專利名稱：適用于高壓繼保裝置的高速串行數據總線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化技術，尤其涉及高壓繼電保護裝置，以及數字化變電
站二次設備。
背景技術：
當今繼電保護領域二次設備已經全面轉向數字化方向，以微處理器為核心的保護 裝置已經成為主流。高壓電力繼保裝置因其采樣精度高并且數據量大，通常采用多處理器 協(xié)同處理的模式，在這種背景下，在處理器之間共享高速采樣數據就成為制約系統(tǒng)整體性 能和靈活性的關鍵因素?，F有的基于多處理器結構的繼保裝置中，大部分是把采用將開入開出量，顯示界 面等處理器要求不高的任務分派到若干輔助處理器上，而例如保護電壓，保護電流的采集 與后處理，以及保護算法等數據耦合緊密的任務，由于處理器間沒有高速并且結構靈活的 數據交換通路而沒有辦法得到分布式處理。也就是說，沒有從根本上解決處理能力和系統(tǒng) 靈活性的問題。
發(fā)明內容
現有技術的主要缺點，歸根到底是在多處理器間，沒有一個高速并且結構靈活，性 能可靠的數據交換通路，來使得保護電壓，保護電流等大數據量的模擬量信號得到實時分 派，使得在多處理器間共享并協(xié)調處理得到可能。HSSDB總線可有效的解決傳統(tǒng)裝置中存在 的這些問題。針對現有技術的不足，本發(fā)明的HSSDB總線屬于高速串行總線，采用單工廣播方 式發(fā)送數據，并且遵循時分復用的原則。根據OSI通訊模型，HSSDB數據總線可以分為物理 層，數據鏈路層和應用層等3層結構。下面就分別描述此3層的具體結構。物理層每條HSSDB總線共擁有3條信號線，分別是數據(DATA)，隨路時鐘(CLK) 和幀同步(FS)。HSSDB總線在物理層電氣特性上，采用了高速低擺幅M-LVDS電平方式。 M-LVDS電平的主要優(yōu)點是速度快，并且采用全差分結構，抗共模干擾能力強，并且采用一發(fā) 多收的傳輸模式，符合HSSDB總線廣播傳輸方式的要求。相比傳統(tǒng)的RS485等差分電平，在 高速傳輸數據時，擁有更小的EMI發(fā)射強度。數據鏈路層HSSDB數據鏈路層的主要功能是在串行數據線上，區(qū)分每幀的數據 結構，并對數據進行解串行操作并放入緩沖區(qū)中供處理器使用。每個HSSDB數據幀可傳輸 32個16bit寬度數據，即每幀供512bit數據量，其中前30個數據槽位留給應用層傳輸數 據使用，例如保護電壓，保護電流等，第31個數據槽位用來存放前30個數據槽位的CRC校 驗信息，用來保證數據傳輸的可靠性。第32個槽位空出，作為兩個數據幀之間的等待間隔。 在HSSDB的3條傳輸信號線中，FS信號線表示每幀的開始，低電平有效，寬度為一個CLK時 鐘周期寬度，每兩個FS信號之間的間隔表明了 HSSDB數據幀的間隔，CLK信號是HSSDB總 線時鐘信號，隨FS和DATA信號線一起傳輸。FS和DATA信號線在CLK信號線的上升沿發(fā)生
3變化，并且CLK信號線在總線空閑狀態(tài)下依然按照固定頻率翻轉。應用層為了實現HSSDB的通用性和適用性，HSSDB總線的31個數據槽位不做硬 性規(guī)定，根據應用的不同，可以靈活的存放不同的數據信息。例如電壓電流采樣值，有效值， 運算中間結果或者是開入開出量等?？偩€速度參數HSSDB為了滿足數字化變電站以及高壓繼保裝置中高數據采樣 率下數據傳輸的要求，其工作頻率上限定為50HZ交流工頻條件下，每周波不大于200點 采樣速率。按照每HSSDB數據幀中實時傳送1個采樣點的設計，則其每秒應該能夠傳輸 200*50=10000個數據幀，按照HSSDB每幀512bit數據計算，HSSDB數據總線的基礎波特率 參數為5. 12Mbit/秒?？紤]到實際工況的不同，設計20%的偏差容限，則其下限波特率為 4. 096Mbit/秒，上限波特率為6. 144Mbit/秒?？蓪崿F性HSSDB總線雖然擁有很好的實時性能和強大的數據傳輸能力，但是其 同時也擁有良好的可實現性。在FPGA等可編程邏輯器件大量采用的現實條件下，可以以較 低的成本實現HSSDB總線傳輸邏輯功能，同時，多家IC廠商也推出了多款支持M-LVDS電平 的高速收發(fā)器，一般的速率性能都能達到IOOMbit/秒以上，完全滿足HSSDB的5. 12Mbit/ 秒的要求。綜合以上兩點，再加上適當的控制程序，既可以完全實現HSSDB總線的全部功 能。本發(fā)明有益效果
本發(fā)明解決了高壓電力繼保裝置中，多處理器系統(tǒng)大數據量采樣數據共享以及傳輸的 問題，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性，同時降低了系統(tǒng)總體成本，并且具有良好的可實現性 和商業(yè)價值。
圖1是本發(fā)明實施例的示意圖。
