本发明专利技术公开了一种基于FPGA实现无线光差通信的终端、系统及方法，保护装置A发送光口发送第一光差报文，通过保护装置A接收光口接收第二光差报文；通过保护装置B发送光口发送第二光差报文，并通过保护装置B接收光口接收第一光差报文；终端A和终端B通过无线自组网相连接，进行第一光差报文、第二光差报文和对时报文交互通信。本发明专利技术基于FPGA计算和统计往返路径延时RTT，最大程度保证处理延时固定、可控和减少传输延时。可沿用现有差动保护乒乓原理，满足无线通信在差动保护上的同步应用需求。可单独外挂用于对现有光纤差动保护线路的改造，无缝替换光纤通信线路。无缝替换光纤通信线路。无缝替换光纤通信线路。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA实现无线光差通信的终端、系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于FPGA实现无线光差通信的终端、系统及方法，属于电力系统差动保护通信
技术介绍
[0002]随着电力系统的发展，差动保护通过光纤通信实现保护信号传输被普遍运用，具有原理简单可靠、保护动作快速灵敏和选择性好等优点。但随着应用范围的不断扩大和光器件设备运行，采用光纤通信也暴露出许多问题，导致影响正常的差动保护，如光器件老化、光纤接触不良，光纤老化导致光强减弱和误码率增大, 光纤接触不良会出现光纤中断导致保护失效。
[0003]同时随着城市化进程，输电线路及其配网接线组网更加复杂、密度更大、变化更频繁，若依旧采用拉光纤方式增设设备、拓展链路和改造已有线路，使得光纤通信的建网和改造难度大、成本高、周期长，运维困难。
[0004]选择无线通信代替光纤方式虽然可以快速组网，但现有的无线通信设备存在信道路由不一致，传输延时抖动不稳定等问题，致使无线通信技术不能直接应用到差动保护中，无法满足差动保护乒乓原理的同步精度要求，严重制约无线通信在差动保护上的应用。
技术实现思路
[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于FPGA实现无线光差通信的终端、系统及方法，很好的满足复杂组网下线路差动保护的需求，具有接入方便、适应性和扩展性好、施工周期短和维护便利等优点。在进行输电线路及其配网线路建设和改造时可以明显减少施工难度和时间，节省人力、物力成本。在运维阶段不需要维护通信链路，并且当出现故障时，可以快速找到原因恢复线路正常运行。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，一种基于FPGA实现无线光差通信终端，包括：接收光口、发送光口、光电转发模块、电光转发模块、无线通信模块、控制处理单元。
[0007]接收光口，接收第一光差报文，将CMI编码光信号转成NRZ串行电信号。
[0008]发送光口，将第二光差报文由NRZ串行电信号转成CMI编码光信号。
[0009]光电转发模块，根据编解码波特率配置参数接收第一光差报文，判断第一光差报文帧头，对第一光差报文解析和CRC校验后送入光接收FIFO缓存区。
[0010]电光转发模块，根据编解码波特率配置参数，将电接收FIFO缓存区内第二光差报文传输至发送光口。
[0011]无线通信模块，支持点对点无线自组网，接收和发送无线信号，并与控制处理单元以以太网帧格式进行第一光差报文、第二光差报文和对时报文交互。
[0012]控制处理单元，解析预设的配置参数，同时读取光接收FIFO缓存区里的第一光差报文，读取无线通信模块以太网帧格式接收的电接收FIFO缓存区里的第二光差报文和同步
报文，处理同步对时和计算无线信道往返路径延时，延时控制光差报文输出。
[0013]作为优选方案，所述无线光差通信终端通过FPGA实现。
[0014]作为优选方案，所述配置参数包括：光电转发模块或电光转发模块的编解码波特率、以太网帧格式报文的源MAC地址、目的MAC地址和IP地址、时延裕度Tdelay。
[0015]作为优选方案，所述同步报文包括：对时请求报文和对时响应报文。
[0016]第二方面，一种基于FPGA实现无线光差通信的系统，包括：无线光差通信终端A,简称终端A、无线光差通信终端B,简称终端B、保护装置A、保护装置B，保护装置A发送光口与终端A的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置A发送光口发送第一光差报文，保护装置A接收光口与终端A的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置A接收光口接收第二光差报文。保护装置B发送光口与终端B的接收光口通过光口接收通道相连接，并通过保护装置B发送光口发送第二光差报文，保护装置B接收光口与终端B的发送光口通过光口发送通道相连接，并通过保护装置B接收光口接收第一光差报文。终端A和终端B通过无线自组网相连接，进行第一光差报文、第二光差报文和对时报文交互通信。
[0017]第三方面，一种基于FPGA实现无线光差通信的方法，包括如下步骤：步骤1，终端A和终端B分别解析预设的配置参数，终端A和终端B自组网后输出接入成功标志。
[0018]步骤2，终端A在接收到接入成功标志后，按第一周期时间周期性的输出对时请求报文，将对时请求报文发送时刻记为时间信息T1，时间信息T1作为对时请求报文的内容一同发送至终端B。
