiàn)上,將任務分解并映射到各個核心進行并行處理。使用核間通信（IPC）中斷和共享內(nèi)存實現(xiàn)核心間快速數(shù)據(jù)遷移,基于串行高速輸入輸出口（SRIO）完成高速報文傳輸。通過對報文計算、緩存、傳輸速度和可靠性等環(huán)節(jié)進行測試驗證。結(jié)果表明,多核DSP的性能滿足就地化保護測試所需的數(shù)據(jù)計算和吞吐量需求。 

【文章來源】：電力系統(tǒng)保護與控制. 2020,48(18)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

HSR網(wǎng)絡拓撲Fig.1TopologystructureofHSRnetwork

2個網(wǎng)口接入保護專網(wǎng)，完全相同的2個網(wǎng)口實現(xiàn)冗余備份。就地化保護專網(wǎng)采用三網(wǎng)合一通信方式，即SV、GOOSE和制造報文規(guī)范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)三種報文共口傳輸。子機通過保護專網(wǎng)接入站控層，2個網(wǎng)口雙套配置，提供數(shù)據(jù)給站域保護和智能錄波器使用。多子機測試，需要接收并解析啟動環(huán)網(wǎng)、保護環(huán)網(wǎng)和保護專網(wǎng)的數(shù)據(jù)，但不能改變環(huán)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容和流動方向。以4個子機為例，其測試模型如圖2所示，圖中所繪的接線方式為光纖，現(xiàn)場實際使用的是標準航插。圖2多子機測試模型Fig.2Testmodelofmultiplesubmachines子機的保護專網(wǎng)網(wǎng)口直接接入測試平臺，啟動環(huán)網(wǎng)和保護環(huán)網(wǎng)則需要將環(huán)形鏈路的某個中間斷開，一起接入測試平臺。測試平臺工作時，功能上類似于串入鏈路中的子機，需要在啟動環(huán)網(wǎng)和保護環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，以保證子機環(huán)網(wǎng)通信鏈路的完整性。不同的是，子機只接收目的地為自身的數(shù)據(jù)，而測試平臺需要接收所有數(shù)據(jù)進行分析�？玳g隔保護多子機測試，需要配備4個千兆光網(wǎng)口用于環(huán)網(wǎng)測試，保護專網(wǎng)測試需要的百兆光網(wǎng)口數(shù)量是子機數(shù)量的2倍。1.3數(shù)據(jù)量分析多子機測試數(shù)據(jù)量，與現(xiàn)場保護配置方案、子機數(shù)量配置、SV和GOOSE控制塊、采樣率等有關。根據(jù)文獻[24]的計算結(jié)果，單HSR環(huán)網(wǎng)在接入8臺母差間隔子機和1臺電壓子機，每個子機按1個SV發(fā)送控制塊和1個GOOSE發(fā)送控制塊以及管理報文配置，在保護1.2kHz采樣率，每個GOOSE控制塊最大預留60個單遙信組包的情況下，電壓子機SV報文流量約為2.16Mbit/s，母聯(lián)子機和間隔子機流量約為1.3Mbit/s。按照管理報文每臺2Mbit/s進行估算，單個環(huán)網(wǎng)內(nèi)?

個GOOSE發(fā)送控制塊以及管理報文配置，在保護1.2kHz采樣率，每個GOOSE控制塊最大預留60個單遙信組包的情況下，電壓子機SV報文流量約為2.16Mbit/s，母聯(lián)子機和間隔子機流量約為1.3Mbit/s。按照管理報文每臺2Mbit/s進行估算，單個環(huán)網(wǎng)內(nèi)典型配置下的峰值流量約為127.12Mbit/s。對于HSR雙向環(huán)網(wǎng)，其總流量約為單向流量的2倍，即254.24Mbit/s。2測試平臺設計2.1硬件設計根據(jù)對就地化保護測試原理的分析，選擇硬件平臺，確定硬件實現(xiàn)方案，如圖3所示。圖3硬件方案Fig.3Hardwarescheme就地化保護測試平臺核心由x86上位機、TI公司的TMS320C6678多核DSP和現(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)組成。上位機運行Linux操作系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場接線生成測試平臺配置，用戶通過Qt圖形界面，配置測試任務，通過網(wǎng)口下發(fā)至DSP執(zhí)行，同時接收測試數(shù)據(jù)，顯示測試狀態(tài)和結(jié)果。測試的主要工作由多核DSP和FPGA完成。多核DSP是系統(tǒng)的計算核心，充分發(fā)揮多個核心并行執(zhí)行，計算速度快的特點，根據(jù)上位機配置，通過串行高速輸入輸出口(SRIO)高速發(fā)送和接收網(wǎng)絡報文，實時解析接收報文，高速計算發(fā)送報文。此外，多核DSP通過外部內(nèi)存接口(ExternalMemoryInterface,EMIF)訪問FPGA內(nèi)部寄存器，進行系統(tǒng)配置，查詢系統(tǒng)狀態(tài)。FPGA主要進行外部接口控制，緩存并轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡報文。FPGA外接4個千兆光網(wǎng)口用于環(huán)網(wǎng)測試，18個百兆光網(wǎng)口進行保護專網(wǎng)測試，最多可進行9個子機同時測試，能滿足大多數(shù)應用場合的需求。跨間隔保護就地化后，需要采用時間同步技術，保證各間隔子機精確對時。多核DSP

【參考文獻】：
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