一种适用于虚拟电厂紧急控制系统的通信接口装置及通信方法与流程

1协议标准的数据；cpu单元对用户控制终端上传的数据进行的处理包括：将数据处理为符合comstc通信规约标准的数据。
7.可选的，fpga单元中，comstc收发电路模块的数量为至少4组，分别对应连接4路comstc光纤接口，各comstc收发电路模块采用8b10b的物理层编码方式；stm-1收发电路模块的数量为1组；fpga单元的stm-1收发电路模块通过hdlc链路层高级数据链路控制协议（high-level data link control）与stm-1光纤接口之间进行数据交互；所述stm-1收发电路模块为采用fpga硬件编码技术将63路hdlc模块进行整合得到的符合itu-tg.703标准的stm-1接口模块。
8.通信接口装置的stm-1接口通过sdh设备实现终端接入接口的扩展，sdh设备通过e1接口可连接63路用户控制终端。
9.可选的，通信接口装置还包括看门狗单元，cpu单元被配置为以设定的周期向看门狗单元发出预设信号，看门狗单元接收所述预设信号，若超过设定时长未收到所述预设信息，则看门狗单元对通信接口装置进行整机复位操作。由此可有效防止fpga402和cpu403之间的并行总线被干扰发生通信中断，也能够防止cpu403模块发生死机故障，有效提升通信接口装置30的可靠性。
10.可选的，cpu单元与fpga的stm-1收发电路模块和comstc收发电路模块之间，通过并行总线通信连接。
11.可选的，各comstc收发电路模块和stm-1收发电路模块分别对应设有复位模块，用于监视相应comstc收发电路模块或stm-1收发电路模块的数据收发过程，判断是否发生通信中断故障，若发生通信中断故障则控制相应的comstc收发电路模块或stm-1收发电路模块复位。
12.可选的，cpu单元还被配置为，在与fpga单元进行数据传输过程中，若设定时长内未收到任何正确的上行数据帧或下发数据帧，且复位次数未达到设定次数，则控制fpga单元复位，并记录复位次数加1；当复位次数达到设定的复位上限次数后，不再对fpga进行复位操作，直至重新收到正确的上行数据帧或下发数据帧，则清零已存储的复位次数。此处数据帧正确即符合相应通讯协议所规定的数据格式等要求。
13.优选的，所述设定的复位上限次数为3次。可避免长时间故障情形下的无效重复复位，降低设备功耗。
14.第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述通信接口装置实现的虚拟电厂紧急控制系统的通信方法，虚拟电厂紧急控制系统包括控制子站、第一方面所述的通信接口装置sdh设备以及用户控制终端；通信方法包括：控制子站通过comstc光纤接口与通信接口装置通信连接，以发送下行数据帧或命令帧数据或接收上行数据；用户控制终端通过e1接口与sdh设备通信连接，以发送上行数据或接收下行数据帧或命令数据，sdh设备通过stm-1光纤接口与通信接口装置通信连接；通信接口装置的comstc收发电路模块接收所述下行数据帧或命令帧数据，传输至cpu单元，cpu单元将数据处理为符合stm-1协议标准的数据后，反馈至stm-1收发电路模块，stm-1收发电路模块将数据传输至sdh设备；
stm-1收发电路模块接收sdh设备传输的上行数据，传输至cpu单元，cpu单元将数据处理为符合comstc通信规约标准的数据后，反馈至comstc收发电路模块，comstc收发电路模块将数据传输至控制子站。
15.有益效果本发明的通信接口装置通过stm-1光纤接口和comstc光纤接口的设计，能够实现63路e1数据的收发，解决常规的虚拟电厂紧急控制系统方案e1接口板卡存在配置极限的问题，实现终端用户接入层面向控制子站的多终端接入，同时提高数据通信的可靠性，节省投资成本，缓解现场施工及后期设备运维的压力。
附图说明
16.图1所示为本发明实现的虚拟电厂紧急控制系统的架构示意图；图2所示为通信接口装置的原理架构示意图；图3所示为通信接口装置的stm-1光纤接口与sdh设备间的数据传输过程原理示意图；图4所示为虚拟电厂紧急控制系统的通信方法示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施例进一步描述。