具體實施例方式下面舉一個實例來說明HSSDB高速串行數據總線的實際使用方式。在傳統(tǒng)的數字式繼電保護裝置中，如果想要將采樣功能和保護算法處理功能分別 放在不同的處理器上實現，則一般是采用雙口 RAM將兩者連接起來，其中一個處理器負責 采樣，并計算有效值和頻率信息，處理完成后放進雙口 MM中交給另外一個處理器進行保 護算法的計算，這種方式模式比較固定，倘若需要在系統(tǒng)上增加新的功能，例如將采樣值等 信息通過以太網方式發(fā)給錄波裝置等，就很難實現。利用HSSDB總線就可以輕松完成。如 圖1所示。圖1中，整個系統(tǒng)分為3塊功能插件板和一個系統(tǒng)背板組成，3塊功能插件板上的 微處理器或者數字信號處理器通過背板上的HSSDB總線相連。其中采樣板是HSSDB總線的 數據發(fā)送者，其負責采樣電壓電流數據，然后計算有效值和頻譜等信息，然后將這些數據分 別放入HSSDB每幀中的30個數據槽位，并廣播發(fā)送。保護算法功能板不需要處理采樣和數 據處理任務，其只要通過HSSDB總線接收經過采樣板處理后的中間數據并運行相應的保護 算法并控制相應的保護出口即可。而其中的以太網通訊板則可以將HSSDB總線上的采樣等 數據，以以太網或者是其他的總線方式，發(fā)送給相應的數字錄波器等裝置。作為功能擴充，此系統(tǒng)可以方便的添加其他功能板卡即可方便的從HSSDB總線上獲取實時的采樣值等信 息。滿足了系統(tǒng)結構的靈活性和可擴展性，同時，因為系統(tǒng)功能分解到各個處理器上運行， 對于處理器的速度大大降低，可以有效的節(jié)約系統(tǒng)總體成本和維護成本。本發(fā)明的關鍵點在于
1. HSSDB總線全稱為High Speed Serial Data Bus，即高速串行數據總線。2. HSSDB總線采用了 M-LVDS電平作為串行總線物理層，獲得了很高的傳輸速率 和抗干擾性能。3. HSSDB總線采用了 CLK，DATA和FS三條信號線，以同步的方式進行串行數據的 傳輸，同時在每幀數據都附帶CRC校驗，提高傳輸可靠性。4. HSSDB總線采用了廣播的數據發(fā)送方式，采樣板卡作為數據源，其他板卡作為 數據接受者，系統(tǒng)結構靈活，增加新功能不改變現有裝置軟硬件結構。5. HSSDB總線采用每幀32數據槽位的鏈路層模式，可以實現各種靈活的系統(tǒng)應用。6. HSSDB總線總線采用5. 12Mbit/秒的基準速率，滿足幾乎所有應用條件的要 求，同時兼顧系統(tǒng)可實現性和實現成本。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明的 保護范圍之內。因此本發(fā)明的保護范圍應當以本申請的權利要求保護范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種適用于高壓繼保裝置的高速串行數據總線，它分為物理層，數據鏈路層和應用 層三層結構，其特征在于所述物理層，共擁有三條傳輸信號線，分別是數據DATA、隨路時鐘CLK和幀同步FS，在 物理層電氣特性上，采用了高速低擺幅M-LVDS電平方式，具有很強的抗干擾能力；所述數據鏈路層，在串行數據線上，區(qū)分每幀的數據結構，并對數據進行解串行操作并 放入緩沖區(qū)中供處理器使用，傳輸過程中，無需處理器參與；所述應用層，總線的31個數據槽位根據應用的不同，靈活的存放不同的數據信息。
2.根據權利要求1所述的高速串行數據總線，其特征在于它采用單工廣播方式發(fā)送 數據，并且遵循時分復用的原則。
3.根據權利要求1或2所述的高速串行數據總線，其特征在于每個數據幀可傳輸32 個16bit寬度數據，即每幀供512bit數據量，其中前30個數據槽位留給應用層傳輸數據 使用，第31個數據槽位用來存放前30個數據槽位的CRC校驗信息，用來保證數據傳輸的 可靠性，第32個槽位空出，作為兩個數據幀之間的等待間隔；同時，總線數據傳輸數據率為 5. 12Mbit/秒，滿足高壓繼保裝置在50Hz工頻環(huán)境下每周波200點采樣數據多個通道傳輸 的要求。
4.根據權利要求3所述的高速串行數據總線，其特征在于所述三條傳輸信號線中，幀 同步FS信號線表示每幀的開始，低電平有效，寬度為一個隨路時鐘CLK時鐘周期寬度，每兩 個幀同步FS信號之間的間隔表明了數據幀的間隔，隨路時鐘CLK信號是總線時鐘信號，隨 幀同步FS和數據DATA信號線一起傳輸。
5.根據權利要求4所述的高速串行數據總線，其特征在于所述幀同步FS和數據DATA 信號線在隨路時鐘CLK信號線的上升沿發(fā)生變化，并且隨路時鐘CLK信號線在總線空閑狀 態(tài)下依然按照固定頻率翻轉。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化技術，尤其涉及高壓繼電保護裝置，以及數字化變電站二次設備。為了解決傳統(tǒng)高壓數字繼電保護裝置中，高速多通道電壓電流采樣值在多處理器間難于實時共享的問題，本發(fā)明提出的HSSDB高速串行數據總線采用數據(DATA)，時鐘(CLK)和幀同步(FS)三條串行信號線，拓撲結構上采用單工廣播形式。物理層采用M-LVDS低擺幅差分電平，每幀數據擁有32個數據槽位可以靈活傳輸電壓電流采樣值。同時具備CRC校驗信息，提高系統(tǒng)容錯檢錯能力。HSSDB總線數據傳輸數據率為5.12Mbit/秒，滿足高壓繼保裝置在50Hz工頻環(huán)境下每周波200點采樣數據多個通道傳輸的要求。本發(fā)明解決了高壓電力繼保裝置中，多處理器系統(tǒng)大數據量采樣數據共享以及傳輸的問題，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性，同時降低了系統(tǒng)總體成本。
文檔編號H02J13/00GK102063397SQ20101056823
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者張偉, 張杭 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司