繼電保護裝置保護元件動態調用實現方法

饒 丹

(國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106)

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繼電保護裝置保護元件動態調用實現方法

饒 丹

(國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106)

闡述了一種繼電保護裝置保護功能組態的實現方法和一種保護元件實時調度的策略。通過上位機組態軟件和裝置平臺軟件的配合，實現了保護控制裝置功能定制的需求。組態軟件通過PLC頁面組態定制保護控制功能邏輯，動態調度技術實現了裝置預置元件根據工程需求動態的初始化，最終實現一套硬件裝置組態多種子型號的功能。最后以備自投為例，描述了靈活組態的實現方法。

動態調用；組態；繼電保護；任務調度

繼電保護裝置保護元件組態的需求在微機保護開始就作為必備功能被提出，由于以前硬件資源和軟件架構的限制，廠家都采用保護控制字和壓板方式來控制某些保護功能是否投入使用。這種方式控制力度大，控制方式不夠靈活，并且保護元件雖然通過控制字退出了保護，但是保護元件仍然在裝置上電時在內存中創建并初始化，占用了內存空間甚至中斷執行時間，帶來了一定的安全隱患，但實現方法簡單，便于操作和實現。

這種通過簡單壓板和控制字方式只適用于固定軟硬件型號裝置內保護元件的功能投退，隨著繼電保護的發展，智能變電站的廣泛實施，智能變電站設備的硬件體系和軟件體系的不斷提升，各種組態集成的配置工具也隨之出現。國內外的一些廠家也開發一些功能組態軟件，大部分組態軟件主要用來組態輸入輸出、參數定值。對元件的動態定值和動態調用并沒有詳細的描述。

1 元件動態調度組態方式

實現保護裝置的元件動態調度有編譯型和解釋性2種方式。編譯型是指元件的邏輯組態在可視化組態工具中繪制，組態工具根據目標運行板件的CPU類型，調用編譯器對圖形進行編譯。生成可執行文件，下載到目標板運行。解釋性是指組態軟件根據組態的邏輯圖，生成解釋型的文件，由目標板解析后動態的實例化元件運行。

1.1 編譯型動態調度系統設計

編譯型動態調度是一種基于腳本語言的繼電保護裝置圖形開發方法。通過自定義的腳本語言，描述了保護測控元件的通用功能模塊。功能塊是一系列有具體含義的圖元。圖元中用腳本語言描述其基本功能。例如差動模塊、過流模塊、濾波算法等基本模塊。通過模塊的邏輯組態，生成元件的調用C程序，最后進行編譯，生成裝置的運行可執行文件。編譯型組態流程如圖1所示。

圖1 編譯型組態流程

每一個功能塊具有多個代碼段，每個段都可以進行腳本編寫。腳本語言包括了變量定義，控制語句等。組態工具對腳本語言進行詞法和語法分析后，生成C語句，最后根據工程的頁面組織結構關系，分別生成C文件，H文件。

1.2 解釋型動態調度系統設計

保護測控裝置中運行的元件是固化的，包括元件實現的功能和元件的調用順序，要做到靈活的組態必須滿足2點：能夠靈活配置功能模塊實例化后的調度鏈表；能夠靈活的定制功能邏輯，定制邏輯是指用戶在圖形界面組態一套邏輯處理程序，該程序包括了輸入采樣，與或非、觸發器、延時模塊等一系列簡單邏輯的疊加，組成一套新的邏輯程序，并將這套程序掛載在任務鏈上執行。

裝置解析組態后的調度關系文件，根據任務鏈中元件的配置情況，動態實例化DSP中的元件，并添加到系統的調度鏈中，達到元件動態調用的目的。其流程如圖2所示。

圖2 解釋型組態流程

1.3 兩種組態方式的比較

兩種組態方式的比較如表1所示。

表1 兩種組態方式的比較

從圖1可以明顯看到兩種組態方式的優缺點。編譯型的組態方式在功能塊繪制周期上耗時較長，由于功能塊中需要編寫其邏輯腳本語句，而在編輯程序時開發效率較高，圖形化的開發方法簡單直觀，調試方便，與硬件平臺無關。因此，針對柔性輸電和備自投控制類為主的裝置研發采取該開發方式，效率明顯提高，工程維護也很簡單。

針對保護裝置的開發，由于其保護邏輯復雜，很多算法需要手工優化，自動生成的代碼往往在代碼執行效率上有所不足，所以對于保護裝置的研發， 基本上采用解釋型組態的方式。 每個元件的代碼預先編輯好，可在IDE中開發，也可在編譯型組態工具中開發。編輯好的元件，在功能塊工具中描述其輸入輸出和參數。在組態工具中，組態其輸入輸出和參數的配置信息，并組態元件是否激活以及調度鏈表結構。生成配置文件以及調度文件下載到裝置中運行。這種組態方式滿足了保護裝置工程維護的靈活性和安全性，也滿足了海外用戶的組態邏輯需求。

2 編譯型組態的實現方法

2.1 任務調度策略

裝置中的任務等級設定為4級，各元件依據其實時性要求掛在對應的任務等級中。

每一個任務等級的中斷時間是一個可配置的參數，掛載在某一個任務等級的鏈表按照從左往右的順序有序的調用。任務鏈表中一個procblock可以嵌套元件也可以是普通元件。嵌套元件是指該元件可包含若干個子元件，子元件也可以是嵌套元件。嵌套層次無限制。嵌套元件中包括的子元件的調用順序需要在任務鏈表中定義。子元件可以進行簡單的順序配置，同時也可以進行分時調度配置。

