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基于IEC61850的智能终端设计及其通信研究
作 者: 孙通
导 师: 康明才;董新洲
学 校: 南京理工大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: IEC61850 智能变电站 智能终端 GOOSE MMS
分类号: TM63
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 216次
引 用: 1次
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内容摘要
IEC61850是新一代基于通用网络通信平台变电站自动化系统的国际标准,它为智能变电站的实现提供了基本的理论依据。在智能变电站构建中,采用智能终端作为一次设备的数字通信接口,是目前实现过程层一次设备智能化比较理想的方案。本文首先介绍智能终端的研究背景,并对智能终端国内外相关产品作了调研。在分析智能终端功能特点的基础上,按照IEC61850建模方法,构建了智能终端的IED信息模型,设计了基于嵌入式处理器(STM32F103ZET6)和现场可编程门阵列(CycloneⅡEP2C8Q208C8 FPGA)技术的智能终端总体实现方案,搭建出硬件实验平台,并做了初步测试。之后,本文进行了基于此硬件平台的软件设计,探讨了在功能实现上的几个关键问题,重点分析了GOOSE通信原理和程序实现方法。智能终端的MMS通信是一个难点,本文在研究MMS基本理论基础上,提出了智能终端MMS的通信方案,搭建出MMS通信服务器模型,并使用C++语言编写了MMS通信的规约转换接口程序。最后在两台PC之间对MMS通信过程做了仿真,并利用MMS Ethereal网络包捕获工具对报文进行了分析。通过对硬件平台的测试以及GOOSE通信的抓包分析,验证了智能终端基本能够达到技术规范与实际项目中的主要功能要求。同时,对智能终端的MMS通信研究可以为后期的实现提供参考。本文基于IEC61850的智能终端设计为产品的样机制造和投运奠定了基础,在电力行业具有较好的实际应用价值。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 1 绪论 8-14 1.1 课题研究背景及意义 8 1.2 国内外研究现状与发展 8-12 1.2.1 IEC61850标准的研究进展 9 1.2.2 我国智能变电站的研究现状 9-10 1.2.3 集成保护系统的研究历史和现状 10-11 1.2.4 智能终端相关产品的国内外调研 11-12 1.3 论文的主要工作 12 1.4 本文章节安排 12-14 2 基于IEC61850的智能终端信息建模 14-29 2.1 智能变电站概述 14-18 2.1.1 智能变电站体系结构 14-15 2.1.2 智能变电站功能特点 15-16 2.1.3 智能终端在智能变电站中的接入模式 16-18 2.2 智能终端功能特点分析 18-20 2.2.1 智能终端定义 18 2.2.2 智能终端功能分析 18-20 2.3 基于IEC61850的IED信息建模 20-23 2.3.1 IEC61850面向对象建模技术 20-21 2.3.2 构建IED信息模型的方法 21-23 2.4 126kV GIS型智能终端信息模型的构建 23-28 2.4.1 126kV GIS型智能终端特点 23-24 2.4.2 智能终端信息建模 24-28 2.5 本章小结 28-29 3 智能终端硬件平台设计与调试 29-53 3.1 硬件需求分析 29-30 3.2 硬件平台总体设计方案 30-31 3.3 主要芯片选型 31-34 3.3.1 CPU的选型 31-33 3.3.2 存储系统的选型 33 3.3.3 以太网控制器的选型 33-34 3.4 硬件系统模块设计 34-46 3.4.1 ARM数据处理模块 35-37 3.4.2 FPGA扩展及译码模块 37-38 3.4.3 以太网GOOSE通讯模块 38-39 3.4.4 开关量输入模块 39-40 3.4.5 开关量输出模块 40-41 3.4.6 模拟量信号处理模块 41-42 3.4.7 断路器操作箱模块 42-45 3.4.8 串行通信模块 45-46 3.5 电路PCB设计及硬件平台调试 46-52 3.5.1 电路PCB设计 46-47 3.5.2 试验平台搭建 47-48 3.5.3 硬件调试 48-52 3.6 本章小结 52-53 4 软件设计及若干关键问题探讨 53-71 4.1 GOOSE通信研究及相关程序设计 53-62 4.1.1 GOOSE模型 53-54 4.1.2 GOOSE报文的传输 54-57 4.1.4 GOOSE通信程序设计 57-59 4.1.5 GOOSE报文抓包分析 59-60 4.1.6 GOOSE通信异常行为分析 60-62 4.2 FPGA程序设计及仿真 62-64 4.3 装置的滤波处理 64-66 4.3.1 AD采样软件滤波 64-65 4.3.2 开入量的软硬件消抖滤波 65-66 4.4 IRIG-B码对时 66-68 4.4.1 IRIG-B码原理 67-68 4.4.2 IRIG-B码解析程序设计 68 4.5 程序CRC自检研究 68-70 4.5.1 CRC原理 68-69 4.5.3 CRC算法实现 69-70 4.6 本章小结 70-71 5 智能终端MMS通信研究 71-90 5.1 MMS 71-76 5.1.1 MMS的几个重要概念 71-73 5.1.2 MMS通信协议栈 73-74 5.1.3 MMS的ASN.1描述及BER编解码 74-76 5.2 IEC61850 ACSI到MMS的映射 76-78 5.2.1 抽象通信服务接口ACSI 77 5.2.2 ACSI到MMS的映射 77-78 5.3 智能终端MMS通信方案的设计 78-83 5.3.1 MMS+TCP/IP+以太网通信模型 79 5.3.2 智能终端MMS服务流程 79-80 5.3.3 智能终端MMS通信服务器模型 80-82 5.3.4 智能终端MMS通信相关程序设计 82-83 5.4 MMS通信过程仿真分析 83-89 5.4.1 通信实验模型 83 5.4.2 通信仿真的建立 83-84 5.4.3 MMS通信抓包分析 84-89 5.5 本章小结 89-90 6 总结和展望 90-92 致谢 92-93 参考文献 93-97 附录 97-98 攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况 98 攻读硕士学位期间参加的科学研究情况 98
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 变电所
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