基于以太网的断路器区域连锁保护研究

论文摘要

低压配电系统多年来存在一个难题---由于故障,发生大电流的短路或者接地电流而产生的故障应力对供电设备造成破坏,同时由于断路器的无选择地切断电路也会造成末受故障影响区域的大面积断电,问题主要是受计算机技术、网络通讯技术和现场总线技术发展水平的限制,基于快速以太网技术的为这个问题的解决提供了一种高速、开放、实用的方法。本文讨论了快速以太网技术和TCP/IP技术及其在工业现场应用所具有的优点和面临的一些关键性问题,分析了当今世界上的工业以太网的几个具有代表性的问题,根据当前嵌入式系统技术的发展,提出了应用快速以太网和TCP/IP技术实现了低压配电的区域连锁选择性保护（ZSI）的创新思路。并介绍了实验系统的构思和系统完成的任务。提出并实现了符合要求的系统架构和相应的应用层协议。按照功能模块的划分,依次详细介绍了软件各模块的设计思路和实现方法以及其中涉及到的算法和原理。最后论文对系统的结构和性能做出了总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 以太网和TCP／IP技术在工业控制领域的应用
• 1.1.1 以太网和TCP／IP技术特点与工业控制网络
• 1.1.2 工业以太网的几个有代表性的标准
• 1.1.3 工业以太网的关键问题
• 1.2 低压断路器的保护机制
• 1.2.1 断路器的保护模式
• 1.2.2 断路器级联环境下的保护模式
• 1.3 工业以太网与低压配电的区域连锁选择性保护（ZSI）
• 1.3.1 低压配电的区域连锁选择性保护（ZSI）简介
• 1.3.2 ZSI的实现的关键性指标和应用价值分析
• 1.4 课题的提出和主要任务
• 第二章 以太网和TCP／IP技术在工业控制领域的应用
• 2.1 以太网的通信模型
• 2.2 工业控制领域通信信息的特点分析
• 2.3 工业控制领域应用以太网技术的优势
• 2.4 工业控制领域应用中关键技术分析
• 2.4.1 通讯实时性的要求和解决方案
• 2.4.2 总线供电问题
• 2.4.3 互可操作性
• 2.4.4 网络安全性
• 2.4.5 工业以太网的健壮性
• 2.4.6 网络组态运行管理和维护
• 2.5 系统性能指标的估算
• 第三章 低压配电的区域连锁选择性保护（ZSI）的实现
• 3.1 低压配电的区域连锁选择性保护（ZSI）的原理
• 3.1.1 低压配电断路保护的选择性原理
• 3.1.2 区域连锁选择性保护（ZSI）的执行过程
• 3.1.3 区域连锁选择性保护（ZSI）的应用特点
• 3.2 ZSI实现方案综述
• 3.2.1 继电器系统
• 3.2.2 光耦传输系统
• 3.2.3 现场总线系统
• 3.3 基于高速以太网的ZSI实现方案
• 第四章 ZSI实验系统硬件的硬件设计
• 4.1 ZSI系统的硬件设计
• 4.1.1 ZSI系统结构设计
• 4.1.2 节点ZSI模块设计
• 4.1.3 主要芯片介绍
• 4.2 系统硬件指标测算与优化
• 第五章 ZSI实验系统的软件设计
• 5.1 系统需求分析
• 5.2 ZSI算法分析与实现
• 5.3 系统配置与状态信息的WEB实现
• 5.4 ZSI系统的DHCP实现
• 5.4.1 DHCP的原理
• 5.4.2 DHCP的实现
• 5.5 ZSI系统通讯服务模块
• 5.6 ZSI系统时间同步
• 5.7 ZSI的监视功能
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