分布式供电网故障录波系统设计

论文摘要

当前电力系统供电网的规模正在不断扩大,随着区域网络的互联,电力系统行为将会越来越复杂。作为对供电网暂态故障过程的记录设备,故障录波系统也在不断发展更新,对其运行速度及准确程度也提出了更高的要求。论文详细地介绍了一种基于分布式结构的供电网故障录波系统,准确地说是供电网故障录波系统中的嵌入式故障录波装置。整个故障录波系统采用分布式的结构,嵌入式的故障录波装置主要功能是完成对故障暂态数据的采集、启动录波的判断以及网络数据的传输,而数据分析的功能则集中到后台管理机实现。它适合于220～500kV电压等级的电力系统故障录波。采用32位RISC微处理器ARM和高速DSP并行工作;FPGA实现数据采样控制器,保证采样精度及采样同步;可以记录36路模拟量和80路开关量;采用分布式、模块化设计,分散安装在机柜中,同时通过10M/100M以太网连到一台所级计算机或远程传送到调度中心。系统采用了嵌入式多任务操作系统uClinux,具有完善的网络功能和出色的文件系统。由于uClinux是非实时操作系统,故使用RTlinux补丁改善系统的实时性能。目前,该系统的硬件设计、调试以及硬件驱动编写工作已经完成。uClinux操作系统移植工作已经完成。应用软件编写基本完成,并可通过网络完成命令传输或程序文件传输。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 故障录波系统的基本原理
• 1.1.2 故障录波系统的发展历史
• 1.1.3 分布式供电网故障录波系统基本原理
• 1.2 课题的提出与论文的主要内容
• 1.2.1 课题的提出
• 1.2.2 论文的主要内容
• 第二章 分布式供电网故障录波系统设计
• 2.1 系统的功能与技术指标
• 2.1.1 电力系统动态记录的基本功能
• 2.1.2 故障动态过程录波的基本要求
• 2.1.3 对故障录波系统的基本要求
• 2.1.4 故障动态录波量的技术指标
• 2.1.5 启动故障动态录波的参数
• 2.1.6 故障动态录波系统的技术指标
• 2.2 硬件系统方案
• 2.2.1 嵌入式系统硬件设计方案
• 2.2.1.1 管理与通讯模块
• 2.2.1.2 数据采集与启动运算模块
• 2.2.1.3 信号调理模块
• 2.2.2 系统的工作流程
• 2.2.3 ARM 微处理器结构及选型
• 2.2.3.1 RISC 体系结构
• 2.2.3.2 ARM 微处理器结构
• 2.2.3.3 ARM 微处理器选型
• 2.3 软件系统方案
• 2.3.1 嵌入式操作系统选型
• 2.3.2 uClinux 系统简介
• 2.3.2.1 uClinux 的内存管理
• 2.3.2.2 uClinux 的文件系统
• 2.3.2.3 uClinux 的网络系统
• 2.3.2.4 uClinux 的实时解决方案
• 2.3.2.5 uClinux 的移植
• 2.3.3 DSP/BIOS
• 2.4 软件开发环境
• 2.4.1 ARM 开发环境
• 2.4.2 DSP 开发环境
• 2.4.3 FPGA 开发环境
• 2.4.4 uClinux 开发环境
• 2.4.5 电路设计开发环境
• 2.5 小结
• 第三章 硬件系统设计
• 3.1 系统板卡构成
• 3.2 管理与通讯模块
• 3.3 信号调理模块
• 3.4 数据采集与启动运算模块
• 3.4.1 电源模块
• 3.4.2 FPGA
• 3.4.3 DSP 子系统与HPI 接口
• 3.4.4 双口RAM
• 3.4.5 实时时钟RTC
• 3.4.6 板间接口电路设计
• 3.5 小结
• 第四章 系统硬件调试
• 4.1 管理与通讯模块调试
• 4.1.1 电源、晶振和复位电路调试
• 4.1.2 S3C4510B 和JTAG 接口电路调试
• 4.1.3 SDRAM 接口电路调试
• 4.1.4 FLASH 接口电路调试
• 4.1.5 URAT 串行口电路调试
• 4.1.6 10M/100M 网络接口电路调试
• 2C 接口电路调试'>4.1.7 I²C 接口电路调试
• 4.1.8 HPI 主机接口电路调试
• 4.1.9 CF 卡接口电路调试
• 4.1.10 USB 接口电路调试
• 4.2 数据采集与启动运算模块调试
• 4.2.1 FPGA 和JTAG 接口电路调试
• 4.2.2 DSP 子系统电路调试
• 4.2.3 实时时钟RTC 电路调试
• 4.2.4 双口RAM 电路调试
• 4.2.5 板间接口电路调试
• 4.3 信号调理模块
• 4.4 小结
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 系统软件模块和工作流程
• 5.2 FPGA 程序设计
• 5.2.1 数据采样控制器程序
• 5.2.2 时间同步控制器设计
• 5.3 基于ARM-uClinux 的启动
• 5.3.1 系统引导程序Bootloader 基本概念
• 5.3.2 系统引导程序Bootloader 设计方案
• 5.4 uClinux 系统移植
• 5.4.1 uClinux 系统开发环境的建立
• 5.4.2 针对硬件对uClinux 内核的修改
• 5.4.3 uClinux 内核的配置及编译
• 5.4.4 uClinux 系统的加载与运行
• 5.5 uClinux 系统驱动程序的设计
• 5.5.1 uClinux 系统驱动程序的分类
• 5.5.2 用户驱动程序的添加
• 5.5.3 驱动程序的初始化与卸载
• 5.5.4 字符设备驱动程序的设计
• 5.5.4.1 HPI 主机接口驱动程序
• 2C 设备（MAX6956）驱动程序'>5.5.4.2 I²C 设备（MAX6956）驱动程序
• 5.5.4.3 双口RAM 驱动程序
• 5.5.5 块设备驱动程序的设计
• 5.5.5.1 CF 卡驱动程序
• 5.5.6 USB 主机接口驱动程序
• 5.5.7 网络设备驱动程序的设计
• 5.6 uClinux 文件系统
• 5.6.1 EXT2 文件系统
• 5.6.2 CF 卡文件系统的建立
• 5.7 上层应用程序设计
• 5.7.1 Linux 编程
• 5.7.2 上层应用程序工作流程
• 5.7.2.1 上层应用程序主程序
• 5.7.2.2 上层应用程序录波程序
• 5.7.3 网络服务程序
• 5.7.3.1 Socket 编程
• 5.7.3.2 TCP 服务器程序
• 5.7.3.3 TCP 客户端程序
• 5.8 总体程序运行结果
• 5.9 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文主要工作的总结
• 6.2 对后期工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文