基于IEC61850的变电站过程层与间隔层技术研究

论文摘要

随着电子式互感器和光纤通信技术在变电站的逐步推广应用、IEC 61850标准的颁布实施,数字化变电站已成为变电站自动化系统的发展方向。与常规变电站相比,数字化变电站二次系统的构成将实现完全数字化,并具有全站统一的数据建模及数据通信平台,使得变电站二次系统发生了深刻的变革,并由此带来一系列新的技术问题。论文从适用于数字化变电站的继电保护的应用要求出发,重点针对过程层和间隔层的相关技术开展研究工作。论文首先对数字化变电站的研究和应用现状进行了分析和综述,在此基础上,对IEC 61850标准进行了研究分析,并详细论述了采样值传输模型、GOOSE传输模型及它们的特定通信服务映射方法,以为过程层和间隔层相关设备的设计提供依据。在数字化变电站中,合并单元是最重要的过程层设备。论文在对合并单元功能需求进行研究分析的基础上,提出了一种以FPGA、DSP、ARM芯片为核心的、具备多任务处理能力的合并单元硬件设计方案。论文阐述了硬件系统的基本结构和主要模块的功能配置,并简要说明了合并单元软件设计的初步方案。在间隔层设备中,继电保护智能设备的研制占有重要地位。论文以三段式过流保护为例,提出了适用于数字化变电站的过流保护单元的设计方案。论文介绍了保护单元各主要插件的基本功能和特点,并系统阐述了过流保护的基本原理、主要算法和软件流程。IEC 61850应用的一个关键问题是如何根据标准规范对实际的IED建立相关的信息模型。论文以合并单元和保护单元为例,对其抽象信息模型的建立方法进行了研究,阐述了逻辑设备、逻辑节点、数据对象和数据对象属性的构建方法,以实现过程层、间隔层IED之间以及IED与变电站层计算机之间的通信。论文最后对课题研究工作进行了总结,并对下一步工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字化变电站的概念及结构
• 1.3 数字化变电站技术的研究现状及需要解决的问题
• 1.4 论文的主要内容和章节安排
• 2 IEC 61850 标准分析
• 2.1 标准概述
• 2.2 抽象模型分析
• 2.3 特定通信服务映射分析
• 2.4 本章小结
• 3 合并单元设计
• 3.1 引言
• 3.2 合并单元功能需求分析
• 3.3 合并单元硬件方案
• 3.4 合并单元软件方案
• 3.5 本章小结
• 4 间隔层硬件设计方案与三段式过电流保护设计
• 4.1 间隔层硬件设计方案
• 4.2 三段式过电流保护方案
• 4.3 保护单元软件设计
• 4.4 本章小结
• 5 基于IEC 61850 的过程层和间隔层模型构建
• 5.1 引言
• 5.2 总体框架
• 5.3 合并单元信息模型
• 5.4 保护设备建模
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步的研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者攻读学位期间参与的研究项目