基于以太网的变电站综合自动化智能设备的研究

摘要

论文概述了变电站自动化通信系统的发展及其现状，分析了变电站自动化通信系统发展所引发的问题，阐述了嵌入式以太网在变电站自动化系统中的应用模式，以嵌入式以太网技术在变电站自动化通信系统中的应用为背景，在80296SA单片机和CS8900A网卡芯片构建的硬件平台实现了无操作系统环境下嵌入式双以太网通信软件;研究了仿真变电站自动化通信系统的新方法，以及利用IEC60870-5-104协议提供的应用规约控制机制和UDP(User Datagram Protocol)协议在变电站内进行可靠传输的策略。
　　由于变电站自动化系统的间隔层设备硬件平台配置较低，通常难以引入实时操作系统(RTOS)及其以太网通信协议栈，本文提出了一种多任务分时、分层的以太网通信软件结构。内存采用实时性较好的空间表进行管理，报文采用动静态相结合的组织管理方式，间隔层设备的路由和地址解析，间隔层设备只实现地址解析功能，变电站的外出网关设定ARP(Address Resolution Protocol)代理功能，大大降低了系统的复杂性。另外，论文还研究了变电站内的以太网故障诊断等问题，提出了采用ARP协议对变电站内的通信网络进行故障诊断的策略。
　　电力生产的特殊性对变电站自动化系统通信网络的传输质量提出了高可靠性和实时性要求。在进行变电站典型设计时，需要对变电站内各种情况下的网络传输情况进行精确的考察，为间隔层通信网络的设计提供依据，尤其是以太网技术己经开始应用于变电站自动化系统的间隔层网络。论文分析了EPOCHS(Electric Power and Communication Synchronizing Simulator)仿真平台，研究了采用PSCAD/EMTDC(Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients Program including Direct Current)和NS2(Network Simulator)一起协作同步仿真变电站内数据流的方法。对与故障类型紧密相关的突发性信息，直接从PSCAD/EMTDC仿真的电力系统中获取，仿真故障状况下保护动作信息和开关变位信息的时域特征。针对目前普遍采用的网络103协议应用以及实现上的不足，提出了一种新的利用IEC60870-5-104协议提供的应用规约控制机制和UDP协议在变电站内进行可靠传输的方法，并在EPOCHS平台进行了仿真实现。

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第一章 引言

1.1变电站自动化通信系统的发展及其现状

1.2变电站自动化通信系统的仿真研究概述

1.3论文的主要工作和内容安排

第二章 变电站自动化系统嵌入式以太网应用和EPOCHS仿真平台研究

2.1 嵌入式以太网技术概述

2.2嵌入式以太网在变电站自动化系统中的应用模式

2.3嵌入式以太网应用于变电站自动化系统的传输协议

2.4 以太网应用于变电站自动化系统的实时性研究

第三章 变电站自动化系统嵌入式以太网实现的关键问题研究

3.1 嵌入式以太网的软件结构

3.2内存管理和报文的动态处理

3.3分时和多任务处理

3.4路由和地址解析

3.5变电站内的以太网故障监测

第四章 变电站自动化系统嵌入式以太网的实现

4.1 软定时器

4.2 CS8900A网卡硬件驱动

4.3接口层和插口层

4.4协议层

4.5嵌入式以太网实现的讨论

第五章变电站自动化系统104协议/UDP协议可靠传输研究与仿真

5.1 104协议/UDP协议的传输可靠性实现

5.2协议仿真实现

第六章 结 论

致谢

参考文献