一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法
【專利摘要】一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，該系統(tǒng)利用鏈?zhǔn)阶兞髌鞯姆植际浇Y(jié)構(gòu)，以及其方便的光纖通信接口，實現(xiàn)就地控制執(zhí)行單元與鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯狞c對點鏈路通信。就地控制執(zhí)行單元與鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄓ嵔涌诓捎闷涔饫w串口，可以靈活的與鏈?zhǔn)阶兞髌鬟M(jìn)行鏈路控制報文、定值報文、升級報文的傳輸，并在任何一個節(jié)點發(fā)生故障時，快速的閉鎖所有就地控制執(zhí)行單元。每一對光纖串口通信方法采用8B/10B編解碼，并輔以CRC校驗保證通信的正常，本發(fā)明充分滿足了目前鏈?zhǔn)阶兞髌鞴?jié)點間通信、節(jié)點間同步控制及故障快速響應(yīng)的要求，并且具有很好通用性，大大提高了鏈?zhǔn)阶兞髌鞴?jié)點間通信的穩(wěn)定性及可靠性。
【專利說明】一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子變流器【技術(shù)領(lǐng)域】，適用于鏈?zhǔn)阶兞髌鞴收蠒r需要快速閉鎖工 況的節(jié)點間點對點通信應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，發(fā)展了各種電力電子變流器控制技術(shù)，隨著電力電子變流器 的容量需求不斷的加大，功率單元模塊化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的變流器也隨影而 生。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)能滿足變流器容量擴(kuò)展的需求，就地控制執(zhí)行單元數(shù)量變得越來越多，控制系 統(tǒng)越來越越復(fù)雜，控制節(jié)點也變得越來越多。在大規(guī)模的鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂葡到y(tǒng)應(yīng)用中，例如 鏈?zhǔn)絊VG、柔性直流MMC鏈?zhǔn)娇刂葡到y(tǒng)中，由于就地執(zhí)行單元數(shù)量較多，分層控制成為了發(fā) 展趨勢。在多個就地控制執(zhí)行單元與控制系統(tǒng)的各層間（本發(fā)明中視為各個節(jié)點），需要依 靠可靠的通信來建立連接。
[0003] 此外由于電力電子變流器固有的特點，比如需要控制延時小、鏈路延時確定、就地 執(zhí)行單元間同步操作、故障快速閉鎖、需要遠(yuǎn)程升級等特點，需要節(jié)點間的協(xié)議支持以上功 能才能使控制效果盡可能達(dá)到理想效果，并且在出現(xiàn)故障時能夠及時閉鎖，以防止電力電 子器件損壞。
[0004] 由于現(xiàn)有的鏈路通信方法標(biāo)準(zhǔn)中具有很好的報文傳輸特性，但并沒有很好的支持 同步、故障快速閉鎖等特點，在大規(guī)模鏈節(jié)電力電子控制系統(tǒng)中，新建立一套可靠的并且支 持電力電子變流器控制系統(tǒng)特點的節(jié)點間的通信方法成為需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有鏈路通信方法所存在的不具備故障快速閉鎖信號 傳輸、報文同步控制性差的問題而提出的一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通 信方法?，F(xiàn)有的通信方法不具備快速報文的實時插入和解析，在快速報文的傳輸方面的時 延有改善的余量。且在報文發(fā)送時刻，不等待當(dāng)前報文的發(fā)送完畢即需要開啟此次發(fā)送，用 以達(dá)到單元運行的同步性。本發(fā)明解決的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，其特征在于：所述鏈路 通信方法利用鏈?zhǔn)阶兞髌鞯姆植际浇Y(jié)構(gòu)，以及其方便的光纖通信接口，實現(xiàn)就地控制執(zhí)行 單元與鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯狞c對點鏈路通信。
[0007] -種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，其特征在于，所述通信 方法包括以下步驟：
[0008] (1)建立鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄐ沛溌罚?br> [0009] (2)設(shè)置通信報文以及鏈路傳輸優(yōu)先級；
[0010] ⑶設(shè)置控制報文、定值報文、升級報文的幀頭、幀尾標(biāo)志，設(shè)置緊急報文以及初始 化報文；
[0011] (4)設(shè)置控制報文、定值報文、升級報文的CRC校驗方式；
[0012] (5)設(shè)置各種報文的編解碼方式：發(fā)送為8B10B編碼，接收為8B10B解碼；
[0013] (6)設(shè)置幀同步字；
[0014] (7)設(shè)置數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)的方式；
[0015] (8)實時監(jiān)視通信出現(xiàn)的異常；