18.实施例1本实施例介绍一种适用于虚拟电厂紧急控制系统的通信接口装置，如图2所示，通信接口装置包括cpu单元、fpga单元、stm-1光纤接口以及多路comstc光纤接口；fpga单元包括stm-1收发电路模块和多个comstc收发电路模块，stm-1光纤收发模块通信连接所述stm-1光纤接口；结合图1所示， stm-1光纤接口用于通过sdh设备与用户控制终端通信连接；各comstc光纤收发模块分别通信连接comstc光纤接口，所述comstc光纤接口用于与控制子站通信连接；comstc收发电路模块接收控制子站下发的数据，传输至cpu单元，cpu单元对数据进行处理后反馈至stm-1收发电路模块，stm-1收发电路模块将接收到的数据传输至用户控制终端侧sdh设备；stm-1收发电路模块接收用户控制终端经sdh设备上传的数据，传输至cpu单元，cpu单元对数据进行处理后反馈至comstc收发电路模块，comstc收发电路模块将接收到的数据传输至控制子站。
19.图1和图2所示的本实施例中，fpga单元的comstc收发电路模块的数量为4组，分别对应连接4路comstc光纤接口，comstc收发电路模块采用8b10b的物理层编码方式，通信速率可达32.768mbits/s。
20.本实施例是基于稳控专用comstc协议实现与控制子站装置之间的光纤接口通信。稳控专用comstc协议是一种集成了链路层、传输层、网络层等多层协议，基于fpga的知识产权内核(ip core)设计的，可灵活重用的通信方式。comstc模块对通信双方的中央处理器(central processing unit，cpu)提供标准的内存外设接口，每路comstc包含2k字节收发数据区和128字节寄存器区。由于comstc集成了通信链路层和传输层的内容，通信双方仅需
向内存区读写数据就能实现可靠的高速通信。comstc将双方的通信过程简化为一个虚拟的双端口内存，这样可以大幅度减轻cpu的处理负担，实现高速和高可靠性的数据传输。在一块fpga芯片内可以集成多个这样的模块且能够并行运行，故cpu只要访问不同的内存段即可实现一对多的通信。comstc使用32 .768mbps的线路传输速率，对于通信双方的有效应用层数据带宽可达24mbps。
21.stm-1收发电路模块的数量为1组，通过所连的sdh设备实现用户终端接入接口的扩展，可实现63路e1信号的交互，通信速率为155.520mbits/s。stm-1收发电路模块通过链路层高级数据链路控制协议（high-level data link control，hdlc）与stm-1光纤接口之间进行数据交互，参考图3，stm-1收发电路模块为采用fpga硬件编码技术将63路hdlc模块进行整合得到的符合itu-tg.703标准的stm-1接口模块。sdh设备40与用户控制终端41通过e1通道连接，e1通道的物理层符合itu-t g.703规范，通信速率为2mbits/s，误码率小于10－8。
22.图3示出了sdh设备与通信接口装置之间交互的数据传输逻辑，其中vc12、tu-12、tug-2、tug-3分别对应于sdh传输体系中复用和解复用映射中用到的标准信息帧结构、支路单元及支路单元组，hdlc和e1分别为数据链路层通信模块和物理层1b4b数据编码模块。sdh设备40通过传输体系，经e1接口接收各个用户控制终端41发送的数据，经过转换传输到hdlc数据链路层通信模块，该模块通过hdlc协议与stm-1接口401链接，stm-1接口将数据发送至fpga402的stm-1收发模块，并将数据通过并行总线发送至cpu单元403进行处理。cpu单元403也通过并行总线实现fpga单元的收发控制。
23.在sdh设备中，e1模块中的信息通过映射将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（c）再加入通道开销 （poh）形成虚容器（vc），再通过定位将帧偏移信息收进支路单元tu，sdh中的支路单元组tug2通过复用形成支路单元组tug3。
24.在上述基础上，本实施例的通信接口装置还包括看门狗单元，cpu单元以设定的周期向看门狗单元发出预设信号，看门狗单元接收所述预设信号，若超过设定时长未收到所述预设信息，则看门狗单元对通信接口装置进行整机复位操作。由此可有效防止fpga402和cpu403之间的并行总线被干扰发生通信中断，也能够防止cpu403模块发生死机故障，有效提升通信接口装置30的可靠性。
