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电力五防中防误闭锁嵌入式控制单元的设计与实现

作　者: 谢祥有
导　师: 王友钊
学　校: 浙江大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: 闭锁 GOOSE报文 Modbus RS485 嵌入式Linux IEC61850 间隔层 AT91SAM9G45
分类号: TM732
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 56次
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内容摘要

变电站的防误闭锁电力安全运行中非常重要的一项。在数字化、智能化变电站高速发展的现如今,如何能实现变电站的防误闭锁成为该领域的研究重点和难点。随着变电站的自动化技术的发展,防误闭锁经历了机械防误闭锁、电气防误闭锁和微机防误闭锁三个阶段。目前国内大多数变电站使用电气防误闭锁和微机防误闭锁,一些变电站甚至还在使用机械防误闭锁方式。由于机械和电气防误闭锁不能实现复杂逻辑的联锁,而微机防误不能实现在线实时的防误功能。本文在针对上述问题研究分析的基础上,按照IEC 61850协议中关于变电站的电站层、间隔层、过程层三层体系结构模型,提出了基于间隔层的在线式防误闭锁系统。该系统以嵌入式系统为系统平台,依据IEC 61850的通信模型,实现间隔内的联锁和控制、间隔间闭锁信息、的传输,最终实现了间隔层的防误闭锁控制功能。本文主要做了以下几个方面的研究工作：(1)提出了一种基于总线的间隔层的在线实时监控方案,采用Modbus通信协议,实现在Linux环境下实时采集间隔层控制的各个设备的状态,实现远程监控。(2)依据IEC 61850提出的变电站信息模型、通信模型建立的方法,采用了GOOSE传输技术,实现了嵌入式Linux平台GOOSE闭锁报文的接收和发送。(3)本文构建了以ATMEL的ARM9芯片AT91 SAM9G45为主处理器,以Linux为操作系统的控制平台,实现了系统的硬件设计、操作系统移植、文件系统移植、设备驱动移植、以及应用程序的编制,给出了基于嵌入式Linux的带电间隔防误闭锁系统的实现。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 课题的背景和选题的意义  10-12
    1.2.1 变电站自动化  10
    1.2.2 IEC61850规约  10-11
    1.2.3 选题的意义  11-12
  1.3 国内外发展的现状及未来发展的趋势  12-15
    1.3.1 变电站防误闭锁的发展历程  12-14
    1.3.2 国外发展现状  14
    1.3.3 国内发展现状  14
    1.3.4 未来电力操作防误闭锁系统的分析  14-15
  1.4 本课题研究的目标及内容  15
  1.5 论文的组织结构  15-17
2 变电站通信模型及闭锁数据结构模型  17-30
  2.1 IEC61850内容概述  17-18
  2.2 变电站自动化体系结构  18-19
  2.3 IEC61850的通信模型及方法  19-25
    2.3.1 面向对象的信息模型  19-20
    2.3.2 建模方法  20-23
    2.3.3 抽象通信服务接口  23-24
    2.3.4 特定通信服务的映射  24-25
  2.4 变电站配置语言  25
  2.5 闭锁的概念  25-27
  2.6 倒闸操作的数据结构模型  27-30
    2.6.1 拓扑排序  27-28
    2.6.2 变电站开关设备拓扑排序  28-29
    2.6.3 操作流程有向无圈图邻接表示  29-30
3 基于Modbus协议的过程层通信  30-45
  3.1 过程层通信的需求和方案分析  30-32
    3.1.1 过程层通信结构  30-31
    3.1.2 电气连接方式  31-32
  3.2 Modbus通信协议  32-36
    3.2.1 Modbus协议的特点  33-34
    3.2.2 Modbus通信原理  34-36
  3.3 Modbus协议栈在Linux下的实现  36-42
    3.3.1 功能码和异常码的定义  36-37
    3.3.2 CRC校验  37-39
    3.3.3 Modbus/RTU主站设计  39-42
  3.4 Modbus协议栈测试  42-45
4 GOOSE闭锁报文传输的实现  45-54
  4.1 GOOSE简介  45-46
  4.2 GOOSE报文编码  46
  4.3 GOOSE闭锁报文发布订阅模型  46-48
  4.4 GOOSE闭锁报文发布订阅关系的建立  48-50
    4.4.1 发布/订阅的控制流程  48-49
    4.4.2 发布端和订阅端配置配置  49-50
  4.5 闭锁GOOSE报文在嵌入式Linux环境下的实现  50-54
    4.5.1 关键技术  50-52
    4.5.2 Linux下GOOSE报文处理过程  52-54
5 系统结构设计及实现  54-71
  5.1 系统整体结构设计  54
    5.1.1 系统框架  54
  5.2 系统的硬件设计  54-59
    5.2.1 系统硬件框图  55
    5.2.2 ARM9处理器AT91 SAM9G45  55-56
    5.2.3 LCD显示及触摸屏模块  56-57
    5.2.4 以太网接口模块  57-58
    5.2.5 RS-485通信模块  58-59
    5.2.6 其他硬件模块  59
  5.3 系统软件结构  59-60
  5.4 嵌入式Linux的构建  60-64
    5.4.1 U-boot移植  60-62
    5.4.2 Linux内核移植  62-63
    5.4.3 构建根文件系统  63-64
    5.4.4 搭建SQLite数据库  64
  5.5 Linux设备驱动程序开发  64-69
  5.6 嵌入式防误软件测试效果  69-71
6 总结及展望  71-73
  6.1 总结  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-77

电力五防中防误闭锁嵌入式控制单元的设计与实现

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