[0016] (9)利用報文進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的同步。
[0017] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（1)中，建立鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄐ?鏈路。鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞣譃槿龑庸?jié)點，系統(tǒng)控制器為第一層通信節(jié)點，各相控制器為第二 層通信節(jié)點，就地執(zhí)行單元為第三次通信節(jié)點。第一層通信節(jié)點以及每一個第二層通信節(jié) 點之間兩兩進(jìn)行點對點通信，第二層通信節(jié)點與第三層節(jié)點之間同樣為點對點通信。
[0018] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（2)中，設(shè)置通信報文以及鏈路 傳輸優(yōu)先級。所述通信報文包括控制報文、定值報文、升級報文、緊急報文、初始化報文五 種，所述五種報文的鏈路傳輸優(yōu)先級由高至低為：緊急報文、初始化報文、控制報文、定值報 文、升級報文；其中緊急報文優(yōu)先級最高，可以在任何時間插入，并在鏈路節(jié)點間進(jìn)行廣播， 用于系統(tǒng)故障時的緊急閉鎖，初始化報文應(yīng)用在鏈路初始化期間，是鏈路建立前的握手，控 制報文是控制期間的鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯目刂菩畔?，定值報文傳輸?shù)氖强刂破鲀?nèi)初始化時 需要的定值變量值，升級報文則是在進(jìn)行遠(yuǎn)程程序升級時傳輸升級程序。
[0019] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（3)中，設(shè)置控制報文、定值報 文、升級報文的幀頭、幀尾標(biāo)志，設(shè)置緊急報文以及初始化報文?？刂茍笪?、定值報文、升級 報文3種報文依靠不同的幀頭進(jìn)行區(qū)分，緊急報文、初始化報文則依靠本身的命令字進(jìn)行 區(qū)分?？刂茍笪摹⒍ㄖ祱笪?、升級報文，每種報文的幀頭利用8B10B編碼中的K碼進(jìn)行區(qū)分， 分別為SCP1、SCP2、SCP3,幀尾分別對應(yīng)為ECP1、ECP2、ECP3 ;緊急報文同樣為K碼，定義為 EMG ;初始化報文為SP、SPA和IDLE組成，SP為請求信號，SPA為應(yīng)答信號，IDLE在SP及SPA 間穿插。
[0020] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（4)中，設(shè)置控制報文、定值報 文、升級報文的CRC校驗方式?？刂茍笪?、定值報文、升級報文在進(jìn)行8B/10B編碼及添加幀 頭幀尾前，需要計算CRC碼，CRC采用CRC16-CCITT方式，并將16bit的CRC碼加在報文內(nèi) 容之后，發(fā)送出去。在接收端，需要對報文內(nèi)容進(jìn)行CRC校驗，校驗通過認(rèn)為報文內(nèi)容有效。
[0021] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（5)中，設(shè)置各種報文的編解碼 方式：發(fā)送為8B10B編碼，接收為8B10B解碼。發(fā)送報文進(jìn)行串行化前，需要對內(nèi)容進(jìn)行 8B/10B編碼，傳輸?shù)膱笪木幋a前最小單元為8bit，編碼后報文最小單元為lObit。在接收 端，接收到報文后，需要進(jìn)行8B10B解碼，將報文內(nèi)容解析出來。
[0022] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟￠)中，設(shè)置幀同步字。幀同步字 為IDLE碼字，用于幀同步與字對齊。
[0023] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（7)中，當(dāng)通信速率與FPGA時鐘 相等時采用數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式,利用多相位時鐘恢復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)通信速率相對FPGA時鐘為N倍 分頻時，其中N大于等于4,利用過采樣恢復(fù)時鐘；兩種方式都是選擇最優(yōu)窗口數(shù)據(jù)作為報 文數(shù)據(jù)進(jìn)行解串，并利用IDLE字進(jìn)行幀同步與字對齊，在8B10B解碼的同時，通過速率適應(yīng) FIFO去除IDLE字，得到幀報文并進(jìn)行CRC校驗。
[0024] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（8)中，實時監(jiān)視通信出現(xiàn)的異 常。通信建立后，實時監(jiān)測上報報文幀同步失鎖故障，8B/10B解碼異常故障，CRC校驗異常 故障，和幀間隔時間錯誤故障。
[0025] 本發(fā)明鏈路通信方法的優(yōu)選方案在于，所述步驟（9)中，利用報文進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的 同步。通信方法可以使鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯骄偷乜刂茍?zhí)行單元間的延時最小且固定，并通 過通信報文保證所有就地控制執(zhí)行單元的載波一致、采樣時刻一致、控制步調(diào)一致。
