数字变电站iec61850

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1、数字变电站IEC61850颜文，吴洁，李尚柏（四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610065）摘要：在数字化变电站中，面向通用对象变电站事件（GOOSE）报文被用于传输跳合闸命令和状态信息，它直接服务于保护测控装置，记录变电站实时的运行状态，报文的快速解码能及时的排查偶发性故障。在详细地分析IEC61850?GOOSE报文的结构后，考虑到报文传输的实时性要求，提出了GOOSE报文解码的FPGA设计方案。重点叙述解码模块中两个关键状态机的设计，应用Verilog硬件描述语言在QartusⅡ软件平台上实现了对解码模块的编写，最后通过对

2、解码模块的功能仿真和在线调试验证了设计的合理性。.jyqke_fsm（数据帧解码状态机）和Length_fsm（TLV数据格式L域解码状态机）2个状态机中进行；前者控制整个数据帧解码流程，后者实现对长度域的解码。3.1Frame_fsm状态机Frame_fsm状态机主要实现数据的读取、过滤、分离和分类存储，包括12个状态常量，采用独热码编码[7]。其中Idle是待解码状态，当start信号有效，进入Ready状态；Ready状态下所有输出状态寄存器清零，准备数据帧的解析；Read状态下从Avalon主接口读取数据；odelSim?Altera6

3、.5b软件进行了功能的仿真，验证了设计的可靠性，仿真结果如图6所示。从图中可以看出，read_data是解码模块从数据缓冲区依次读取的报文数据，e_state和Length_state表明解码的状态。4解码模块的软件仿真验证运用SoPC?builder将解码模块集成到NiosⅡ系统中[8]，再下载到FPGA芯片中进行在线仿真调试，用到的工具有Altera公司的QuartusⅡ9.1，NiosⅡIDE9.1软件和H3C40?V6FPGA开发板，验证流程如图7所示。将用于测试的GOOSE报文数据存储在FPGA的RAM中，通过对存储器初始化完成[9]

4、。在NiosⅡIDE的存储器窗口下查看内存中一帧待解码的GOOSE报文，当报文经过交换机到达网络端口时，已经去掉TPID（0x8100）和TCI（0x4000）标志，该报文长158B，存放的基地址为0x00020000，如图8所示。解码完成后，在NiosⅡIDE变量窗口可查看解码的相关信息，如图9所示。图中计时器计数值为793，系统工作时钟50MHz，可计算出解码所用的时间约为15.86μs。为了测试解码模块过滤报文的性能，在RAM中存放30帧数据，包括符合过滤条件的GOOSE数据帧，不符合过滤条件的GOOSE数据帧和非GOOSE数据帧[10]

5、。解码完成后，在NiosⅡIDE变量窗口查看结果，如图10所示。从图中可以看出完全符合条件的数据帧有12帧，不符合条件的数据帧被过滤掉了。Frame_Length数组中存放每1帧GOOSE报文的长度值，Header_base数组中存放报文以太网配置信息基地址，APDU_base数组中存放APDU配置信息基地址，Data_base数组中存放GOOSE数据集基地址，通过读取解码模块返回的基地址，可以访问内存中相应的已解码数据。5结语本文基于FPGA实现了对IEC61850标准的GOOSE报文的快速解码，通过对解码模块的功能仿真验证了设计逻辑的正确性

6、，在线的数据测试结果表明解码模块实现了对报文的过滤和不同数据类型的分类存储。采用FPGA硬件方式对GOOSE报文解码，其解析报文的速度快，满足实时性的要求，有利于尽早地发现变电站故障，保障变电站的安全运行；FPGA资源丰富，许多功能模块都能集成到一块芯片上，可以方便地移植到数字变电站的智能设备中以实现快速通信。.jyqk].北京：中国电力出版社，2012.[2]李永亮，葛维春，王之茗.IEC61850通讯标准中的编码规范ASN.1[J].电力系统保护与控制，2008，36（22）：66?70.[3]韩明峰，张捷，郑永志.IEC61850?GOO

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