一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法，包括：各路交流和直流模拟量信号从电力直流系统接入，经过信号调理电路的采集、滤波和隔离后送入AD采样电路，多路并行的SOC核心算法对采集的数据进行获取、缓存、封装成标准UDP数据包从网络接口发送到网络存储服务器。本发明专利技术的显著特点是全硬件并行数据处理，数据采集速度快，可靠性高，实时性好，不存在性能瓶颈。

A method of fault recording and broadcasting in DC power system based on SOC

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法
本专利技术涉及电力直流系统监控领域，特别涉及一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法。
技术介绍
变电站的直流电源系统是电力系统的重要组成部分，为变电站的信号设备、继电保护、自动装置、事故照明及断路部分、合闸操作提供直流电源，并在外部交流故障的情况下，保证由后备电源继续提供直流电源的重要设备，是继电保护、自动装置和断路器等设备正常动作的基本保障，其稳定运行对防止系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。近年来在电力系统内因变电站直流系统出现异常的情况下而引起保护装置误动和拒动的事故呈现上升趋势，而直流系统在事故状态下的异常情况却无法捕捉到准确和详细的信息，缺乏事故分析的数据支撑，给事故原因分析增添了许多不确定因素。由于缺乏对变电站直流电源系统运行状况更准确和详细的监测，对直流电源系统在静态和动态状态下信息不能完全掌握，特别在动态状态下，如交流电源失电、开关模块故障、直流系统接地、交流电源串入、蓄电池容量下降、直流负载突变、直流系统绝缘监测装置选线动作等对直流系统的扰动情况知之甚少。为能准确和完整地监测到直流电源系统的运行情况，发现直流电源系统存在的问题或缺陷，迫切需要建立实现电源系统故障信息采集诊断分析与录波功能，增加和完善对直流系统的监测手段，并为直流系统各类异常及各设备之间同时或相继发生异常时的故障分析进行建模，达到准确、全面和快速地做出分析诊断。通用的故障录播设备录播通道少，录播数据采样密度小，难以适合电力直流系统故障录播要求。专利技术内容专利技术目的：为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于SOC(SystemOnChip,片上系统)的电力直流系统故障录播方法，包括交流信号调理模块、直流信号调理模块、AD(AnalogDigital，模拟数字)采样电路、8080处理器接口SOC模块、AD采样时序SOC模块、数据FIFO(FirstInFirstOut，先入先出)缓冲区管理SOC、UDP(UserDatagramProtocol，用户数据报协议)封装SOC模块、IP(InternetProtocol，IP协议)封装SOC模块、MAC(MeadiaAccessControl，介质访问控制)封装SOC模块、MAC控制器模块、以太网PHY(PhysicalLayer，物理层)模块和系统时钟SOC模块；本专利技术的创新点是提出了在电力直流系统中采用以SOC算法为基础的全硬件并行故障录播方法，解决了传统采用基于处理器的故障录播系统录播密度低、路数少的问题；所述交流信号调理模块对接入的220V/380V工频交流电压或电流信号进行ESD(Electro-StaticDischarge，静电放电)防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；所述直流信号调理模块对接入的220V/380V直流电压或电流信号进行ESD防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；所述AD采样电路对输入的模拟信号进行采样、量化、编码、缓存，AD采样电路包括Intel8080CPU接口，其它模块能够通过Intel8080CPU接口获取采样数据；所述8080处理器接口SOC模块用于在FPGA中使用逻辑算法实现Intel8080CPU读写时序，从具有8080CPU接口的AD采样电路读写数据；所述AD采样时序SOC模块在FPGA中使用逻辑算法完成AD采样数据读取的状态机时序，把数据从AD采样电路读取到数据FIFO缓冲区；所述数据FIFO缓冲区管理SOC模块在FPGA中使用逻辑算法完成采样数据的先入先出的缓冲功能，为数据打包准备数据；所述UDP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把AD采样数据从FIFO缓冲区中取出来，拼接上UDP首部，计算首部校验和，封装成UDP报文，转交给IP封装模块；所述IP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把UDP报文拼接上IP协议的首部，计算IP校验和，封装成IP数据包，转交给MAC封装模块；所述MAC封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把IP数据包添加上首部和尾部，并计算CRC校验和，封装成MAC帧，发送给MAC控制器模块；所述MAC控制器模块完成以太网媒体接入协议CSMA/CD，把MAC帧发送到以太网；所述以太网PHY模块完成线路编码和解码功能，把以太网数据发送到网络双绞线上；所述系统时钟SOC模块在FPGA中利用模拟PLL或者数字PLL产生系统中所有其他模块运行需要的时钟，并管理所述时钟。系统通过执行如下步骤完成电力直流系统的故障录播：步骤A，系统时钟SOC模块利用VHDL算法生成所有其他模块运行所需要的时钟，时钟基准为25MHz，利用PLL(PhaseLockingLoop，锁相环)生成包括100MHz、50MHz在内的各种模块时钟；步骤B，调用FPGA开发环境中的IP核MAC控制器，利用FPGA集成开发环境配置MAC控制器参数，例化MAC控制器模块，发送和接收测试MAC帧；步骤C，编写调试MAC封装SOC模块，7个字节前导插入和1个字节SFD，6个字节的目的MAC地址，6个字节的源MAC地址，2个字节的帧类型，46～1500字节的帧数据和4个字节的CRC校验，调试方法是每秒发送固定内容的MAC帧，利用PC机网络接口接收，直到接收无误；步骤D，编写调试IP封装SOC模块，字段包括版本字段，首部长度，服务类型，总长度，标识，标志，片偏移，TTL，协议，首部校验和，源IP地址，目的IP地址，调试方法是利用PC机网络接口和WireShark软件抓取FPGA芯片发过来的调试IP包，直到收到正确的IP报文；步骤E，编写调试UDP封装SOC模块，字段包括源端口、目的端口、长度、校验和，在计算校验和的时候需要构造伪首部，调试方法为利用PC机网络接口和WireShark软件抓取FPGA芯片发过来的调试UDP包，直到收到正确的UDP报文；步骤F，编写AD采样SOC模块，包括调试8080CPU时序，AD电路采样指令下发和采样数据读取时序，8080CPU时序的调试需要利用示波器观察产生的硬件信号，或者利用FPGA开发工具自带的SignalTap观察SOC产生的时序信号。