基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及通信設備技術方案

一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及通信設備，通過電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板構成的系統進行通訊；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊。本發明專利技術可以實現電力系統主站與電力系統仿真設備RTDS之間的高速數據通信，能夠對電力系統仿真設備RTDS的暫態電力數據進行高速數據采集、封裝、傳輸、接收及分析，使得電力系統仿真結果更接近真實電網的情況。

【技術實現步驟摘要】
基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及通信設備
本專利技術涉及電力系統在線通訊
，特別是涉及一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及通信設備。
技術介紹
電力系統對現代社會非常重要，為了確保電力系統精確有效地工作，在實際中常常需要預先通過電力系統主站及電力系統仿真設備進行相關性能測試研究，以確保實際中的精確度。現有技術中，電力系統主站與電力系統仿真設備RTDS之間仍然處于分立各自研究狀態，沒有實現實時的數據交換，有些系統盡管實現了兩者之間的數據通信，但也是基于TCP/IP、DNP協議等速率較低的通信機制，通訊速率只能是秒級的，無法實現對于毫秒級別乃至微秒級別高精度數據的高速通訊，沒有實現真正的高精度數據高速交換，使得難以在實時仿真系統上對電力系統進行在線的實時數據采集和分析，無法實現電力系統仿真設備的仿真運行環境與電力系統的暫態實際過程相對應，仿真結果難以接近真實電網，無法獲準確的分析結論和有效的決策信息。因此，針對現有技術不足，提供一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及電力系統高速數據通信設備以克服現有技術不足甚為必要。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于避免現有技術的不足之處而提供一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法，能夠實現電力系統仿真設備RTDS與電力系統主站之間的實時高速通訊。本專利技術的上述目的通過如下技術手段實現。一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法，通過電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板構成的系統進行；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊。上述所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間的數據通訊包括：在電力系統主站的控制下，所述FPGA板采集所述電力系統仿真設備RTDS傳輸的數據并處理后的數據包輸送至所述電力系統主站，以及所述電力系統將所接收的數據包進行解析得到所述電力系統仿真設備RTDS的暫態電力數據。上述電力系統主站設置有控制輸出端，所述控制輸出端輸出采集啟動報文信號或者采集停止報文信號至所述FPGA板的控制輸入端，所述FPGA板與所述電力系統仿真設備RTDS之間進行實時雙向數據通信，當所述FPGA板的控制輸入端接收到采集啟動報文信號時，所述FPGA板開始按照設定的采樣周期采集所述電力系統仿真設備RTDS輸出端的數據，當所述FPGA板的控制輸入端接收到停止采集報文信號時，所述FPGA板停止采集所述電力系統仿真設備RTDS輸出端的數據。進行數據采集通信的具體過程，包括如下步驟：（1）所述FPGA板的控制輸入端監測到采集啟動報文信號；（2）所述FPGA板的采樣單元對所述電力系統仿真設備RTDS輸送的暫態數據進行高速采集；（3）所述FPGA板的封裝單元將所采集的數據進行封裝得到以太數據包；（4）所述FPGA板的發送單元將以太數據包發送至所述電力系統主站；（5）所述電力系統主站的接收單元接收并保存以太數據包，接收完畢后，向FPGA板發送采集停止報文使得所述FPGA板停止發送數據包；（6）所述電力系統主站的解析單元對所接收的以太數據包進行解析，得到電力系統仿真設備RTDS的暫態電力數據。上述步驟（3）中以太數據包是按照目的MAC地址、源MAC地址、以太類型、數據包類型和數據包內容的格式構成。上述FPGA板上的千兆以太網接口監測所述電力系統主站發送的采集啟動報文信號。上述FPGA板通過千兆以太接口將以太數據包發送至電力系統主站。本專利技術的另一目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種基于FPGA的電力系統高速數據通信設備，能夠實現電力系統仿真設備RTDS與電力系統主站之間的實時高速通訊。本專利技術的上述目的通過如下技術手段實現。一種進行上述方法的基于FPGA的電力系統高速數據通信設備，設置有電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊。上述FPGA板設置有數據輸入端、采集單元、封裝單元、發送單元、驅動單元和控制輸入端；所述電力系統仿真設備RTDS的輸出端與所述FPGA板的數據輸入端連接，所述數據輸入端與所述采集單元的輸入端連接，所述采集單元的輸出端與所述封裝單元的輸入端連接，所述封裝單元的輸出端與所述發送單元的輸入端連接，所述發送單元的輸出端與所述電力系統主站的輸入端連接；所述電力系統主站設置有控制輸出端，所述控制輸出端與所述控制輸入端連接，所述控制輸入端與所述驅動單元的輸入端連接，所述驅動單元的輸出端與所述采集單元的采集控制端連接；所述單元系統主站設置有接收單元和解析單元，所述接收單元的輸入端與所述電力系統主站的輸入端連接，所述接收單元的輸出端與所述解析單元的輸入端連接。上述FPGA板的型號為Virtex-6FPGAML605；所述數據輸入端為所述FPGA板的光纖接口，所述控制輸入端為所述FPGA板的千兆以太接口，所述發送單元設置為所述FPGA板的千兆以太網接口；所述采集單元設置有千兆光模塊、通訊模塊及存儲模塊，所述前兆光模塊的輸入端與所述數據輸入端連接，所述前兆光模塊的輸出端與所述通訊模塊的輸入端連接，所述通訊模塊的輸出端與所述存儲模塊的輸入端連接，所述存儲模塊的輸出端與所述封裝單元的輸入端連接；所述封裝單元設置有控制報文處理模塊和數據報文封裝模塊，所述控制報文處理模塊的輸入端與所述存儲模塊的輸出端連接，所述控制報文處理模塊的輸出端與所述數據報文封裝模塊的輸入端連接，所述數據報文封裝模塊的輸出端與所述發送單元的輸入端連接；所述發送單元設置有以太MAC模塊和發送以太接口模塊，所述數據報文封裝模塊的輸出端與所述發送以太MAC模塊的輸入端連接，所述以太MAC模塊的輸出端與所述發送以太接口模塊的輸入端連接，所述發送以太接口模塊的輸出端與所述接收單元的輸入端連接；所述控制輸出端設置為所述電力系統主站的千兆以太網接口；所述接收單元設置有接收以太接口模塊和報文接收模塊，所述接收以太接口模塊的輸入端與所述發送以太接口模塊的輸出端連接，所述接收以太接口模塊的輸出端與所述報文接收模塊的輸入端連接，所述報文接收模塊的輸出端與所述解析單元的輸入端連接；所述解析單元設置有數據包解析模塊、數據存儲模塊和數據更新模塊，所述數據包解析模塊的輸入端與所述報文接收模塊的輸出端連接，所述數據包解析模塊的輸出端分別與所述數據更新模塊和數據存儲模塊連接。本專利技術的基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法及通信設備，通過電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板構成的系統進行通訊；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，電力系統主站和電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊。本專利技術可以實現電力系統主站與電力系統仿真設備RTDS之間的高速數據通信，能夠對電力系統仿本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法，其特征在于：通過電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板構成的系統進行；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊。

