本發明屬于電力工程的繼電保護自動化領域，特別涉及一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的方法及系統。

背景技術：

為了適應經濟、社會發展的要求，應對全球氣候變化以及電網面臨的重大挑戰，許多國家開展了智能電網的研究與實踐。建設智能變電站已成為電力工業發展的必然選擇，對我國積極應對氣候變化、確保經濟社會持續快速發展、促進能源結構優化和高效利用、保障電力供應安全、培育戰略性新興產業、帶動相關產業發展具有重要意義。

智能變電站的實現是通過智能保護測控裝置對開關和刀閘安全進行可靠正確的保護動作和操作，實現輸變電設備的正常運轉，從而保證整個電網系統的堅強可靠運行。在智能變電站系統中，開關刀閘的保護動作和操作是通過智能保護測控裝置內部的啟動和出口繼電器動作實現的。目前，觸發保護測控裝置繼電器動作的方式，主要是通過cpu經外部總線發送保護數據到出口插件，由出口插件發送保護啟動、出口信號驅動相應的繼電器動作。由于cpu異常等因素，使得出口插件接收到的保護數據存在一定的不確定性，從而導致保護誤啟動、誤出口，嚴重影響電網系統的安全運行。為了最大程度的保證電網運行的安全可靠，需要開發出一種實現保護數據穩定正確的方法。

公開號為“cn102420462b”，名稱為“一種智能變電站過程層智能終端設備”的中國專利文件，該專利公開的智能終端設備包括cpu、控制fpga模塊、出口fpga，該專利對cpu發送的內容經過兩層fpga校驗，如果cpu異常，死循環一直發出對某一個開關刀閘的操作命令，那么通過多個fpga校驗后，與cpu發出的命令內容是一致的，仍然會造成繼電保護誤動。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的方法，用于解決因cpu異常造成保護數據錯誤使繼電保護誤動的問題，同時還提供了一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的系統。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的方法，包括控制啟動繼電器的步驟：

cpu以設定的周期向fpga持續地發送保護啟動數據，所述保護啟動數據包括保護啟動狀態信號和保護啟動執行信號；

當fpga檢測到保護啟動狀態信號有效，由fpga轉發保護啟動數據，控制啟動繼電器動作；當fpga檢測到保護啟動狀態信號無效，而計時未持續設定的時間后再次檢測到保護啟動狀態信號有效，則由fpga轉發保護啟動數據，控制啟動繼電器動作；或者當fpga檢測到保護啟動狀態信號無效，計時且持續設定的時間后，控制啟動繼電器不動作。

進一步地，還包括控制出口繼電器的步驟：

cpu以設定的周期向fpga持續地發送保護出口數據，所述保護出口數據包括保護出口狀態信號和保護出口執行信號；

當fpga檢測到保護出口狀態信號有效，由fpga轉發保護出口數據，控制出口繼電器動作；當fpga檢測到保護出口狀態信號無效，而計時未持續設定的時間后再次檢測到保護出口狀態信號有效，則由fpga轉發保護出口數據，控制出口繼電器動作；或者當fpga檢測到保護出口狀態信號無效，計時且持續設定的時間后，控制出口繼電器不動作。

進一步地，由所述fpga形成第一單穩態觸發器，以判斷保護啟動狀態信號，并且進行計時。

進一步地，由所述fpga形成第二單穩態觸發器，以判斷保護出口狀態信號，并且進行計時。

本發明還提供了一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的系統，所述系統包括cpu、fpga、啟動回路，所述cpu與所述fpga連接，所述fpga分別通過啟動回路用于與啟動繼電器連接，所述cpu以設定的周期向fpga持續地發送保護啟動數據，所述保護啟動數據包括保護啟動狀態信號和保護啟動執行信號；當fpga檢測到保護啟動狀態信號有效，由fpga轉發保護啟動數據，控制啟動繼電器動作；當fpga檢測到保護啟動狀態信號無效，而計時未持續設定的時間后再次檢測到保護啟動狀態信號有效，則由fpga轉發保護啟動數據，控制啟動繼電器動作；或者當fpga檢測到保護啟動狀態信號無效，計時且持續設定的時間后，控制啟動繼電器不動作。

