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基于IEC61850的变压器保护IED的研究与设计

作　者: 温小旭
导　师: 林知明
学　校: 华东交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: IEC 61850 IED ARM DSP 嵌入式系统 SV GOOSE
分类号: TM772
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 201次
引　用: 2次
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内容摘要

随着电子式互感器、合并单元、智能断路器和网络通信技术的发展,变电站过程层设备发生了深刻变化。尤其随着电力行业的国际标准IEC 61850的颁布及其在变电站自动化应用中的深入,变电站过程层设备趋于数字化、智能化、模型和通信协议统一化。传统的间隔层变压器保护智能电子设备(IED)在正确动作率、互操作性、通信接口及通信协议兼容等方面暴露出越来越多不可克服的缺点,已无法适应过程层设备的技术变革。为了适应数字化变电站的发展需求,研制符合IEC 61850标准的数字化变压器保护IED已成为当今变压器微机保护发展的必然趋势。本文提出了一种基于IEC 61850标准的变压器保护IED的软硬件设计方案,旨在研究和设计出能满足数字化变电站通信要求的新型变压器微机保护设备。该IED采用嵌入式技术,以目前较为先进的ARM+DSP的双处理器构架为硬件平台,使用高性能的工业级ARM9微处理器S3C2410A来实现IED的系统管理及通信功能,可满足多任务处理、图形界面显示及实现符合IEC 61850标准的以太网通信。以TMS320F2812 DSP为保护测控处理器来实现采样值处理、保护算法和开关量输入输出等测控功能。本文首先分析了基于IEC 61850的IED特点和功能要求,然后以变压器主保护为重点,参考IEC 61850-5、7、8、9对IED装置进行了功能建模和通信映射,进而在此基础上对IED硬件平台主要电路进行详细的研究和设计,并在ARM板上进行了Bootloader、嵌入式Linux操作系统的移植和相关设备驱动程序的编写和调试工作。最后对变压器保护IED的过程总线通信的采样值(SV)接收和GOOSE通信做了详细分析和研究。本文符合IEC 61850标准对间隔层IED功能的通信要求和装置模型以及互操作性要求,设计的变压器保护IED的软硬件方案具有重要的理论意义和实际应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 新设备新标准对变压器保护IED 的影响  9-10
  1.3 课题研究背景及意义  10-11
  1.4 论文所完成的任务  11-12
第二章 IEC 61850 标准及IED 分析  12-19
  2.1 IEC 61850 标准简介  12-13
  2.2 IEC 61850 标准的主要特点和优点  13-14
  2.3 IEC 61850 标准定义的变电站自动化系统接口模型  14-15
  2.4 IEC 61850 标准中的 IED 体系结构  15-17
  2.5 IEC 61850 标准的在 IED 中的实现分析  17-18
  2.6 本章小结  18-19
第三章变压器保护 IED 的功能建模和通信映射  19-27
  3.1 变压器微机保护概述  19
  3.2 变压器保护 IED 的功能建模  19-24
    3.2.1 变压器保护 IED 的特点和功能配置  19-20
    3.2.2 IED 的功能解耦  20-24
  3.3 变压器保护 IED 的通信映射  24-26
    3.3.1 信息流到物理接口的实现  24
    3.3.2 ACSI 映射到SCSM  24-26
  3.4 本章小结  26-27
第四章变压器保护 IED 的硬件设计  27-47
  4.1 IED 硬件总体规划  27-28
  4.2 微处理器性能分析  28-29
  4.3 IED 硬件电路设计  29-45
    4.3.1 电源插板电路设计  29-30
    4.3.2 ARM9 系统管理及通信板的电路设计  30-38
    4.3.3 人机接口板（HMI）电路设计  38-40
    4.3.4 DSP 保护测控板的电路设计  40-43
    4.3.5 开关量输入输出插板电路设计  43-45
  4.4 IED 中电路板的设计  45-46
    4.4.1 电路板设计步骤  45-46
    4.4.2 电路板中的抗干扰措施  46
  4.5 本章小节  46-47
第五章变压器保护 IED 嵌入式系统软件的实现  47-68
  5.1 IED 软件系统结构和任务处理  47-48
  5.2 嵌入式系统平台  48-49
    5.2.1 嵌入式操作系统的选择  48
    5.2.2 Linux 开发环境的建立  48-49
  5.3 嵌入式系统软件平台构建  49-61
    5.3.1 系统引导程序的实现  49-54
    5.3.2 Linux 内核的移植  54-61
  5.4 系统设备驱动程序开发  61-67
    5.4.1 DPRAM CY7C028V 的驱动程序设计  63-65
    5.4.2 以太网卡驱动程序设计  65-67
  5.5 本章小结  67-68
第六章变压器保护 IED 过程总线通信的研究  68-83
  6.1 变压器保护IED 的报文功能及通信协议栈  68-69
  6.2 采样值传输  69-76
    6.2.1 采样值传输模型  69-70
    6.2.2 合并单元数据输出标准的选择  70-71
    6.2.3 采样值传输的特定通信服务映射  71-74
    6.2.4 采样值的接收和处理  74-76
  6.3 GOOSE 通信  76-82
    6.3.1 GOOSE 的特点及通信模型分析  76-78
    6.3.2 GOOSE 报文传输的特定通信服务映射  78-81
    6.3.3 GOOSE 报文的发送  81-82
  6.4 本章小结  82-83
第七章总结  83-85
  7.1 主要工作回顾  83
  7.2 本课题今后需进一步研究的地方  83-85
参考文献  85-87
附录  87-91
个人简历在读期间发表的学术论文  91-92
致谢  92

基于IEC61850的变压器保护IED的研究与设计

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