智能变电站中合并单元设计的应用

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1、摘要摘要针对智能变电站信息数字化、功能集成化、结构紧凑化的功能要求，设计了一种基于现场可编程门阵列(field．programmablegatearray，FPGA)与高级RISC微处理器(advancedRISCmachines，ARM)的合并单元信号处理系统，实现将模拟采样值(sampledanaloguevalue，SAV)完整、实时地由电子式互感器(electronictransfollller，ET)传输至智能电子设备(intelligentelectronicdevice，IED)。采用了自顶向下的

2、模块化设计方法，将合并单元的信号处理系统划分为三个功能模块：数据接收模块、数据处理模块和数据通信模块，并重点研究后两者的设计方法，具体包括以下内容：(1)分析了IEC60044．8、IEC61850．9．1、IEC61850．9。2等标准对合并单元的定义，建立了合并单元的功能模型，给出合并单元的设计方案；辅处理器FPGA负责多路采样值的同步接收，并集成逻辑判别机制软件实现母线电压的并列或切换；主处理器ARM负责整个信号处理系统的实时控制并将采样值按IEC61850．9．2标准通过以太网发送；(2)结合脉冲同步法

3、和插值同步法，提出了一种基于同步秒脉冲的改进插值同步算法，实现同一合并单元内与不同合并单元间的采样值的时序同步，给出了公式推导和设计方法，通过Matlab仿真验证了理论方法的正确性；(3)基于传统变电站中母线电压并列与切换的模拟逻辑电路，设计了一种通过识别断路器、隔离开关的开关量控制母线电压并列与切换的逻辑判别机制，并在故障时发送告警信息的方案，利用QurtuslI仿真验证了方案的可行性；(4)参考IEC61850．9．2LE通信规约，给出了一种通过预配置采样值控制块SVID实现采样值传输模型灵活定义的特定通信

4、服务映射(specificcommunicationservicemapping，SCSM)方案，实现采样值数据集面向工程间隔灵活配置，同时避免了制造报文规范(manufacturingmessagespecification，MMS)映射的实现困难。为实现采样值以太网通信的完整性和实时性，利用MMSEthereal解析了SAV报文传输内容，提出了验证SAV最大传输延时的测算方法，通过算例分析和OPNETmodeler仿真验证了理论方法的正确性，最后基于智能变电站“故障弱化"的概念，给出智能变电站中不同接线方式

5、下电子式互感器及合并单元的配置方式。关键词：智能变电站；合并单元；IEC61850；嵌入式设计；实时通信东南大学硕士学位论文ABSTRACTInviewoftherequirementsofsmartsubstationfordigitalinformation,integratedfunctionsandcompactstructure，thesignalprocessingsystemofmergingunit(MU)basedonfield—programmablegatearray(FPGA)andad

6、vancedRISCmachines(ARM)isdesigned．Itimplementstheintegrationandreal—timetransmissionofsampledanaloguevalue(SAV)fromtheelectronictransformertotheintelligentelectronicdevice(IED)．Designed谢matop-downmodularapproach，thesignalprocessingsystemisdividedintothreefun

7、ctionalmodules，includingdatasamplingmodule，dataprocessingmoduleanddatacommunicationmodule，anditsdesignmethodisstudied．TheauxiliaryprocessorFPGAisresponsibleforsynchronouslysamplingmulti-channeldatafromelectronictransformersandimplmentingtheswitching—overandp

8、aralleloperationofbusbarbyintegratedlogicalcontrolmechanismsoftware；themainARMprocessorisresponsibleforthereal-timecontrolofFPGAandintegrallysendingthesampleddataintheformspecifiedinIEC61850··9·