分時調度是在某一個周期的任務中斷中，由于各執行模塊的執行時間要求的不同，多個周期到達時才觸發執行。尤其是在某一個中斷周期內，不能同時執行完成所有的執行單元，需要將這些執行單元進行在周期內進行拆分。分時功能塊也是一個可配置的功能塊，主level級別、每個procblock的調度周期，以及在周期內的序號都可單獨配置。

2.2 PLC元件組態

PLC元件是由一系列通用的邏輯門與、或、非、異或、延時、脈沖等基礎模塊通過邏輯組態搭建定制的邏輯功能，滿足工程現場的實際需求。PlC元件組態成一套完成的邏輯功能后，該邏輯功能需要下載到裝置中按邏輯有序執行，這是組態功能的另一個關鍵技術。

PlC定制的邏輯能夠作為一個整體元件掛載在某個任務鏈上，但裝置無法實例化該PLC元件，因為它并不以一個元件類的實體存在裝置的元件庫中。在生成的調度元件中，組態軟件根據PlC頁面中基礎元件進行有序的拆解，按照拓撲順序插入到PlC對應的調度鏈表中。

2.3 裝置動態調度

(1)DSP程序初始化時，關閉任務中斷，裝載組態二進制文件。

(2)解析后按照任務調度鏈表的先后順序將應用模塊初始化并使應用模塊構造函數向系統程序注冊，系統程序將所有應用模塊按注冊順序將各任務函數按任務等級進行管理；運行時，系統程序將各應用模塊按任務等級依次進行調用，并確保任務優先級及執行的先后順序。

(3)注冊完成后，開啟任務中斷。應用模塊按照上位機組態的保護功能和調用順序運行，從而實現繼電保護裝置保護元件動態調用。

2.4 組態接口文件

組態軟件組態完成后針對應用模塊的調度生成2個文件，一個是可讀的xml文件，一個是提供給dsp執行的二進制文件。二進制文件是一段內存數據流。dsp可直接復制這段數據至dsp的調度數據結構體中,節省上電解析文件的時間，提高上電效率。

xml文件描述了每個元件的初始化函數、構造函數的函數名稱，以及每個元件實例化后掛載在任務列表的順序，circle表示中斷周期，circleNo表示中斷周期中響應的序號。

二進制文件描述的與xml文件的內容類似，是這些數據信息結構體的序號化導出，dsp解析程序不需要解析，可直接導入內存直接使用。

2.5 裝置動態調度流程

2.5.1 預編譯各功能塊的函數地址

DSP程序啟動后，根據由上位機下載的調度文件獲取調度的元件名稱，根據元件的名稱，需要關聯元件對應的構造函數、初始化函數的函數地址，并調用函數。這些元件各函數的地址信息由編譯器分配，組態工具無法獲取這些地址信息，而DSP可通過一個索引文件參與DSP元件庫的編譯，獲取這些元件的各函數地址信息。

元件的構造函數和初始化函數通過編寫函數索引表的C文件，參數元件庫的編譯過程，自動在索引表中獲取到函數的地址。

編譯后，編譯器自動將函數地址寫入到數組中，DSP啟動后根據函數名稱在數組中獲取地址并調用，最終達到動態調度的目的。

2.5.2 備自投實現

由于備自投具有多種運行方式，主接線方式和動作方式都多樣化，備自投設備是一種基于時序控制的邏輯，不同的備自投方式過程條件差異很大，備自投的程序隨著不同的工程現場程序差異也較大。

結合上述的組態方式，通過PLC和元件的動態調用，實現了備自投設備的靈活組態，不同的工程現場，只需要工程人員修改相對于的PLC頁面，下載腳本文件，即可滿足工程現場的需求，節省了現場開發的成本，提高了維護和開發效率和質量。組建進線自投方式邏輯，可以實現備自投基本的失壓動作邏輯。通過組態軟件的靈活組態，完成了備自投的全部邏輯繪制，實現了備自投邏輯的靈活組態功能。

3 結語

本文重點介紹了一種繼電保護元件的動態調用靈活組態的方法，介紹了2種實現元件動態調用的實現方法,并比較了兩種方法的優缺點。以解釋性為重點，闡述了PLC元件的邏輯搭建，以及元件的動態調度實現方法。最后以備自投設備為例，舉例說明了該組態方式的靈活運用情況。

該組態工具在國電南瑞科技股份有限公司已經廣泛應用，備自投設備主要運用在國內工程中，海外項目的保護測控裝置主要通過該工具進行元件的動態擴展和調用。在后續工作中，需要將編譯型和解釋性型整合在一體，根據用戶的屬性設置權限，能夠方便靈活的運用在繼電保護裝置的開發和維護工作中。

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(本文編輯：趙艷粉)

Dynamic Invocation Realization for Relay Protection Device Components

RAO Dan

(State Grid NARI Technology Development Co.,Ltd., Nanjing 211106, China)

This paper expounds the realization methods for relay protection device function configuration and the real-time scheduling strategy for protective components. The cooperation between upper unit configuration software and equipment platform software helps realize the demand for customized protection control device functions. Configuration software customizes protection control function logic through the PLC configuration page; dynamic scheduling technology helps achieve the initialization of device preset components according to the engineering dynamic requirements. Then a hardware device configured with various sub-models. Finally the spare automatic switch exemplified the realization of flexible configuration.

dynamic invocation; configuration; relay protection; task scheduling

10.11973/dlyny201506003

饒 丹(1978)，女，碩士，高級工程師，主要研究方向為電力系統自動化。

TM774

B

2095-1256(2015)06-0758-04

2015-08-27