[0019]步骤3，终端B根据接收到的对时请求报文提取出时间信息T1，并用时间信息T1直接更新终端B的本地时钟计数器，同时将终端B解析对时请求报文和生成对时响应报文的处理时间记为时延T2，将时延T2作为对时响应报文的内容发送至终端A。
[0020]步骤4，终端A在接收到对时响应报文的同时，记录本地时钟计数器产生时间信息T3；计算出无线信道往返路径延时RTT=(T3
‑
T2
‑
T1)/2。
[0021]步骤5，循环执行步骤2
‑
4N次后，统计无线信道往返路径最大延时RTTmax,读取时延裕度Tdelay，计算出额定通信延时时间Td = RTTmax + Tdelay。
[0022]步骤6，调整对时请求报文发送周期为第二周期时间，并将额定通信延时时间Td写入到对时请求报文，由终端B完成接收和提取。以第二周期时间与无线信道往返路径延时RTT作差，若时间差超过阈值则跳转至步骤2，重新计算往返路径延时RTT，若时间差未超过阈值，则正常进行光差报文通信。
[0023]步骤7，终端A在接收到第一光差报文后在第一光差报文中添加报文接收时间戳Tr1，发送带时间戳Tr1的第一光差报文。
[0024]步骤8，终端B在接收到时间戳Tr1的第一光差报文后，根据额定通信延时时间Td，延时控制在发送时间Ts1输出第一光差报文至保护装置B，其中Ts1=Tr1+Td。
[0025]终端A在接收到时间戳Tr2的第二光差报文后，根据额定通信延时时间Td，延时控制在发送时间Ts2输出第二光差报文至保护装置A，其中Ts2=Tr2+Td。
[0026]作为优选方案，所述配置参数，包括光电转发模块和电光转发模块的编解码波特率，以太网帧格式报文的源MAC地址、目的MAC地址和IP地址，以及时延裕度Tdelay。
[0027]作为优选方案，所述第一周期时间设置为3ms，第二周期时间设置为1.5s, 阈值设
置1ms。
[0028]有益效果：本专利技术提供的一种基于FPGA实现无线光差通信的终端、系统及方法，其有益效果如下：(1)基于FPGA计算和统计往返路径延时RTT，最大程度保证处理延时固定、可控和减少传输延时。
[0029](2)可沿用现有差动保护乒乓原理，满足无线通信在差动保护上的同步应用需求。
[0030](3)可单独外挂用于对现有光纤差动保护线路的改造，无缝替换光纤通信线路。
附图说明
[0031]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA实现无线光差通信的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，终端A和终端B分别解析预设的配置参数，终端A和终端B自组网后输出接入成功标志；步骤2，终端A在接收到接入成功标志后，按第一周期时间周期性的输出对时请求报文，将对时请求报文发送时刻记为时间信息T1，时间信息T1作为对时请求报文的内容一同发送至终端B；步骤3，终端B根据接收到的对时请求报文提取出时间信息T1，并用时间信息T1直接更新终端B的本地时钟计数器，同时将终端B解析对时请求报文和生成对时响应报文的处理时间记为时延T2，将时延T2作为对时响应报文的内容发送至终端A；步骤4，终端A在接收到对时响应报文的同时，记录本地时钟计数器产生时间信息T3；计算出无线信道往返路径延时RTT=(T3
‑
T2
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T1)/2；步骤5，循环执行步骤2
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4N次后，统计无线信道往返路径最大延时RTTmax,读取时延裕度Tdelay，计算出额定通信延时时间Td = RTTmax + Tdelay；步骤6，调整对时请求报文发送周期为第二周期时间，并将额定通信延时时间Td写入到对时请求报文，由终端B完成接收和提取；以第二周期时间与无线信道往返路径延时RTT作差，若时间差超过阈值则跳转至步骤2，重新计算往返路径延时RTT，若时间差未超过阈值，则正常进行光差报文通信；步骤7，终端A在接收到第一光差报文后在第一光差报文中添加报文接收时间戳Tr1，发送带时间戳Tr1的第一光差报文；步骤8，终端B在接收到时间戳Tr1的第一光差报文后，根据额定通信延时时间Td，延时控制在发送时间Ts1输出第一光差报文至保护装置B，其中Ts1=Tr1+Td；终端A在接收到时间戳Tr2的第二光差报文后，根据额定通信延时时间Td，延时控制在发送时间Ts2输出第二光差报文至保护装置A，其中Ts2=Tr2+Td。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA实现无线光差通信的方法，其特征在于：所述配置参数，包括光电转发模块和电光转发模块的编解码波特率，以太网帧格式报文的源MAC地址、目的MAC地址和IP地址，以及时延裕度Tdelay。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA实现无线光差通信的方法，其特征在于：所述第一周期时间设置为3ms，第二周期时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：臧佳，霍银龙，卢家力，陈从靖，曹冰，门殿卿，岳峰，
申请(专利权)人：南京国电南自电网自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：
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