智能插件设计 - 智能微网保护装置新平台技术设计

　　2.4 智能插件设计

　　智能插件包括数字化的SV/GOOSE插件与传统I/O、ADC插件，各种插件的软硬件接口都保持统一，有极强的扩展性与适应性，而且支持带电拔插，方便检修工作的进行。数字化的SV/GOOSE插件使用FPGA作为主控芯片，对上与MLVDS总线连接，对下生成多个百兆以太网来驱动光口或者网口与外部通信。FPGA的同步处理能力可以保证所有报文都能立即被响应，配合IEEE1588打下时标完成精确记录报文收发时刻，百兆以太网的数量也可以灵活配置，缓存根据需求变更大小。

　　智能ADC插件采用在电力行业成熟应用的16位采集芯片AD7606，所有通道都做到同步采样，片内集成二阶滤波器、采样保持放大电路、输入钳位保护等功能。在FPGA的控制下，采样速率可被设置为一个可变值，最高达到200Kbps的采样率。

　　智能I/O插件可以采集DC220/DC110的开入量，完成信号出口和跳闸出口的功能。开入开出量保存在FPGA固定的数据区域内，其中开入量的每个变位都有精确到微妙的记录，随时可以上送到主控制器；开出量的数据报文需要经过奇偶校验，在硬件上受到单独的出口电源控制，双重闭锁保证了安全性。

　　3、软件逻辑

　　3.1 面向对象软件平台

　　为保证程序系统化以及可延续性，且为应用开发提供安全、灵活、一致的编程接口，建立了基于多任务实时操作系统Vxworks，采用面向对象设计方式的适用各种开发环境、具有长生命周期的软件平台。该平台可以大大缩短应用开发周期，支持电力行业各种标准通信规约，如IEC103、IEC104、IEC61850等等。

　　软件平台的基本元素称为元件，在面向对象思想中，是将数据以及定义在数据上的操作封装在一起的过程，同样也可以扩展为一个个智能化插件，将同类的应用程序以元件的形式进行封装，可以提高代码的可维护性和可重用性。

　　软件平台的组成有：各个插件上的系统程序、底层的驱动程序、智能插件上的功能程序和后台配置工具软件等。系统程序包括定值调用与存储功能模块、事件记录与录波功能模块、系统监测与自检功能模块、定时器控制功能模块等；驱动程序包括操作系统接口功能模块、插件识别与注册功能模块、各种硬件控制功能模块等；智能插件功能程序包括开入开出逻辑控制、参数管理功能模块、报文收发与拼接功能模块等；后台配置工具包括文件、程序的上传下载功能模块、定值参数的调取与修改功能模块、记录和波形的查看和分析功能模块等。

　　3.2 MLVDS总线逻辑设计

　　装置上电时主处理器读取配置文件，得到智能插件数量与类型，其中插件数量根据工程不同可灵活增减，用配置工具进行注册。受到总线板插槽数量限制，插件数量最大为16块，一致的软硬件接口可根据工程需求配置不同的插件。MLVDS总线结构如图2所示。

　　

　　图2 MLVDS总线结构图

　　MLVDS总线分为控制总线与数据总线。控制总线用于调配轮询插件，由主处理器插件上的FPGA产生定时中断，根据不同插件的数据量分配不同的时间，再召唤该插件数据。插件在轮到自己发送时才可以发送，如果有内容则发送信息，如果无内容则发送空帧；在其它插件发送时处于监听状态，如果发现是发给自己的开启接收逻辑，否则不予理会。总线控制逻辑可以保证所有插件受到主机调配，相互间不会产生竞争或冲突的情况。

　　4、结论

　　基于集中式保护方式研发的智能微网保护装置目前已通过了型式试验和动模试验的检测，检测结构表明了该装置的保护功能以及各项软硬件指标均满足或高于电力行业标准，具有抗干扰能力强、测量精度高、反应速度快速、应用场合广泛等特点。

　　本文提出的智能微网保护装置的新平台技术方案，可广泛应用于不同的小系统，具有实际操作性。该平台软硬件资源丰富，保护功能强大，配置可随需求裁剪，可靠性极高，可以满足微网保护装置的各种功能需求，具有良好的应用前景。