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电力系统保护电器网络化研究

张军  
【摘要】:电器设备分配了电网中80%的电能,是保障生产生活用电的关键设备,是配电网安全可靠运行的基础,在供电系统中处于极为重要的位置。当代电力系统具有电子化、信息化和网络化的特征,保护电器的网络化融合了网络、计算机、通信和自动控制等先进技术,实现了对系统或局部的分布式控制、维护与管理。 本文分析了电力系统保护电器网络设计发展现状,并针对网络接入问题、网络实时性问题以及网络可靠性问题等保护电器网络化中的关键问题进行了深入研究。以CAN总线和Profibus-DP为切入点,从硬件和软件两方面研究了现场总线的网络接入方法。针对目前实际应用的现场总线种类繁多的问题,本文讨论了现场总线间协议转换的一般方法,并设计了CAN/Profibus-DP协议转换网关,实现了两种现场总线系统的互联。总结并讨论了底层电器接入以太网的几种方式,对于底层设备直接接入以太网方式,又从以太网与其他非TCP/IP协议网络互联的封装技术、组件技术、隧道技术三个方面进行了深入分析。通过分析确定了通过嵌入式网关将现场总线系统接入以太网的方法,以CAN以太网嵌入式网关的设计证明了现场总线系统通过嵌入式网关接入以太网的可行性,为底层设备接入以太网的研究提供了参考。 针对电力系统保护电器软件系统的特点,对实时操作系统进行了研究,从操作系统的任务管理、任务调度、任务间的通信与共享、存储管理、异常处理等方面进行了详细的研究,并在此基础上首次将TI公司实时操作系统DSP/BIOS引入到智能断路器中。分析了电力系统保护电器网络化的实时性的要求,针对TCP/IP协议,提出了一种基于改进交换机结构的交换式以太网优先级调度机制,改进了工业以太网在电力系统保护电器网络化中应用的性能,并通过仿真结果,证明该机制在一定的网络吞吐量条件下,可有效的提高网络控制系统的实时性。 电力系统保护电器对以太网的可靠性和安全性提出了更高的要求。本文分析了影响工业以太网可靠性和安全性的主要因素,设计了一种基于改进遗传算法的网络拓扑结构,并对其进行了仿真分析,对比传统以太网,验证了该算法的可靠性;首次将具有免疫功能的入侵检测系统引入到工业以太网的安全防范体系中,设计了具有免疫功能的检测系统并对其性能和完备性进行了仿真分析,证实了这个检测系统满足工业以太网的性能要求,具有较高的检测能力。


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