一种轻量级低压保护装置平台化开发方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制保护领域，尤其涉及一种轻量级低压保护装置平台化开发方法。

背景技术

电力系统高压控制保护装置因为其可靠性要求高、保护功能复杂、保护计算量大、通讯规约众多、外部接口丰富、可扩展性强，一般采用多板卡分布式并行处理的软硬件架构。通常用专门的DSP板运行实时业务，如控制保护逻辑计算，软件一般采用无操作系统架构；配置专门的管理板运行非实时业务，如人机交互、外部通讯、故障录波等，一般采用高性能处理器，运行嵌入式Linux等操作系统，外部需扩展较大存储器。对于低电压等级的保护装置而言，其保护功能偏少、接口相对简单、通讯功能需求偏少，但由于其用量较大，且部分使用场合安装空间及供电条件受限。如果仍沿用高压保护装置软硬件架构，难以满足低压保护装置对功耗、体积和成本的苛刻要求。另外，低压保护装置种类较多而差异化程度并不高，采用平台化而非定制化开发，有利于提高软件模块复用度、缩短产品研发周期、保证产品质量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻量级低压保护装置平台化开发方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轻量级低压保护装置平台化开发方法，包括以下步骤：

(1)根据低压保护装置的功能需求，选定与之匹配的轻量级硬件平台，硬件平台的计算性能及外设接口应满足低压保护装置的功能需求，且具备运行轻量级基础软件能力；

(2)低压保护装置的功能模块分为管理模块和业务模块，根据低压保护装置的功能需求，在低压保护装置的配置文本中配置需要集成的业务模块，并确定各个业务模块间的数据连接关系；

(3)业务模块根据功能划分为实时业务模块及非实时业务模块，由管理模块根据配置文本统一分配业务模块的优先级；

(4)各个业务模块在运行前获取与之交互的其他业务模块的数据交互地址，运行过程中通过直接内存访问进行数据交互；

(5)管理模块和业务模块均运行在轻量级基础软件之上，各个业务模块由管理模块统一初始化和启动，实时业务模块和非实时业务模块共存，各个业务模块按照预设定优先级运行，优先级由轻量级基础软件提供的调度服务保证。

进一步：所述步骤(1)中，所述轻量级硬件平台的主控芯片为单片机，所述轻量级基础软件为嵌入式实时操作系统。

进一步：所述步骤(2)中，所述业务模块包括业务模块构造方法、初始化方法、运行方法及数据实体，通过低压保护装置配置文本确定本业务模块是否集成；所述管理模块唯一存在且固定集成；所述数据实体包含多个输入端口和输出端口，用于和其他业务模块进行数据交互。

进一步：所述步骤(3)中，所述实时业务模块包含电气量采样模块、控制保护逻辑模块、事件报告模块、故障录波模块、开关量输入读取模块、开关量输出跳闸模块，所述非实时业务模块包含外部通讯模块、人机接口模块；所述优先级由管理模块根据低压保护装置配置文本中的优先级设置值确定，实时业务模块优先级高于非实时业务模块。

进一步：所述步骤(4)中，所述数据交互地址的分配方法为：管理模块根据低压保护装置配置文本中的业务模块的数据连接关系，基于共享内存进行业务模块间数据地址关联。

进一步：所述步骤(5)中，所述统一初始化及启动，由管理模块根据低压保护装置配置文本调用各个业务模块的构造方法、初始化方法及运行方法自动完成。

进一步：所述步骤(5)中，所述调度服务为轻量级基础软件提供的多任务抢占式调度机制。

本发明所达到的有益效果：本发明基于轻量化软硬件架构及高度可复用的业务模块，根据装置配置文本进行业务模块的灵活组合，保护逻辑处理等实时业务和人机接口等非实时业务并存，实现了低压保护装置的平台化开发，更容易满足低压保护装置对成本、功耗及体积的要求，同时有利于缩短开发周期，保证产品质量。

附图说明

图1为业务模块间数据交互示意图；

图2为基于一种轻量级低压保护装置平台化开发方法开发的低压保护装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种轻量级低压保护装置平台化开发方法，包括以下步骤：

