智能变电站嵌入式一体化平台的设计

摘要

随着通信网络技术、光电互感器技术、数字化保护技术的快速发展、IEC61850标准的颁布实施，智能变电站已成为变电站自动化系统的发展方向。以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本特点的智能变电站与常规变电站相比，智能变电站二次系统的输入输出数字化，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，基于以太网通讯技术的传输的通讯网络，使得变电站二次系统发生了深刻的变革，并由此带来一系列新的技术问题。
　　论文从适用于智能变电站的二次系统的实际应用要求出发，重点针对过程层和间隔层的相关技术开展研究工作。论文首先对智能变电站的现场应用情况及配置方案分析和综述，在此基础上，对IEC61850标准进行了研究分析，并详细论述了智能IED的建模规则以及装置配置工具的软件实现，为过程层和间隔层相关设备的设计提供依据。
　　在智能变电站二次系统中，过程层作为一二次设备的接口，主要由合并单元和智能终端组成;间隔层主要由保护、测控、计量等设备组成，和常规变电站比较，相当于原间隔层装置的采样回路变成了合并单元，开入开出回路变成了智能终端。本文详细介绍了目前变电站智能化的建设方案，并基于此需求，阐述了同一嵌入式软硬平台研发间隔层和过程层装置的设计方案。该平台完全遵循IEC61850标准进行设计，采用模块化、分层分布式设计思想，硬件上根据功能要求设计不同的插件，通过组合可组成不同的间隔层装置或过程层装置;软件上采用实时多任务操作系统，引入数据库思想，软件功能模块可方便扩展或裁剪，整个平台设计具有良好的灵活性，可满足各装置的应用需求。
　　过程层和间隔层设备完全可以基于统一的软硬件平台进行开发。论文在对过程层和间隔层设备软硬件需求分析的基础上，提出了一种以FPGA、POWERPC芯片为核心的、基于CPCI总线的一体化硬件设计方案，并对关键板件CPU主控插件、交流采样插件、过程层接口插件的设计做了详细论述。
　　在对IED内部数据流分析的基础上，论文提出了嵌入式一体化平台的总体方案，对软件的中断及任务调度机制、关键软件模块可编程逻辑、录波模块做了详细论述。
　　论文最后对课题研究工作进行了总结，并对下一步工作进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 智能变电站研究现状及存在的问题

1．3 智能变电站的主要特征

1．3．1 IEC61850标准的采用

1．3．2 智能化一次设备的应用

1．3．3 通信网络技术的应用

1．3．4 智能变电站系统结构

1．4 论文的主要内容及章节安排

第2章 智能变电站现场配置方案

2．1 现场建设模式

2．1．1 建设模式一

2．1．2 建设模式二

2．1．3 建设模式三

2．2 典型配置方案

2．2．1 220kV及以上等级线路配置方案

2．2．2 110kV桥开关接线配置方案

2．2．3 100kV及以下等级主变部分配置方案

2．2．4 户外安装时低压线路配置方案

2．2．5 开关柜安装时低压线路配置方案

2．3 组网方案

2．3．1 站控层网络

2．3．2 过层网络(含采样值和GOOSE)

2．3．3 220kV及以上变电站网络结构

2．3．4 110kV及以下变电站网络结构

2．4 对钟方案

2．5 本章小结

第3章 IEC61850标准在智能IED中的应用

3．1 标准概述

3．2 IEC61850标准特点

3．3 标准的实现步骤

3．4 智能IED的IEC61850建模

3．5 装置配置工具软件实现

3．5．1 装置icd文件组成分析

3．5．2 装置配置工具的设计

3．6 本章小结

第4章 嵌入式一体化平台硬件设计

4．1 引言

4．2 二次设备硬件发展新趋势

4．3 通用硬件平台设计的要求

4．4 CPCI总线技术

4．4．1 CPCI技术简介

4．4．2 CPCI的特点

4．4．3 基于FPGA的CPCI接口实现

4．5 硬件总体设计方案

4．6 分板设计

4．6．1 CPU主控插件设计

4．6．2 交流采样板设计

4．6．3 过程层接口板设计

4．7 本章小结

第5章 嵌入式一体化平台软件设计

5．1 引言

5．2 智能IED内部数据分析

5．3 软件平台总体方案

5．4 Vxworks操作系统简介

5．5 软件平台任务调度设计

5．5．1 划分原则

5．5．2 任务划分

5．5．3 调度设计

5．5．4 交流采样同步任务

5．5．5 采样任务

5．5．6 测量计算任务

5．5．7 保护任务

5．6 可编程逻辑设计

5．6．1 继电器字

5．6．2 可编程逻辑构成

5．6．3 基本运算规则

5．6．4 可编程逻辑编写步骤

5．6．5 可编程逻辑和外部的接口

5．6．6 解析机制

5．7 录波功能实现

5．7．1 录波的触发

5．7．2 录波记录采样数据

5．7．3 录波结束

5．7．4 录波的输出格式

5．8 基于IEC61850标准的保护、测控功能平台化实现

5．9 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 平台方案实施验证

6．3 下一步的研究工作展望

参考文献

致谢