數(shù)字變電站IEC61850GOOSE報(bào)文解碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)

1、 數(shù)字變電站IEC61850GOOS報(bào)文解碼器的FPGA實(shí)現(xiàn) ： In digital substation ， general object oriented substation event（ GOOS）E messages are used to transmit the switch commandand status information.The messages are applied to protecting the measuring and control devices ， and recording the real?time running state of the

2、 substation. The fast decoding to the messages can discover occasional malfunction. After analyzing the structure of IEC61850?GOOSEmessages， the FPGA?baseddesign scheme of GOOSE messages decoding is proposed by considering the real?time requirement of messages transmission.The design of two key stat

3、e machines in decoding module is described emphatically. The compiling of decoding module was realized on Qartus II software platform by using Verilog hardware description language. The rationality of this design was proved by function simulation of the decoding module and online debugging. Keywords

4、： digital substation ； hardware decoding ； GOOSE messag；e FPGA 0 引 言 變電站作為供電的樞紐， 在電力系統(tǒng)中有著重要的地位， 隨 著電力行業(yè)的發(fā)展， 對(duì)變電站的智能化要求也越來(lái)越高， 數(shù)字化， 網(wǎng)絡(luò)化成為其發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化變電站采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行建模和通信， 實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)智能設(shè)備間的信息共享和不同設(shè)備的 統(tǒng)一管理1 , GOOS作為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中定義的變電站事件模 型之一，其報(bào)文傳輸可靠性高，實(shí)時(shí)性好，廣泛地用于傳輸保護(hù) 跳閘，信息閉鎖等重要信息。 數(shù)字變電站中傳輸?shù)?GOOS報(bào)文是按照IEC61850標(biāo)

5、準(zhǔn)的相 關(guān)協(xié)議編碼的數(shù)據(jù)幀，接收信息的設(shè)備需要對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼， 并將解碼的數(shù)據(jù)保存起來(lái)便于后期的數(shù)據(jù)分析。 目前，國(guó)內(nèi)數(shù)字變電站對(duì)IEC6185O?GOOS報(bào)文的解碼主要 通過(guò)軟件形式在操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)， 相比硬件解碼而言， 這種方式 不僅處理速度較慢，而且還增加了成本。FPGA在數(shù)字信號(hào)處理 和控制領(lǐng)域都有著成熟的應(yīng)用，研究基于FPGA寸GOOS報(bào)文的 解碼對(duì)于維護(hù)數(shù)字變電站的正常運(yùn)行和保證通信的實(shí)時(shí)性有著 重要的意義。 1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的GOOS協(xié)議 1.1 BER 編碼規(guī)則 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，GOOS協(xié)議報(bào)文采用抽象語(yǔ)法記法（ASN.1） 的基本編碼規(guī)則（BER編碼2 , BER的語(yǔ)

6、法格式為T(mén)LV三元組。 標(biāo)簽域（T）定義一種類型，長(zhǎng)度域（L ）定義值域的長(zhǎng)度，值域 （V）定義數(shù)據(jù)對(duì)象的值。根據(jù) V域不同，編碼結(jié)構(gòu)分為基本類 型和結(jié)構(gòu)類型，基本類型只包含一個(gè) TLV,而結(jié)構(gòu)類型的V域至 少嵌套一個(gè)TLV,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1.2 IEC61850?GOOSB的報(bào)文幀結(jié)構(gòu) GOOS服務(wù)的通信協(xié)議棧由應(yīng)用層、表示層、數(shù)據(jù)鏈路層和 物理層組成 3 ，會(huì)話層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層均為空，這樣可以縮 短報(bào)文的長(zhǎng)度，減少傳輸?shù)难訒r(shí)。應(yīng)用層定義了 GOOS報(bào)文的應(yīng) 用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU，表示層遵循 ASN.1 BER對(duì)APDU進(jìn)行 編碼，數(shù)據(jù)鏈路層基于 ISO/IEC 8802?3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置報(bào)文的傳輸優(yōu) 先級(jí)，以太網(wǎng)類型，組播地址等，IEC61850?GOOS的報(bào)文幀結(jié) 構(gòu)見(jiàn)圖 2。 2 系統(tǒng)的工作原理 遵循IEC6185O?GOOS協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀通過(guò) RJ45接口和 PHY以太網(wǎng)芯片后傳送給 MAC太網(wǎng)控制器4，正常工作時(shí)，MAC 對(duì)實(shí)時(shí)接收到數(shù)據(jù)幀進(jìn)行卸裝，對(duì)地址匹配的數(shù)據(jù)幀去除前導(dǎo) 碼、定界符、填充數(shù)據(jù)和校驗(yàn)序列后得到 MAC幀，再由輸出緩沖 器接口輸出給解碼模