【技術特征摘要】
1.一種基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法，其特征在于：通過電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板構成的系統進行；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間通過FPGA板進行離散采樣點間隔不大于50微秒/步長的高速數據通訊；所述電力系統主站和所述電力系統仿真設備RTDS之間的數據通訊包括：在電力系統主站的控制下，所述FPGA板采集所述電力系統仿真設備RTDS傳輸的數據并處理后的數據包輸送至所述電力系統主站，以及所述電力系統將所接收的數據包進行解析得到所述電力系統仿真設備RTDS的暫態電力數據；所述電力系統主站設置有控制輸出端，所述控制輸出端輸出采集啟動報文信號或者采集停止報文信號至所述FPGA板的控制輸入端，所述FPGA板與所述電力系統仿真設備RTDS之間進行實時雙向數據通信，當所述FPGA板的控制輸入端接收到采集啟動報文信號時，所述FPGA板開始按照設定的采樣周期采集所述電力系統仿真設備RTDS輸出端的數據，當所述FPGA板的控制輸入端接收到停止采集報文信號時，所述FPGA板停止采集所述電力系統仿真設備RTDS輸出端的數據。2.根據權利要求1所述的基于FPGA的電力系統高速數據采集通信方法，其特征在于：進行數據采集通信的具體過程，包括如下步驟：(1)所述FPGA板的控制輸入端監測到采集啟動報文信號；(2)所述FPGA板的采樣單元對所述電力系統仿真設備RTDS輸送的暫態數據進行高速采集；(3)所述FPGA板的封裝單元將所采集的數據進行封裝得到以太數據包；(4)所述FPGA板的發送單元將以太數據包發送至所述電力系統主站；(5)所述電力系統主站的接收單元接收并保存以太數據包，接收完畢后，向FPGA板發送采集停止報文使得所述FPGA板停止發送數據包；(6)所述電力系統主站的解析單元對所接收的以太數據包進行解析，得到電力系統仿真設備RTDS的暫態電力數據；所述步驟(3)中以太數據包是按照目的MAC地址、源MAC地址、以太類型、數據包類型和數據包內容的格式構成；所述FPGA板上的千兆以太網接口監測所述電力系統主站發送的采集啟動報文信號；所述FPGA板通過千兆以太接口將以太數據包發送至電力系統主站。3.用于權利要求1-2任意一項所述方法的基于FPGA的電力系統高速數據通信設備，其特征在于：設置有電力系統主站、電力系統仿真設備RTDS和FPGA板；所述電力系統仿真設備RTDS與所述FPGA板雙向連接，所述電力系統主站與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭琦，賈旭東，韓偉強，蔡海青，郭劍，王寶石，和江波，劉建永，包鐵，
申請(專利權)人：南方電網科學研究院有限責任公司，歐斯皚自動化軟件系統北京有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44