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牵引变电所集中式保护设计

作　者: 李茂亮
导　师: 王牣
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: IEC61850 牵引变电所集中式保护硬件方案软件设计系统可靠性
分类号: TM922.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

牵引变电所既有保护配置是“一对一”的独立配置,虽然其可靠性较高,但是也存在着硬件配置冗余、二次接线复杂、投资成本大、信息不能实时共享、运行与维护成本高以及缺乏整体协调与功能优化的不足。随着智能变电所技术的日益完善,高速以太网通信技术的发展,计算机软硬件性能的不断提升以及IEC61850标准的颁布实施,集中式保护开始得到了国内外大批学者的关注。集中式保护简化了牵引变电所二次接线、实现了全所数据的实时共享、避免了硬件重复配置、减少了安装保护装置及设备所需的空间。因此,具有明显优势的集中式保护将是未来牵引变电所微机保护的发展方向之一。本文首先分析了智能变电所、IEC61850标准以及通信网络技术对集中式保护的影响,然后将牵引变电所既有保护配置与集中式保护进行对比,阐述了集中式保护的原理及优越性。同时,分析了实现集中式保护功能的一些技术难点,例如对报文传输时延进行了分析,采用了基于标签的关键报文优先传输方法,保证了关键报文传输的实时性和可靠性。基于现有牵引变电所通信网络的星形、环型和总线型网络拓扑结构,提出了混合式双冗余星形组网方案,并对该组网方案的设计思路、优势及可靠性进行了详细说明。通过相关数据计算,对集中式保护硬件设备进行选型,主要包括电子式电压(电流)互感器、合并单元、光纤以太网、交换机以及集中式保护装置的处理器(CPU)等。基于集中式保护的原理及硬件基础,划分了集中式保护的软件任务,包括采样处理任务、保护任务、通信任务。在保护任务中,给出了牵引变电所5个保护的程序流程图。基于Windows操作系统多线程多任务并行运行的特点,对集中式保护软件进行了开发,保护算法选用的是傅立叶算法,同时给出了采样数据异常的处理方法,使用WinPcap对IEC61850-9-2报文进行捕包,采样值数据经傅立叶算法计算后,传送到集中式保护装置中,经保护程序包进行逻辑判断,给出闭锁、告警或跳闸等出口动作指令。构建了一个软件测试平台,在实验室内通过合并单元与智能操作箱向保护软件发送数据,对所编写的软件进行测试验证,测试结果表明捕包程序能够正确捕获报文、保护软件正常运行与故障测试时均能给出正确逻辑判定结果。从硬件可靠性与软件可靠性两方面对集中式保护系统进行可靠性计算与评估。分析计算结果,同时给出提升集中式保护系统可靠性的一些策略。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题研究的背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究概况  12-13
  1.3 本文的主要工作和内容  13-15
第二章牵引变电所集中式保护理论研究  15-28
  2.1 牵引变电所主要设备传统继电保护分析  15-21
    2.1.1 牵引变压器保护及原理  15-18
    2.1.2 馈线保护及原理  18-21
  2.2 集中式保护理论研究  21-25
    2.2.1 智能化牵引变电所对集中式保护的影响  21-22
    2.2.2 IEC61850标准对集中式保护的影响  22-23
    2.2.3 集中式保护基本原理  23-24
    2.2.4 集中式保护的优越性  24-25
  2.3 傅立叶算法  25-26
  2.4 数据异常处理算法  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章牵引变电所集中式保护配置方案研究  28-46
  3.1 牵引变电所既有保护与集中式保护配置比较  28-29
  3.2 集中式保护装置对时及数据采集的同步性  29-30
  3.3 集中式保护报文传输机制  30-35
    3.3.1 报文传输可靠性要求  30-32
    3.3.2 报文传输时延分析  32-34
    3.3.3 提高关键报文传输可靠性方法  34-35
  3.4 集中式保护通信网络规划和构建  35-43
    3.4.1 合并单元定义及功能  35-37
    3.4.2 集中式保护对通信网络的要求  37-38
    3.4.3 集中式保护组网方案  38-43
  3.5 集中式保护硬件选择及性能分析  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章牵引变电所集中式保护软件总体设计  46-64
  4.1 软件开发平台介绍  46-47
  4.2 保护软件的任务划分  47-48
  4.3 集中式保护软件具体模块设计  48-54
    4.3.1 采样处理任务模块设计  48-50
    4.3.2 保护任务模块设计  50-54
  4.4 软件实时性及程序移植  54-56
  4.5 集中式保护软件测试平台  56
  4.6 软件测试流程  56-62
    4.6.1 报文抓取程序的测试  59-60
    4.6.2 正常运行测试  60-61
    4.6.3 故障运行测试  61-62
    4.6.4 测试结果分析  62
  4.7 本章小结  62-64
第五章集中式保护可靠性分析  64-70
  5.1 可靠性理论与指标  64-65
  5.2 集中式保护可靠性计算  65-68
    5.2.1 集中式保护系统有效度与失效度计算  65
    5.2.2 集中式保护系统平均无故障时间计算  65-67
    5.2.3 软件可靠性理论  67-68
  5.3 集中式保护可靠性提升策略  68-69
  5.4 本章小结  69-70
结论  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表论文  77

牵引变电所集中式保护设计

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