基于FPGA的微机保护图形化编程设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第1期继电器Vo1．34No．12006年1月1日RELAYJan．1，200615基于FPGA的微机保护图形化编程设计田志国‘，易永辉，刘崇新‘，赵志华。，张道峰。，邱仁祥。，文耀宽，张宏林(1．西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049；2．浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027；3．许继保护及自动化事业部，河南许昌461000；4．重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，重庆400067；5．漯河电业局．河南漯河462000；6．安阳电业局，河南安阳455100)摘要：介绍了FPGA

2、等大规模可编程逻辑器件的特点；针对现有微机保护产品开发手段的不足，提出并分析了采用FPGA实现低技术门槛、低成本、高可靠性微机保护图形化编程设计的方法，并陈述了图形化编程的具体实现过程；此方法与CPU基本无关，适用于各档次CPU图形化编程保护产品的设计开发。关键词：FPGA；模块化编程；图形化编程中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)0l-0015-030引言2现有微机保护产品设计现状我国电力系统微机保护的发展经历了从8位目前，国内有为数不多的具备强大技术实力的机、16位机到32位机的历程，微机保护原理的发展公司

3、通过开发一种专用的将图形转化为代码的组态也Et臻成熟；但绝大部分应用产品的开发手段仍然软件，在保护产品的设计过程中采用了与ABB、Et为传统的手工编程，保护逻辑广泛采用先启动后分立等公司类似的图形化开发方法。其产品的逻辑功类按顺序依次处理的串行处理模式¨j，保护逻辑分能与装置硬件弱关联，应用工程师在图形化界面中叉复杂、难以完全验证。而国外ABB、GE、Et立等公完成保护产品部分甚至全部保护功能组态设计。这司采用了图形化编程的先进的开发模式。这种先进种开发方法具有如前所述的各种优点，其缺点是图的开发模式，可以大幅度减少甚至避免人工编写源形化开发平台规划

4、、开发门槛很高，投入巨大。而且代码的工作，产品实现过程比较透明直观、快捷、可对硬件平台的资源(CVt3的数据处理能力、存储器靠，客户对产品功能实现过程易于理解，维护简单方容量等)也有较高要求，不适合所有的公司及一般便。相比之下，传统的编程模式在可维护性、继承保护控制类产品(如小型电动机保护、馈线保护性、可靠性方面存在一定差距。本文提出了一种基等)。于成熟的FPGA开发平台，实现微机保护产品的图国内保护目前广泛采用的软件设计思想是，保形化编程的方法，从而提高了产品的开发手段，改善护功能的实现采用先进行启动判别，然后根据判别了产品的继承性、可靠性等。结果

5、对故障进行分类处理的方法。故障处理程序中，下一步的执行路径取决于上一步的执行结果，因1FPGA的特点及在电力系统微机保护中的此逻辑分叉非常复杂，难以完全验证，容易留下隐应用现状患。而且，在串行方式的故障逻辑处理中，任一环节FPGA是近十几年来异军突起的大规模可编程出现错误(例如模拟量由于受到瞬时严重干扰而导逻辑器件，它集成的逻辑单元数量庞大，单片FPGA致所采集的数据失真)将可能导致错误的结果。可实现以前几十甚至上千块通用IC芯片的功能。3扩展FPGA应用。实现低成本图形化编程FPGA的使用也简单、方便，其静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬

6、件的功能可以像软件如前所述，保护软件开发图形化有一系列优点，一样通过编程来修改，可以极大地提高系统设计的但由于图形化设计软件平台的开发难度大，因此在灵活性和通用性。目前，国内外的重要电力系统微国内保护厂家中普及率还非常低。由于FPFA的资机保护厂家如SIEMENS、南瑞、许继等，在其硬件平源庞大和在系统可编程能力，可用于实现保护CPU台设计中也普遍采用了FPGA或CPLD，但主要只用的逻辑处理功能并满足应用逻辑修改的需要。而于实现CPU与其它芯片的的接口和辅助控制，并未FPGA的图形化输人是FPGA厂商提供的标准输人充分利用其内部资源。工具之一，经历

7、了十几年广泛的实践检验，是非常成维普资讯http://www.cqvip.coml6继电器熟可靠的软件开发平台。所以基于FPGA的保护图完成复杂的逻辑组合，调用“计时器区”按照“时间形化设计的技术门槛大幅度降低，几乎可以适用于定值”确定的各段延时出口计时模块延时出口，通所有保护厂家及各种保护、控制产品。过“出口锁存”单元驱动相应的DO回路，并将逻辑组合结果暂存到“状态回送”Buffer中供CPU回读。4FPGA实现逻辑处理的具体方法CPU在每一次采样中断周期中先读取AI，对AI程序采用模块化编程的方法，将保护设计的模进行处理，将当前各继电器模块如过流

8、、过压、方向拟部分和逻辑部分从功能上分离。模拟部分完成等的运算结果组合到一起，生成继电器标志字，发送AI(A