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基于嵌入式实时操作系统的全网络化数字保护装置的研究

路小俊  
【摘要】: 随着电力系统自动化水平的提高以及新的变电站通信标准IEC61850的正式颁布,研究新型数字保护装置已经变的刻不容缓。本论文围绕设计和研制一套能符合IEC61850标准下变电站应用的新型数字保护装置这一课题,主要研究以太网通信在数字保护中应用的可行性并参与设计基于双网冗余的高速以太网通信网络的网络化数字保护平台,在基于网络化数字保护平台上移植嵌入式操作系统Vxworks,讨论基于VxWorks的微机保护任务的划分并详细介绍了实现馈线保护的功能和试验测试结果。 论文开始概述了目前国内外数字继电保护产品技术的发展现状并简单分析了变电站自动化通信网络和系统标准IEC61850,对未来保护装置发展趋势进行了展望,明确了微机继电保护装置网络化、平台化、标准化的发展方向。本课题组研制的网络化数字保护装置则充分的考虑了IEC61850标准分层的意义和未来变电站自动化系统发展的必然趋势,其研究对变电站改造和建设符合IEC61850标准的变电站自动化系统有重要意义。 论文首先分析数字式继电保护装置硬件平台的发展过程,介绍了基于以太网通信技术的通用网络化数字保护硬件平台设计构想,并说明了全网络化数字保护平台的优点。全网络化数字保护平台采用模件化设计,整个装置具体功能模件包括交流变换模件、数据采集模件、数据计算和逻辑处理模件、开入开出模件、以太网Hub模件、电源模件以及人机接口模件。 其次,概述以太网通信技术的发展和技术特点,并分析以太网通信技术应用于变电站自动化系统的可行性。根据提高以太网通信实时性的研究现状,介绍双网冗余高速以太网通信方案的实现,特别详细阐述了基于以太网控制芯片LAN91C111的以太网通信接口的设计,给出LAN91C111的初始化、以太网通信发送模块以及以太网通信中断接受模块的流程。 再次,分析了在继电保护产品软件系统中应用前后台系统和嵌入式实时操作系统的区别,阐明在继电保护硬件平台上应用嵌入式实时操作系统VxWorks的优势。并重点阐述在嵌入式处理器AT91RM9200上移植VxWorks实时操作系统的过程。 论文分析了数字继电保护软件任务划分的基本原则,合理划分数字保护的任务和任务优先级,并通过调试工具WindView验证任务调度的正确性。详细的介绍网络化数字保护平台上实现馈线保护的具体功能和保护逻辑,最后通过试验测试,证明装置各项性能优越。 最后,对本论文所开展的工作作了总结,并对进一步研究的方向进行了展望。


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