基于IEC61850光数字继电保护测试仪的研制

论文摘要

随着变电站通信网络和系统的标准IEC61850的推广使用,电子式互感器、数字化继电保护和测控装置、智能断路器等数字化设备的逐步实用化,过程层和间隔层之间大量的电缆连接将被以太网的光纤通信代替,这是变电站自动化技术的变革。继电保护测试仪作为变电站和电厂中继电保护装置定检的重要设备,也必须顺应数字化测试的发展,满足数字化保护的测试要求。本论文在参考了典型的传统继电保护测试装置后,研制了一种基于DSP+ARM结构的具有光纤信号输出的数字式继电保护测试仪,该测试装置性能指标优化、体积小巧、通信高速稳定、交互界面友好直观、功能更加强大、升级更加方便。该继电保护测试仪以Cirrus Logic公司的EP9315（ARM920T内核）为主控制器,以TI公司DSP TMS320VC5402为数据处理器搭建硬件平台,采用以太网与上位机通信,采用光纤以太网实现光纤信号的发、收,研究和实现了基于以上硬件的光数字继电保护测试仪。本文第一章首先介绍了数字化变电站的发展、IEC61850标准体系的由来、传统继电保护测试仪的设计原理,然后提出了本系统的设计方案和本课题的任务。第二章详细的介绍了基于IEC61850-9-1标准的采样值（SAV）和通用变电站事件的GOOSE报文传输模型。第三章介绍了设计目标和方案,设计和实现了该测试仪的硬件平台,包括EP9315主控制器、DSP数据处理器和以太网通信模块。最后介绍了硬件抗干扰措施。第四章设计与实现了主控制器系统软件,包括主程序和HPI与DSP的HPI通信程序、DSP内按IEC61850-9-1标准的报文生成程序。最后介绍了基于模板数据库技术上位机测试软件,编辑了一些变压器保护和线路保护的测试模板。第五章总结了数字化变电站的建设方案,完成对PSI-01C微机保护的现场测试并生成了测试结果,并对测试仪的RTDS动模测试的应用进行了介绍。第六章对全文作了总结,指出本文的优点与不足,并对应用前景作了展望。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字化变电站的发展现状
• 1.2.1 数字化变电站的特征
• 1.2.2 数字化变电站自动化系统的结构
• 1.3 IEC61850通讯体系的产生
• 1.3.1 UCA通信协议
• 1.3.2 IEC61850标准的产生
• 1.4 继电保护测试仪的发展和现阶段特点
• 1.4.1 继电保护测试仪的发展
• 1.4.2 继电保护测试仪中应用DSP和嵌入式系统的必然性
• 1.5 光数字继电保护测试仪的研究意义
• 1.6 本文所做的工作
• 2 IEC61850标准在光数字继电保护测试仪中的应用
• 2.1 IEC61850标准内容
• 2.2 采样值的传输模型的构建和传输
• 2.2.1 合并单元的概念
• 2.2.2 采样值传输模型的建立
• 2.2.3 采样值的传输
• 2.3 通用变电站事件GOOSE报文的订阅和传输
• 2.3.1 GOOSE报文的订阅
• 2.3.2 GOOSE报文的传输
• 2.4 本章小结
• 3 光数字继电保护测试仪的硬件
• 3.1 系统总体设计思想与硬件结构框架
• 3.1.1 设计目标与功能
• 3.1.2 系统总体设计思想与硬件结构框架
• 3.2 主控制系统
• 3.2.1 主控制系统及其外围电路
• 3.2.2 主控制系统启动方式
• 3.3 主控制器与DSP的HPI接口
• 3.3.1 VC5402 DSP的特点和HPI接口
• 3.3.2 DSP的启动方式和HPI接口电路
• 3.4 DSP及其外围电路
• 3.5 以太网通信接口电路
• 3.5.1 光纤以太网输入输出接口
• 3.5.2 上位机通信的以太网接口
• 3.6 硬件抗干扰措施
• 3.7 本章小结
• 4 光数字继电保护测试仪的软件
• 4.1 主控制系统软件设计
• 4.1.1 主程序
• 4.1.2 主控制器与DSP的HPI通信程序
• 4.1.3 以太网通信和光以太网输入输出程序
• 4.2 DSP数据处理程序设计
• 4.2.1 测试数据按IEC61850-9-1打包
• 4.2.2 测试仪的开入量、开出量接点变位信息接收和发布
• 4.2.3 GOOSE报文的解析
• 4.3 基于模板数据库的上位机测试软件设计
• 4.3.1 继电保护自动测试
• 4.3.2 继电保护测试软件中的三层体系结构
• 4.3.3 COM技术在自动测试软件中的应用
• 4.3.4 人机交互界面
• 4.4 数字式继电保护装置的测试流程
• 4.5 测试模板的编写
• 4.5.1 测试模板的内容
• 4.5.2 编辑模板
• 4.6 本章小结
• 5 光数字继电保护测试仪的现场和动模测试应用
• 5.1 国内数字化变电站方案
• 5.1.1 组网
• 5.1.2 分网段
• 5.1.3 技术实现
• 5.2 江苏方天PSI-01C微机线路保护现场测试
• 5.2.1 PSI-01C微机线路保护结构原理
• 5.2.2 PSI-01C微机线路保护现场校验方案
• 5.2.3 试验项目和校验数据
• 5.3 光数字继电保护测试仪动模测试应用
• 5.3.1 RTDS
• 5.3.2 适用于RTDS的数字继电保护测试仪
• 6 总结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集