基于ZYNQ平臺的智能變電站IED開發(fā)研究.pdf

1、智能電子設(shè)備安裝在變電站的間隔層，自動(dòng)完成信息采集、保護(hù)、測量控制和狀態(tài)監(jiān)測等功能，智能電子設(shè)備是變電站中的重要設(shè)備，體現(xiàn)了變電站的自動(dòng)化水平。多CPU分布式結(jié)構(gòu)成為IED設(shè)計(jì)的主流選擇，但基于該架構(gòu)的IED存在著開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、插件和元件數(shù)量多和故障率高等問題。解決這些問題必須從IED的架構(gòu)著手，計(jì)算機(jī)技術(shù)和芯片制造技術(shù)的進(jìn)步為IED的開發(fā)研究提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，為克服傳統(tǒng)IED存在的缺點(diǎn)提供了研究方向。
　　針對智能

2、電子設(shè)備功能集成和通信分散的特點(diǎn)，論文提供了基于ZYNQ平臺的母線差動(dòng)保護(hù)IED解決方案。首先，分析IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，得出IED的基本功能框架。然后，選擇集成了雙ARM處理系統(tǒng)和FPGA可編程邏輯的ZYNQ平臺，進(jìn)行IED方案設(shè)計(jì)。具體方案是:在雙ARM處理系統(tǒng)上建立嵌入式Linux系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)，嵌入式Linux系統(tǒng)中移植mmslite軟件包實(shí)現(xiàn)了MMS服務(wù)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了GOOSE/SV功能，F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)過程層通信。該部分并

3、不涉及具體的保護(hù)功能。進(jìn)一步，設(shè)計(jì)母線差動(dòng)保護(hù)IED。實(shí)現(xiàn)了采樣值差動(dòng)邏輯和面向母線差動(dòng)保護(hù)的建模，獨(dú)創(chuàng)性的采用硬件加速技術(shù)在FPGA中構(gòu)建差分計(jì)算模塊，和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的是時(shí)差法公共檢測TA飽和。論文在該部分對TA飽和的原理進(jìn)行了分析，對時(shí)差法的進(jìn)行仿真，表明了差分法具有較好的檢測TA飽和效果。論文詳細(xì)介紹了差分法IP核的設(shè)計(jì)方法，對差分邏輯狀態(tài)機(jī)的執(zhí)行策略進(jìn)行了闡述。
　　硬件加速技術(shù)帶來的系統(tǒng)軟硬件數(shù)據(jù)交互方式的轉(zhuǎn)變和保護(hù)并行執(zhí)

4、行策略，論文對這兩方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。最后，論文進(jìn)行了三項(xiàng)測試:1）資源占用比測試:表明母線差動(dòng)保護(hù)IED使用的系統(tǒng)軟硬件滿足系統(tǒng)約束。2）加速比測試:硬件加速技術(shù)取得了約4.8倍的加速比，顯著提高了差分法的執(zhí)行效率，克服了串行執(zhí)行方式無法實(shí)現(xiàn)差分法的缺陷。3）RTDS系統(tǒng)閉環(huán)測試:模擬各類母線故障和TA飽和，對母線差動(dòng)保護(hù)IED進(jìn)行測試，結(jié)果表明IED具有良好的選擇性、可靠性和檢測TA飽和性能。
　　論文在ZYNQ平臺上進(jìn)行智能

5、變電站IED的開發(fā)研究，帶來了裝置體系架構(gòu)和開發(fā)方式的轉(zhuǎn)變。母線差動(dòng)保護(hù)IED的架構(gòu)由單塊板卡代替原來的多板卡，縮小了產(chǎn)品體積，減少了元件與插件數(shù)量，降低了故障率，穩(wěn)定性和可靠性大大增加。IED設(shè)計(jì)過程中采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件開發(fā)工具，開發(fā)一致性高，縮短了開發(fā)周期，便于項(xiàng)目實(shí)施和維護(hù)。此外，軟硬件協(xié)同的開發(fā)方式能夠?qū)⒂布c軟件協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)原有軟件中無法實(shí)現(xiàn)的功能，使得優(yōu)秀的保護(hù)算法得以應(yīng)用。測試表明，母線差動(dòng)保護(hù)IED的資源使用滿足系統(tǒng)約