IEC61850在智能配电网中的应用及配电终端建模

摘要

智能电网能够有效的提高供电可靠性和改善电能质量,也是21世纪前期世界各国电网发展的方向。配电网是直接面向用户的窗口,智能配电网是智能电网的重要环节。当前配电网中广泛应用的通信规约具有数据含义不明确,数据间的关联少,终端之间不能互操作等是制约智能配电网发展的瓶颈。快速高效的通信是建设智能电网的必要条件。为了解决变电站自动化系统中来自不同设备厂商的智能电子设备之间实现互操作,IEC制定了IEC61850标准。
　　当前,61850标准虽然已被用到配电自动化系统中,但其应用还处于起步阶段,相关产品还不够丰富。本文以配电自动化系统中馈线终端装置FTU为例,研究IEC61850标准在其上的应用,主要做了以下相关工作。
　　首先,深入分析IEC61850标准及其建模方法,研究其在馈线自动化系统中的应用。61850采用点对多点的通信方式,能够适用于基于以太网通信的配电网,尤其是智能分布式FA系统。分析了分布式FA的功能,认为61850中的大部分逻辑节点可以直接应用,增加了新能源相关的逻辑节点,新建了故障定位、故障隔离逻辑节点。并使用SCL描述了一个简单的馈线。通过仿真探讨了基于特征频率下S变换暂态能量相对熵的方法对馈线中的故障进行定位;
　　其次,将分布式馈线自动化功能嵌入到现有的FTU功能上,并将新的FTU进行功能分解,按照IEC61850标准的建模方式,将FTU设计为四个逻辑设备,分别代表测控功能、保护功能、分布式FA功能和电源模块。采用DSP处理芯片和W5100网络芯片搭建FTU的原型机,采用CCS开发环境进行开发。
　　最后,重点介绍了通用面向对象的变电站事件GOOSE,对IEC61850标准所采用的编码方式ASN.1进行了一定的介绍并对GOOSE报文进行ASN.1编码。基于DSP处理芯片和W5100网络芯片从实时性、可靠性、优先级控制和搭建VLAN及GOOSE报文封装等方面介绍了在FTU上GOOSE的设计与实现,着重阐述了设计代码中重要函数的设计原理和功能。最后使用继保测试仪、交换机、FTU等设备搭建了GOOSE报文测试平台,通过模拟短路获得遥信变位,FTU会连发GOOSE报文,测试结果表明设计的FTU上GOOSE报文符合要求,达到预期的目标。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 IEC61850及其应用的研究现状

1.3 本论文的主要内容

1.4 论文的结构安排

第二章 IEC61850在配网自动化中应用的基础

2.1 IEC61850的体系结构

2.2 IEC61850的建模

2.3 IEC61850与 IEC61968/IEC61970的协调

第三章 IEC61850通信在智能分布式FA中的应用

3.1 馈线自动化

3.2 支持 IEC61850的分布式馈线自动化

3.3 基于特征频率下 S变换暂态能量相对熵的故障定位

第四章 基于IEC61850的配电终端建模与设计

4.1 FTU的功能

4.2 FTU中使用的逻辑节点类模型

4.3 FTU的模型建立

4.4 FTU的硬件构成及开发环境

第五章 GOOSE通信模块的设计

5.1 GOOSE通信分析

5.2 GOOSE通信的设计

5.3 测试环境的搭建

第六章 结论

6.1 主要工作回顾

6.2 需要进一步研究的工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文