基于IEC61850-9-1标准的光电互感器合并单元设计

论文摘要

伴随着现代自动化技术的飞速发展,越来越多的IED（智能电子设备）被投入到变电站自动化系统SAS（Substation Automation System）使用中,尤其是新型电子互感器（光电互感器）的问世,对变电站数字化通讯的要求更为迫切。不同厂家的电子设备由于缺乏统一的通讯标准,难以实现互操作性,针对这一状况,国际电工委员会制定了IEC61850标准（变电站通讯网络和系统）,来对变电站的通讯进行规范化。研究的主要内容包括:分析了IEC61850-9-1合并单元的通讯模型ACSI（Abstract Communication Service Interface）;系统总结了研究所涉及的光电互感器的数字输出格式,依据IEC61850中合并单元的定义和功能要求,提出了合并单元设计总体方案,及基于FPGA（field programmable gate array）和ARM（Advanced RISC Machines）的硬件设计方案;本文参照光电互感器的光输出物理接口的要求,设计了合并单元的数据接收接口;提出了同步异常判断方案和同步控制方案;从硬件上系统划分了合并单元所要求的功能,设计了数据接收模块,发送模块,双口RAM时序控制模块,以太网通讯模块等,并对模块的程序进行了仿真验证,在测试板上完成了相关设计部分的测试,验证了设计合并单元的可行性和可靠性。由于IEC61850标准良好的规范性,成为未来变电站自动化发展方向,该标准已开始走出数字化变电站的范围,并向整个电力网络的通信领域开始扩散,以后新能源系统,如:风力发电站、太阳能发电站、分布式能源控制系统等,所采用的监控通信都将基于这一标准,本论文设计的合并单元为变电站间隔层和过程层之间的通讯网络设计提供了可行性设计方案,并为同类通讯网络的搭建提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 合并单元数字接口的分析
• 2.1 IEC61850 协议简介
• 2.2 IEC61850-9-1 合并单元信息模型
• 2.3 光电互感器数字输出接口的分析
• 2.4 合并单元输出接口分析
• 2.5 合并单元数字接口的要求
• 2.6 本章小结
• 第三章 合并单元的设计
• 3.1 合并单元功能分析
• 3.2 合并单元结构框图
• 3.3 硬件实现方案
• 3.3.1 数据解码电路
• 3.3.2 数据交换电路
• 3.3.3 合并单元输出电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 同步控制方案
• 4.1 同步信号异常判断
• 4.2 合并单元之间的同步
• 4.3 单个合并单元的同步控制方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 合并单元程序设计
• 5.1 UART FPGA 接口模块设计
• 5.1.1 时钟分频模块
• 5.1.2 Uart 发送模块
• 5.1.3 Uart 接收模块
• 5.1.4 双口RAM 读写时序模块
• 5.2 同步判断程序设计
• 5.3 CRC 接收校验
• 5.4 S3C2440 部分程序设计
• 5.4.1 初始化代码设计
• 5.4.2 以太网通讯程序设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 设计的部分测试
• 6.1 数据接收延迟测试
• 6.2 同步PPS 判断程序验证
• 6.3 网络传输内容测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文