基于FPGA的智能变电站二次系统仿真平台的设计与实现

摘要

为了提高智能变电站继电保护人员以及自动化班组人员的实践操作水平和突发事件的应急处理能力，国网公司加大了对智能变电站二次系统仿真培训平台的推广与研究。仿真培训系统是借助于计算机软硬件技术实现智能变电站二次系统保护功能的仿真，并利用图形化技术进行展示分析。通过仿真培训系统可以提供分析研究与运行培训。然而，目前国内外对智能变电站二次系统的仿真培训系统的研究还处于探索与创新阶段，在很多方面都有局限性。
　　基于此，本文开展了“服务于二次班组运维技术支持的智能变电站二次系统仿真平台开发”课题研究。课题目的是研制一套仿真装置，只要导入对象智能变电站的SCD文件和SSD文件，就可以利用该装置设置培训内容，实现电网故障现象仿真、智能变电站二次设备行为仿真以及网络数据现象仿真，同时展示报文信息和图形化功能关联信息，为二次班组提供仿真培训工具。本文按照方法研究和功能设计这两个部分对课题工作进行组织，主要包括：二次系统仿真方法的研究以及基于 FPGA的硬件平台架构的功能设计实现。针对此本文主要从以下三个方面进行了阐释。
　　（1）通过构建一套完整的用于描述具体故障事件发生时其相关间隔内二次设备间实现保护功能的通信关联关系库模型，在针对具体智能变电站的仿真培训时，结合解析对象智能变电站SCD和SSD等配置文件而获得的各个智能设备的配置信息以及功能关系信息，将通信关联关系模型进行实例化。通过实例化之后可以得到各个仿真培训事件的功能编号、流程号以及相关事件信息组，从而实现对事件发生时智能变电站二次系统中相关保护间隔内二次设备的保护动作行为进行描述。
　　（2）在该方法的基础上本文研究设计了一套服务于二次班组的智能变电站二次系统仿真装置作为硬件支持，该装置采用多片FPGA的结构，通过FPGA的快速仿真实现技术，研究实现变电站规模二次系统的行为仿真和网络数据现象仿真。包括符合IEC61850通信协议规范的保护动作事件信息（包括行为结果信息、配合信息、告警信息、中间过程信息等内容）报文的组织和发送、接收和解析，以及整个硬件装置中通信接口方法的设计。
　　（3）最后，本文对硬件系统设计中各功能模块进行了功能验证与性能测试实验。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状及应用

1.3 本文主要工作和组织结构

第二章 仿真系统的方法研究与整体设计

2.1 仿真系统概述

2.2 仿真系统的方法设计

2.3 仿真系统硬件平台整体设计

2.4 本章小结

第三章 IEC61850通信协议的实现

3.1 二次设备保护功能通信关联关系模型的实例化

3.2 IEC61850通信的网络报文传送实现

3.3 GOOSE与SV报文的解码实现

3.4 本章小结

第四章 系统通信接口方法的设计与实现

4.1 网络报文收发通信接口设计

4.2 DDR2数据缓存模块设计

4.3 数据传输链路接口模块设计

4.4数据传输方法的优化设计

4.5 本章小结

第五章 装置性能与系统功能测试

5.1 装置性能测试

5.2 装置功能测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研与成果