(1)选定硬件平台。

根据装置功能需求，选定与之匹配的轻量级硬件平台。硬件平台的计算性能及外设接口应满足装置需求，具备运行轻量级基础软件能力。

假设低压保护装置需要具备过流保护、故障录波、事件报告、串口Modbus通讯功能、人机交互功能，根据上述功能选择合适的硬件平台，至少要具备串口通讯、人机交互接口、电气量采集以及开关量输出接口，满足实时操作系统运行及保护逻辑计算的需求。

(2)配置业务模块。

低压保护装置功能模块分为管理模块和业务模块。根据低压保护装置的功能需求，在低压保护装置配置文本中配置需要集成的业务模块，并确定各个业务模块间的数据连接关系。业务模块包括业务模块构造方法、初始化方法、运行方法及数据实体，通过低压保护装置配置文本确定本业务模块是否集成；所述管理模块唯一存在且固定集成；所述数据实体包含多个输入端口和输出端口，用于和其他业务模块进行数据交互。

在装置配置文本中配置过流保护模块、电气量采集模块、故障录波模块、事件报告模块、串口Modbus通讯模块、人机交互接口模块。电气量采集模块的数据传给过流保护模块，用于保护逻辑计算；保护计算结果传给事件报告模块。如果保护动作，事件报告会触发故障录波。事件报告可通过人机接口查看，也可通过串口通讯传送给远方监控系统。配置文本示例如下：

[Module_num＝6]

[link_num＝5]

(3)确定业务模块优先级。

业务模块根据其功能划分为实时业务模块及非实时业务模块，由管理模块根据配置文本统一分配其优先级。实时业务模块包含但不限于电气量采样模块、控制保护逻辑模块、事件报告模块、故障录波模块、开关量输入读取模块、开关量输出跳闸模块，所述非实时业务模块包含但不限于外部通讯模块、人机接口模块。所述优先级由管理模块根据低压保护装置配置文本中的优先级设置值确定，实时业务模块优先级必须高于非实时业务模块。

根据各个模块功能分析，电气量采集模块、过流保护模块、事件报告模块、故障录波模块实时性要求最高，分配最高优先级；人机接口模块以及串口Modbus通讯模块，实时性要求不高，优先级可以较低。如上述配置文本示例所示，业务模块优先级由管理模块根据配置文本中的优先级设置值确定，配置文本中的priority字段代表优先级，值越大代表优先级越高。

(4)分配业务模块数据交互地址。

各个业务模块在运行前获取与之交互的业务模块数据地址，运行过程中通过直接内存访问进行数据交互。管理模块根据配置文本中的业务模块数据连接关系，通过内存地址直接映射建立模块间关联关系，无需外部高速总线。数据输入模块访问由管理模块分配的地址，即可获取输出模块的数据，如图1所示。假设电气量采样模块(Sample)的out1变量输出给过流保护模块(OverCurProtection)的in1变量，记作Sample.out1->OverCurProtection.in1，Sample.out1地址为0x80000000，管理模块将地址0x80000000赋给OverCurProtection.in1，则OverCurProtection可直接通过0x80000000地址获取到Sample模块的输出。

(5)业务模块运行。

管理模块和业务模块均运行在轻量级基础软件之上，各个业务模块由管理模块统一初始化和启动，实时业务模块和非实时业务模块共存，各个业务模块按照预设定优先级运行，优先级由轻量级基础软件提供的调度服务保证。

管理模块根据配置文本配置的业务模块及其优先级，依次调用其构造、初始化方法及运行方法完成业务模块初始化及启动，如图2所示。举例说明，各个业务模块以线程方式存在，管理模块在启动业务模块前，先创建线程，然后对线程进行初始化，最后指定线程优先级并启动线程。所有线程启动后，各个线程由实时操作系统调度。

采用上述方法，基于轻量级硬件平台和系统软件架构，根据装置配置文本进行业务模块的灵活组合，由管理模块控制业务模块的初始化及启动，各业务模块按照预先设定的优先级运行，模块间通过共享内存完成高效数据交互，实现保护逻辑处理等实时业务和人机接口等非实时业务并存。该方法基于轻量化软硬件架构及高度可复用的业务模块，实现了低压保护装置的平台化开发。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。