25.各comstc收发电路模块和stm-1收发电路模块分别对应设有复位模块，用于监视相应comstc收发电路模块或stm-1收发电路模块的数据收发过程，判断是否发生通信中断故障，若发生通信中断故障则控制相应的comstc收发电路模块或stm-1收发电路模块复位。如此，可以有效的解决因fpga受到干扰而导致某个子模块发生通信中断的问题，提升了设备的可靠性。
26.cpu单元在与fpga单元进行数据传输过程中，若设定时长内未收到任何正确的上行数据帧或下发数据帧，且复位次数未达到设定次数，则控制fpga单元复位，并记录复位次数加1；当复位次数达到设定的复位上限次数如3次后，则不再对fpga进行复位操作，直至重新收到正确的上行数据帧或下发数据帧，则清零已存储的复位次数。此处数据帧正确即符合相应通讯协议所规定的数据格式等要求。可避免长时间故障情形下的无效重复复位，降低设备功耗。
27.本实施例的通信接口装置，可实现与控制子站及终端接入层的可靠数据交互。
28.实施例2本实施例介绍一种利用实施例1所介绍的通信接口装置实现的虚拟电厂紧急控制系统的通信方法。如图1所示，传统的用户负荷、火电机组、风电、太阳能发电等新能源机组，或者电力储能装置不直接受电网运行调度中心的控制，通过虚拟发电厂紧急控制系统进行控制，作为一个整体的形式参与到电网的运行和调度中。
29.虚拟电厂紧急控制系统包括控制主站层、控制子站层和终端用户接入层，控制主站层的控制主站设置控制主站装置如紧急控制装置，通常设置在电网重要的500kv枢纽变电站，接收虚拟电厂紧急控制系统发送的负荷或机组量，执行切负荷/切机分配功能，向下级子站发送切负荷/切机指令。控制子站层的控制子站设置控制子站装置，控制子站执行的功能为收集负责区域内的可切负荷量/可切机量信息，并将其上传至控制主站10，并执行控制主站下发的切负荷/切机指令。终端用户接入层具有大量需接入的用户控制终端，它们通过sdh设备经本发明的通信接口装置接入控制子站。
30.本实施例中，通信接口装置30通过四路comstc光纤和控制子站装置连接，通信接口装置30通过stm-1光纤和sdh（synchronous digital hierarchy）设备40连接，sdh设备通过e1接口最多连接63路用户控制终端41。
31.上述虚拟电厂紧急控制系统的通信方法为：控制子站通过comstc光纤接口与通信接口装置通信连接，以发送下行数据帧或命令帧数据或接收上行数据；用户控制终端通过e1接口与sdh设备通信连接，以发送上行数据或接收下行数据帧或命令数据，sdh设备通过stm-1光纤接口与通信接口装置通信连接；通信接口装置的comstc收发电路模块接收所述下行数据帧或命令帧数据，传输至cpu单元，cpu单元将数据处理为符合stm-1协议标准的数据后，反馈至stm-1收发电路模块，stm-1收发电路模块将数据传输至sdh设备；stm-1收发电路模块接收sdh设备传输的上行数据，传输至cpu单元，cpu单元将数据处理为符合comstc通信规约标准的数据后，反馈至comstc收发电路模块，comstc收发电路模块将数据传输至控制子站。
32.具体的，参考图4，本实施例的控制流程为：通信接口装置通过四路comstc光纤接口400接收控制子站20的控制装置下发的数据帧或者命令帧，通过comstc光纤收发电路模块读取数据，并将数据经过并行总线发送给cpu单元403进行处理，然后反馈至fpga单元402，经过stm-1收发电路模块将处理完的数据发送至sdh设备40，进一步通过e1接口发送给各个用户控制终端41。控制子站20下发的数据帧通常为光伏逆变器、风机可切容量及状态信息，负荷可切容量等数据信息，命令帧通常为切风机、光伏逆变器指令，切负荷指令等指令信息。
33.sdh设备40通过e1接口接收各个用户控制终端41发送的数据，经过stm-1接口将数据发送至fpga单元402的stm-1收发电路模块，并将数据通过并行总线发送至cpu403进行处理，处理过的数据经过四路comstc光纤收发模块发送至控制子站20的控制模块。
34.以上，通信接口装置的cpu单元进行数据处理时，不改变数据的类型，数据帧处理后仍为数据帧，命令帧处理后仍为命令帧。
35.本实施例的虚拟电厂紧急控制系统的通信方案，在实现终端用户接入层面向控制子站的多终端接入，同时提高数据通信的可靠性，节省投资成本，可缓解现场施工及后期设
备运维的压力。
36.以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。