進一步地，還包括出口回路，所述出口回路用于與出口繼電器連接，所述cpu以設定的周期向fpga持續地發送保護出口數據，所述保護出口數據包括保護出口狀態信號和保護出口執行信號；

當fpga檢測到保護出口狀態信號有效，由fpga轉發保護出口數據，控制出口繼電器動作；當fpga檢測到保護出口狀態信號無效，而計時未持續設定的時間后再次檢測到保護出口狀態信號有效，則由fpga轉發保護出口數據，控制出口繼電器動作；或者當fpga檢測到保護出口狀態信號無效，計時且持續設定的時間后，控制出口繼電器不動作。

進一步地，由所述fpga形成第一單穩態觸發器，以判斷保護啟動狀態信號，并且進行計時。

進一步地，由所述fpga形成第二單穩態觸發器，以判斷保護出口狀態信號，并且進行計時。

本發明的有益效果是：

本發明的cpu周期性的向fpga發送保護啟動/出口數據，當fpga檢測到保護啟動/出口數據有效時控制啟動/出口繼電器動作；當fpga檢測到保護出口狀態信號無效，而計時未持續設定的時間后再次檢測到保護啟動/出口狀態信號有效，控制啟動/出口繼電器動作；或者當fpga檢測到保護啟動/出口狀態信號無效，計時且持續設定的時間后，控制啟動/出口繼電器不動作。本發明提高了保護啟動/出口數據的正確率，進而提高了繼電保護動作的可靠性，且直接通過fpga發出保護啟動、出口信號，不再經出口插件，減少了數據的多層傳遞，提高了繼電保護的速動性、可靠性和正確性；而且對保護數據周期性的判斷，邏輯簡單，省去了繁瑣的信號內容解析，節省fpga內部資源。

附圖說明

圖1為基于fpga的單穩態電路防止保護誤動作的原理示意圖；

圖2為fpga對保護數據進行處理的流程圖；

圖3為fpga利用單穩態觸發器對錯誤的保護啟動數據過濾的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明：

本發明的一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的系統的實施例：

一種基于fpga的防止繼電保護誤動作的系統，包括電源、cpu、啟動回路、出口回路、外部flash和fpga；cpu通過外部總線發送保護數據給fpga；外部flash用于存放fpga程序，并在上電時引導加載fpga程序；電源為fpga提供正常工作所需要的電源、配置芯片；cpu發出的保護數據信號經過fpga處理后，發出保護啟動信號和保護出口信號，分別通過啟動回路、出口回路驅動相應的啟動繼電器和出口繼電器動作，同時fpga通過單穩態觸發器觸發寬度5ms的脈沖信號對錯誤數據進行過濾，防止保護誤啟動、誤出口。

基于該系統的防止繼電保護誤動作的方法的具體過程如下：

1、當cpu收到開關刀閘操作、故障等信息后，通過外部總線每2ms向fpga發送保護啟動數據和保護出口數據。

2、系統上電fpga程序加載后，fpga實時檢測cpu發送的保護啟動數據和保護出口數據。fpga每100us產生一個clk1k_en脈沖信號，當fpga檢測到cpu發送的保護啟動數據時，進行處理，對于fpga，保護啟動數據由start_updata、startp_i、startn_i、startp_o和startn_o組成，如果start_updata＝1，發出對應的保護啟動狀態信號，則由fpga轉發保護啟動數據，同時fpga輸出對應的保護啟動執行信號startp_o＝startp_i、startn_o＝startn_i，直接通過啟動回路驅動啟動繼電器正確動作，不再經出口插件，減少了數據的多層傳遞，提高了繼電保護的速動性、可靠性和正確性。

