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

1、 數(shù)字變電站IEC61850GOOS報文解碼器的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， 對變電站的智能化要求也越來越高， 數(shù)字化， 網(wǎng)絡(luò)化成為其發(fā)展的趨勢。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，其報文傳輸可靠性高，實(shí)時性好，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)備需要對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼， 并將解碼的數(shù)據(jù)保存起來便于后期的數(shù)據(jù)分析。 目前，國內(nèi)數(shù)字變電站對IEC6185O?GOOS報文的解碼主要 通過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報文的 解碼對于維護(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)議報文采用抽象語法記法（ASN.1） 的基本編碼規(guī)則（BER編碼2 , BER的語

6、法格式為TLV三元組。 標(biāo)簽域（T）定義一種類型，長度域（L ）定義值域的長度，值域 （V）定義數(shù)據(jù)對象的值。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 TLV,而結(jié)構(gòu)類型的V域至 少嵌套一個TLV,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1.2 IEC61850?GOOSB的報文幀結(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 ，會話層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層均為空，這樣可以縮 短報文的長度，減少傳輸?shù)难訒r。應(yīng)用層定義了 GOOS報文的應(yīng) 用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU，表示層遵循 ASN.1 BER對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)置報文的傳輸優(yōu) 先級，以太網(wǎng)類型，組播地址等，IEC61850?GOOS的報文幀結(jié) 構(gòu)見圖 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 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，MAC 對實(shí)時接收到數(shù)據(jù)幀進(jìn)行卸裝，對地址匹配的數(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