[0026] 本發(fā)明將鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂葡到y(tǒng)實時同步控制的特點作為通信方法的重點考慮對 象，并可以實現(xiàn)鏈路握手初始化，三種正常報文的傳輸以及緊急報文的傳輸廣播，實現(xiàn)控制 系統(tǒng)節(jié)點間初始化、定值傳輸、遠(yuǎn)程升級、控制信息傳輸以及故障同步急停的特點。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：充分考慮鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂葡到y(tǒng)的特點，并利用鏈?zhǔn)阶兞髌?控制器的分布式結(jié)構(gòu)，制定了一套鏈路通信方法，可以方便的進(jìn)行控制報文、定值報文、升 級報文、緊急報文、初始化報文的傳輸，有力的解決了現(xiàn)有鏈路通信方法缺乏緊急急停、鏈 路對時同步性能差的問題，非常有利于提高大規(guī)模多鏈節(jié)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器控制器節(jié)點間控 制的實時性、同步性及故障緊急閉鎖的快速性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的鏈?zhǔn)阶兞髌鞴?jié)點間點對點互聯(lián)示意圖；
[0029] 圖2是控制報文結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是緊急報文傳輸廣播特性示意圖；
[0031] 圖4是緊急報文發(fā)送接收示意圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合說明書附圖、附表對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本申請公開 的一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，包括以下實現(xiàn)步驟：
[0033] (1)建立鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄐ沛溌贰?br> [0034] 本發(fā)明是一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，鏈?zhǔn)阶兞髌鞴?jié) 點鏈節(jié)示意圖如圖1所示，其中系統(tǒng)控制器（節(jié)點s)、A相控制器（節(jié)點A)、B相控制器（節(jié) 點b)、C相控制器（節(jié)點C)為鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破?，分為兩層，?jié)點S為第一層，節(jié)點A、節(jié)點 B、節(jié)點C為第二層，兩兩進(jìn)行點對點互聯(lián)。節(jié)點1?節(jié)點N為A相就地控制執(zhí)行單元，為第 三層，相同，B、C相也有對應(yīng)的就地控制執(zhí)行單元節(jié)點。在實際控制系統(tǒng)中，節(jié)點定義并不 一定為圖1所不情況，但是一般都具有相似的兩處：
[0035] 1、每相的就地控制執(zhí)行單元節(jié)點數(shù)據(jù)較大；
[0036] 2、鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鳛閱慰刂破骰蛘叻謱咏Y(jié)構(gòu)的多控制器結(jié)構(gòu)，節(jié)點間通過點對 點互聯(lián)。
[0037] 針對此鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，需要控制器實現(xiàn)就地控制執(zhí)行單元節(jié)點間具有很強的同步性， 包括載波同步、采樣同步、控制同步特性。其中同步特性的實現(xiàn)依靠報文接收時刻進(jìn)行同 步，并在通信出現(xiàn)故障后，仍能保持較好的同步性。
[0038] (2)設(shè)置通信報文以及鏈路傳輸優(yōu)先級。
[0039] 本發(fā)明的鏈路通信方法報文有控制報文、定值報文、升級報文、緊急報文、初始化 報文五種，五種報文的鏈路傳輸優(yōu)先級見下表
[0040]
[0041] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，其特征在于：所述鏈路通 信方法利用鏈?zhǔn)阶兞髌鞯姆植际浇Y(jié)構(gòu)，以及其方便的光纖通信接口，實現(xiàn)就地控制執(zhí)行單 元與鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯狞c對點鏈路通信。
2. -種基于鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目煽焖夙憫?yīng)故障的鏈路通信方法，其特征在于，所述通信方 法包括以下步驟： (1) 建立鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄐ沛溌罚? (2) 設(shè)置通信報文以及鏈路傳輸優(yōu)先級； (3) 設(shè)置控制報文、定值報文、升級報文的幀頭、幀尾標(biāo)志，設(shè)置緊急報文以及初始化報 文； (4) 設(shè)置控制報文、定值報文、升級報文的CRC校驗方式； (5) 設(shè)置各種報文的編解碼方式：發(fā)送為8B10B編碼，接收為8B10B解碼； (6) 設(shè)置幀同步字； (7) 設(shè)置數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)的方式； (8) 實時監(jiān)視通信出現(xiàn)的異常； (9) 利用報文進(jìn)行鏈?zhǔn)阶兞髌髡麄€系統(tǒng)內(nèi)的同步。
3. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 步驟（1)中，所述建立鏈?zhǔn)阶兞髌鞯耐ㄐ沛溌肥侵福簩㈡準(zhǔn)阶兞髌骺刂破鞣譃槿龑庸?jié) 點，系統(tǒng)控制器為第一層通信節(jié)點，各相控制器為第二層通信節(jié)點，就地執(zhí)行單元為第三次 通信節(jié)點；第一層通信節(jié)點以及每一個第二層通信節(jié)點之間兩兩進(jìn)行點對點通信，第二層 通信節(jié)點與第三層節(jié)點之間同樣為點對點通信。
4. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（2)中，設(shè)置通信報文以及鏈路傳輸優(yōu)先級是指：將所述通信報文分為控制 報文、定值報文、升級報文、緊急報文、初始化報文五種，所述五種報文的鏈路傳輸優(yōu)先級由 高至低為：緊急報文、初始化報文、控制報文、定值報文、升級報文；其中緊急報文優(yōu)先級最 高，可以在任何時間插入，并在鏈路節(jié)點間進(jìn)行廣播，用于系統(tǒng)故障時的緊急閉鎖，初始化 報文應(yīng)用在鏈路初始化期間，是鏈路建立前的握手，控制報文是控制期間的鏈?zhǔn)阶兞髌骺?制器的控制信息，定值報文傳輸?shù)氖强刂破鲀?nèi)初始化時需要的定值變量值，升級報文則是 在進(jìn)行遠(yuǎn)程程序升級時傳輸升級程序。
5. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（3)中，控制報文、定值報文、升級報文3種報文依靠不同的幀頭進(jìn)行區(qū)分，緊 急報文、初始化報文則依靠本身的命令字進(jìn)行區(qū)分； 控制報文、定值報文、升級報文，每種報文的幀頭利用8B10B編碼中的K碼進(jìn)行區(qū)分， 分別為SCP1、SCP2、SCP3,幀尾分別對應(yīng)為ECP1、ECP2、ECP3 ;緊急報文同樣為K碼，定義為 EMG ;初始化報文為SP、SPA和IDLE組成，SP為請求信號，SPA為應(yīng)答信號，IDLE在SP及SPA 間穿插。
6. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（4)中，控制報文、定值報文、升級報文在進(jìn)行8B10B編碼及添加幀頭幀尾前， 需要計算CRC碼，CRC采用CRC16-CCITT方式，并將16bit的CRC碼加在報文內(nèi)容之后，發(fā) 送出去，在接收端，需要對報文內(nèi)容進(jìn)行CRC校驗，校驗通過認(rèn)為報文內(nèi)容有效。
7. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（5)中，發(fā)送報文進(jìn)行串行化前，需要對內(nèi)容進(jìn)行8B10B編碼，傳輸?shù)膱笪木?碼前最小單元為8bit，編碼后報文最小單元為lObit。在接收端，接收到報文后，需要進(jìn)行 8B/10B解碼，將報文內(nèi)容解析出來。
8. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟￠)中，所述幀同步字為IDLE碼字，用于幀同步與字對齊。
9. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（7)中，設(shè)置數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)的方式：當(dāng)通信速率與FPGA時鐘相等時采用數(shù)據(jù) 恢復(fù)的方式，利用多相位時鐘恢復(fù)數(shù)據(jù)；當(dāng)通信速率相對FPGA時鐘為N倍分頻時，其中N大 于等于4,利用過采樣恢復(fù)時鐘；兩種方式都是選擇最優(yōu)窗口數(shù)據(jù)作為報文數(shù)據(jù)進(jìn)行解串， 并利用IDLE字進(jìn)行幀同步與字對齊，在8B10B解碼的同時，通過速率適應(yīng)FIFO去除IDLE 字，得到幀報文并進(jìn)行CRC校驗。
10. 如權(quán)利要求2所述的鏈路通信方法，其特征在于： 所述步驟（8)中，通信建立后，實時監(jiān)測上報報文幀同步失鎖故障，8B10B解碼異常故 障，CRC校驗異常故障，和幀間隔時間錯誤故障。 所述步驟（9)中，利用報文進(jìn)行鏈?zhǔn)阶兞髌髡麄€系統(tǒng)內(nèi)的同步，所述通信方法可以使 鏈?zhǔn)阶兞髌骺刂破鞯骄偷乜刂茍?zhí)行單元間的延時最小且固定，并通過通信報文保證所有就 地控制執(zhí)行單元的載波一致、采樣時刻一致、控制步調(diào)一致。
【文檔編號】G05B19/418GK104092572SQ201410336825
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】李慶生, 張裕, 皮顯松, 丁宇潔, 趙慶明, 張小波, 蒲曉明, 賈海林, 陳秋榮, 操豐梅, 徐剛 申請人:貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心, 安順供電局, 北京四方繼保自動化股份有限公司