同時，fpga利用clk1k_en脈沖信號生成第一單穩態觸發器，寬度為5ms，利用單穩態觸發器對cpu發出的異常信號進行過濾，當cpu異常時，由于發出的命令時間和命令內容都是隨機的，具有很大的不確定性，通過檢測命令中的start_updata信號，過濾錯誤數據，分為以下情況：

(1)可能不發保護啟動數據，此時檢測不到start_updata，或者當start_updata＝0，計數器開始計時，每產生一個脈沖信號計時器累加1，計時5ms后，輸出啟動數據startp_o＝0、startn_o＝1，啟動繼電器正確不動作。

(2)如果正確數據中有部分錯誤數據，檢測到start_updata＝0，計數器計數一次，計數器計時小于5ms時，fpga不輸出，直到檢測到start_updata＝1時，計數器進行置0，同時fpga輸出對應的保護啟動信號startp_o＝startp_i、startn_o＝startn_i，通過啟動回路驅動啟動繼電器正確動作，由于cpu發送保護數據的周期是2ms，而只有當計數器計時大于等于5ms時，每檢測到start_updata＝0，計數器計數累加一次，計數器計時大于等于5ms時，fpga才輸出startp_o＝0、startn_o＝1，這樣就可以把周期小于5ms的錯誤數據過濾掉，不影響正常出口，同時出口信號返回，使啟動信號維持在無效位的狀態，啟動繼電器不動作，防止誤出口，提高了啟動繼電器不動作的安全可靠性。

3、當fpga檢測到cpu發送的保護出口數據時，進行處理，對于fpga，保護出口數據由ck_updata、ck_i、ck_o組成，如果ck_updata＝1，發出對應的保護出口狀態信號，則由fpga轉發保護出口數據，同時fpga輸出對應的保護出口執行信號ck_o＝ck_i，直接通過出口回路驅動出口繼電器正確動作，不再經出口插件，減少了數據的多層傳遞，提高了繼電保護的速動性、可靠性和正確性。

同時，fpga利用clk1k_en脈沖信號生成第二單穩態觸發器，寬度為5ms，利用單穩態觸發器對cpu發出的異常信號進行過濾，當cpu異常時，由于發出的命令時間和命令內容都是隨機的，具有很大的不確定性，通過檢測命令中的start_updata信號，過濾錯誤數據，分為以下情況：

(1)可能不發保護出口數據，此時檢測不到ck_updata，或者當ck_updata＝0，計數器開始計時，每產生一個脈沖信號計時器累加1，計時5ms后，輸出出口數據ck_o＝0，出口繼電器正確不動作。

(2)如果正確數據中有部分錯誤數據，檢測到ck_updata＝0，計數器計數一次，計數器計時小于5ms時，fpga不輸出，直到檢測到ck_updata＝1時，計數器進行置0，同時fpga輸出對應的出口啟動信號ck_o＝ck_i，通過出口回路驅動出口繼電器正確動作，由于cpu發送保護數據的周期是2ms，而只有當計數器計時大于等于5ms時，每檢測到ck_updata＝0，計數器計數累加一次，計數器計時大于等于5ms時，fpga才輸出ck_o＝0，這樣就可以把周期小于5ms的錯誤數據過濾掉，不影響正常出口，同時出口信號返回，使出口信號維持在無效位的狀態，啟動繼電器不動作，防止誤出口，提高了出口繼電器不動作的安全可靠性。

本實施例中，把cpu發送保護數據的周期設置為2ms，單穩態觸發器的脈沖寬度設置為5ms，作為其他實施方式，可以根據需要設置為其他的數值，也可以設置為一個范圍。

本實施中的cpu發送保護數據的周期需小于單穩態觸發器的脈沖寬度，這樣才能把錯誤信號過濾出去。

本發明只對cpu發送的周期性保護信號進行判斷，邏輯簡單，不用解析cpu具體發送的是什么內容，節省了fpga內部資源，提高了繼電保護的速動性。

本發明通過fpga實現對保護信號出口的模塊化封裝，增強了可移植性，縮短了再次開發的周期。

以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限于以上所描述的實施方式。本發明的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。