AD采样时序的调试需要根据数据手册，反复调整指令序列和时序，指导采样数据能够从AD电路中读取出来。有益效果：本专利技术充分利用SOC的高速、并行数据处理的特点，能够同时对很多路模拟信号进行高速采样。由于是采用网络存储技术，SOC以网络UDP报文输出采样数据，可扩展性很强，多用几片SOC就能够实现更多路的模拟数据采集，不存在性能瓶颈，非常适合电力直流系统故障录播应用场景。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本专利技术的系统架构。图2是基于SOC的故障录播的功能模块图。具体实施方式如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法，其特征在于，包括交流信号调理模块、直流信号调理模块、AD采样模块、8080处理器接口SOC模块、AD采样时序SOC模块、数据FIFO缓冲管理SOC模块、UDP封装SOC模块、IP封装SOC模块、MAC封装SOC模块、MAC控制器模块、以太网PHY模块和系统时钟SOC模块；/n所述交流信号调理模块对接入的220V/380V工频交流电压或电流信号进行ESD防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；/n所述直流信号调理模块对接入的220V/380V直流电压或电流信号进行ESD防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；/n所述AD采样模块对输入的模拟信号进行采样、量化、编码、缓存，AD采样模块包含Intel8080CPU接口，其它模块能够通过Intel 8080CPU接口获取采样数据；/n所述8080处理器接口SOC模块用于在FPGA中使用逻辑实现Intel 8080CPU读写时序，从具有8080CPU接口的AD采样模块读写数据；/n所述AD采样时序SOC模块在FPGA中使用逻辑完成AD采样数据读取的状态机时序，把数据从AD采样模块读取到数据FIFO缓冲区；/n所述数据FIFO缓冲区管理SOC模块在FPGA中使用逻辑算法完成采样数据的先入先出的缓冲功能，为数据打包准备数据；/n所述UDP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把AD采样数据从FIFO缓冲区中取出来，打包拼接上UDP首部，计算首部校验和，封装成UDP报文，转交给IP封装SOC模块；/n所述IP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把UDP报文拼接上IP协议的首部，计算IP校验和，封装成IP数据包，转交给MAC封装SOC模块；/n所述MAC封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把IP数据包添加上首部和尾部，并计算CRC校验和，封装成MAC帧，发送给MAC控制器模块；/n所述MAC控制器模块完成以太网媒体接入协议CSMA/CD，把MAC帧发送到以太网；/n所述以太网PHY模块完成线路编码和解码功能，把以太网数据发送到网络双绞线上；/n所述系统时钟SOC模块在FPGA中利用模拟PLL或者数字PLL产生系统中所有其他模块运行需要的时钟，并管理所述时钟。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于SOC的电力直流系统故障录播方法，其特征在于，包括交流信号调理模块、直流信号调理模块、AD采样模块、8080处理器接口SOC模块、AD采样时序SOC模块、数据FIFO缓冲管理SOC模块、UDP封装SOC模块、IP封装SOC模块、MAC封装SOC模块、MAC控制器模块、以太网PHY模块和系统时钟SOC模块；
所述交流信号调理模块对接入的220V/380V工频交流电压或电流信号进行ESD防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；
所述直流信号调理模块对接入的220V/380V直流电压或电流信号进行ESD防护、信号取样、信号滤波和信号隔离，变换成适合ADC采样的模拟信号；
所述AD采样模块对输入的模拟信号进行采样、量化、编码、缓存，AD采样模块包含Intel8080CPU接口，其它模块能够通过Intel8080CPU接口获取采样数据；
所述8080处理器接口SOC模块用于在FPGA中使用逻辑实现Intel8080CPU读写时序，从具有8080CPU接口的AD采样模块读写数据；
所述AD采样时序SOC模块在FPGA中使用逻辑完成AD采样数据读取的状态机时序，把数据从AD采样模块读取到数据FIFO缓冲区；
所述数据FIFO缓冲区管理SOC模块在FPGA中使用逻辑算法完成采样数据的先入先出的缓冲功能，为数据打包准备数据；
所述UDP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把AD采样数据从FIFO缓冲区中取出来，打包拼接上UDP首部，计算首部校验和，封装成UDP报文，转交给IP封装SOC模块；
所述IP封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把UDP报文拼接上IP协议的首部，计算IP校验和，封装成IP数据包，转交给MAC封装SOC模块；
所述MAC封装SOC模块在FPGA中使用逻辑算法把IP数据包添加上首部和尾部，并计算CRC校验和，封装成MAC帧，发送给MAC控制器模块；
所述MAC控制器模块完成以太网媒体接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李万林，王奇，张阳，
申请(专利权)人：南京音视软件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32