【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统故障录波，特别是涉及一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置及方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、智能数字故障录波器装置主要用于记录电力系统的运行数据，尤其是在故障或异常情况下的数据，可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前后过程的各种电气量的变化情况，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有重要作用。
3、而在电力系统中一般需要处理的数据量较大，特别是当使用数字化的模拟信号时，如iec 61850-9-2标准定义了采样值(sampled value，sv)和通用对象定向子站事件(generic object oriented substation event，goose)，能数字故障录波器需要实时且高精度地处理这些数据，以便及时采取措施。
4、目前采集到大量数字化的模拟信号后直接转发至cpu，完全使用cpu进行数据处理，由于cpu单个核心只进行顺序处理，所以在数据量过大的情况下，其解析速度变慢、处理时间较长；此外，对于软件部分，传统的linux网络栈会将数据包通过多个层次进行传递，直至传递到用户层，而每个层次都会增加处理时间和延迟，无法满足实时性的需求。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置及方法，利用fpga的并行处理能力，配合xdp的高效数据路径优化，从软硬件两方
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，包括：
4、fpga采集板，用于对获取的电力系统运行数据进行预处理、预解析和预告警后，将处理后的电力系统运行数据分层封装在原始数据包的包头，并通过pcie接口发送给cpu管理板；
5、fpga控制板，用于根据电力系统的b码信号进行b码对时，并通过rgmii接口与cpu管理板通信，以与cpu管理板进行时间同步；
6、cpu管理板，用于将fpga采集板转发的数据包进行分层解析，获取当前数据包的异常事件，并以xdp网络包的形式转发至用户层。
7、作为可选择的实施方式，fpga采集板中预处理的过程包括，根据需求抽取电力系统运行数据中的关键字段，并按照约定的数据格式添加在包头的预处理信息区进行封装。
8、作为可选择的实施方式，cpu管理板进行分层解析时，从约定的预处理信息区一次性获取所有关键字段，无需解析原始数据包。
9、作为可选择的实施方式，fpga采集板中预解析的过程包括，对电力系统运行数据内的tlv格式数据进行预解析，将解析出的标签、对应的长度和值的位置保存为查询列表，以偏移量作为索引，将查询列表封装至包头的预解析信息区中。
10、作为可选择的实施方式，cpu管理板进行分层解析时，解析查询列表，通过偏移量获取所需的标签、对应的长度和值。
11、作为可选择的实施方式，fpga采集板中预告警的过程包括，根据异常报文判断参数检测流量突增/突减、报文丢帧、序号异常变化、报文重复或采样值突变的问题，且在包头的预告警信息区对相应的异常位置进行置位。
12、作为可选择的实施方式，cpu管理板进行分层解析时，在包头的预告警信息区，通过对不同数据位的置位获取当前数据包的异常事件。
13、作为可选择的实施方式，以xdp网络包的形式转发至用户层后，使用户层通过af_xdp功能，即用户空间的共享内存，直接访问xdp网络包中的数据。
14、作为可选择的实施方式，所述cpu管理板还与管理机通讯，用于与用户进行交互，获取录波及报文数据并显示，以及录波装置参数的读写、录波数据的导出或打印。
15、第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置的工作方法，包括：
16、由fpga采集板对获取的电力系统运行数据进行预处理、预解析和预告警后，将处理后的电力系统运行数据分层封装在原始数据包的包头，并通过pcie接口发送给cpu管理板；
17、由fpga控制板根据电力系统的b码信号进行b码对时，并通过rgmii接口与cpu管理板通信，以与cpu管理板进行时间同步；
18、由cpu管理板将fpga采集板转发的数据包进行分层解析，获取当前数据包的异常事件，并以xdp网络包的形式转发至用户层。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
20、本专利技术提出了一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置及方法，由fpga采集板获取电力系统的数字模拟量数据后，进行预处理、预解析和预告警的加速处理，加速处理后再转发至cpu管理板，由于数据在进入cpu之前已完成大量的预处理工作，由此可缩短数据在cpu的处理时间，减轻cpu的负担，同时在驱动层以xdp网络包的形式进行转发至用户层，使数据无需经过网络栈直接与用户层进行交互。经过软硬件方面的多项优化，对大量电力系统数据进行更快速的处理和相应，增加智能化数据分析和处理能力，提高电力系统的安全和稳定性。
21、本专利技术从软硬件两方面对大量电力系统数据进行加速处理，使故障录波器的检测和响应更加迅速且准确；利用fpga的并行处理能力，配合xdp的高效数据路径优化，显著提高数据处理速度，保证系统在面临突发事件时的稳定运行。另外，通过高度集成化的设计，提高故障录波器的性能和可靠性，降低系统的整体成本，其智能化的数据分析和处理功能，不仅能够实时监视电力系统状态，还能对故障数据进行快速准确的分析，支持电力系统的故障诊断和预防。
22、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，FPGA采集板中预处理的过程包括，根据需求抽取电力系统运行数据中的关键字段，并按照约定的数据格式添加在包头的预处理信息区进行封装。
3.如权利要求2所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，CPU管理板进行分层解析时，从约定的预处理信息区一次性获取所有关键字段，无需解析原始数据包。
4.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，FPGA采集板中预解析的过程包括，对电力系统运行数据内的TLV格式数据进行预解析，将解析出的标签、对应的长度和值的位置保存为查询列表，以偏移量作为索引，将查询列表封装至包头的预解析信息区中。
5.如权利要求4所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，CPU管理板进行分层解析时，解析查询列表，通过偏移量获取所需的标签、对应的长度和值。
6.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速
7.如权利要求6所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，CPU管理板进行分层解析时，在包头的预告警信息区，通过对不同数据位的置位获取当前数据包的异常事件。
8.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，以XDP网络包的形式转发至用户层后，使用户层通过AF_XDP功能，即用户空间的共享内存，直接访问XDP网络包中的数据。
9.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，所述CPU管理板还与管理机通讯，用于与用户进行交互，获取录波及报文数据并显示，以及录波装置参数的读写、录波数据的导出或打印。
10.一种权利要求1-9任一项所述的基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置的工作方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，fpga采集板中预处理的过程包括，根据需求抽取电力系统运行数据中的关键字段，并按照约定的数据格式添加在包头的预处理信息区进行封装。
3.如权利要求2所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，cpu管理板进行分层解析时，从约定的预处理信息区一次性获取所有关键字段，无需解析原始数据包。
4.如权利要求1所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，fpga采集板中预解析的过程包括，对电力系统运行数据内的tlv格式数据进行预解析，将解析出的标签、对应的长度和值的位置保存为查询列表，以偏移量作为索引，将查询列表封装至包头的预解析信息区中。
5.如权利要求4所述的一种基于软硬件加速处理的智能数字故障录波装置，其特征在于，cpu管理板进行分层解析时，解析查询列表，通过偏移量获取所需的标签、对应的长度和值。
6.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，王银冬，马辉，郭泗晓，贾学朋，
申请(专利权)人：山东山大电力技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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