基于FPGA的微机保护图形化编程设计.pdf

维普资讯 第34卷 第 1期 继 电器 Vo1．34 No．1 2006年 1月 1日 RELAY Jan．1，2006 15 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-0015-03 0 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、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 1 FPGA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