基于虚拟仪器和IEC61850标准的变电站设备在线监测系统的研究

论文摘要

电力设备较为理想的检修模式是状态检修,而电力设备状态监测与故障诊断是设备状态检修模式的基础。所以变电站设备在线监测技术日益显示出其重要性和必要性,是目前电力系统研究的热点之一。目前,电力设备在线监测还没有建立统一的技术标准,各厂商生产的分立的单设备在线监测装置,自成体系,因而组建在线监测网络系统存在技术障碍。IEC61850系列标准是关于变电站自动化系统与通信网络的最新国际标准,代表了今后数字化变电站的发展方向。其重要目的就是实现不同厂商设备之间的互操作性。目前世界各国,都在围绕IEC61850标准开展应用性研究。把变电站整体主要电力设备作为研究对象,构建网络化的分布式变电站设备在线监测系统,将IEC61850面向对象建模的思想和建模方法进行应用性研究,对该标准在我国电力系统自动化中的应用具有重要的现实意义。虚拟仪器技术是电子测量技术和计算机相融合的一项新技术。代表了未来仪器技术的发展方向。ARM微处理器是高性能的32位处理器,能嵌入实时操作系统、多任务运行。本文基于虚拟仪器技术和ARM微处理器,采用IEC61850标准面向对象建模的设计思想,对分布式变电站设备在线监测系统进行研究和应用。主要的研究工作和成果有:（1）将IEC61850标准应用于变电站在线监测系统设计,提出了分布式变电站设备在线监测系统通信网络统一建模方法。以变电站设备在线监测系统中的信息融合单元为例,将IEC61850的建模思想进行了实际应用。（2）基于ARM微处理器构建了分布式在线监测系统硬件平台,并嵌入μC/OS-Ⅱ实时操作系统,组建数据通信网络。按照IEC61850采样值传输的应用层协议,实现了现场采样值信息通信在以太网上的映射。通过对数据采样、数据传输等联网测试试验,其性能达到设计要求。（3）分析了IEC61850标准的内涵,归纳总结了IEC61850的主要技术特征,包括变电站的功能分层、IED逻辑功能的分解与组合、面向对象的信息模型的抽象、变电站配置描述语言等。（4）基于虚拟仪器技术,利用LabVIEW图形化编程语言完成了在线监测系统主控机软件的开发,包括数据库系统开发、信息查询子系统软件的设计、根据规约对应用层数据的解析等。而且设计了基于一次设备接线图风格的图形界面,方便了运行人员的操作电力设备在线监测的目的是提高设备故障诊断的预见性和准确率,为维修决策系统提供依据,进而实现电力设备的状态维修,这将是一个长期的研究过程。以后应该在标准的建立,以及与数字化变电站自动化系统的互联、互通方面做一些深入研究,以实现数据共享,拓展现阶段变电站自动化系统的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 电力设备在线监测及其在检修体制转变过程中的重要性
• 1.3 电力设备在线监测技术及其国内外发展状况
• 1.4 虚拟仪器技术在电力设备在线监测系统中的应用
• 1.5 本论文的结构和主要工作
• 2 IEC61850面向对象建模信息模型分析
• 2.1 标准制订的背景和现实必要性
• 2.2 IEC61850标准体系结构内容分析
• 2.3 IEC61850标准的特点及核心内涵
• 2.4 基于IEC61850的数据建模步骤
• 2.5 小结
• 3 基于ARM的分布式在线监测系统设计
• 3.1 在线监测系统的任务和总体构成
• 3.2 监测单元信息处理模块
• 3.3 基于IEC61850信息模型的信息融合模块
• 3.4 系统部分实现
• 3.5 小结
• 4 现场监测单元及主控机系统软件设计
• 4.1 现场嵌入式模块软件设计
• 4.2 虚拟仪器技术及其集成开发平台LabVIEW
• 4.3 系统主控机软件设计
• 4.4 主控机和现场嵌入式测控单元应用层的协同
• 4.5 运行监测HMI
• 4.6 小结
• 5 基于SCL的在线监测系统IED建模描述
• 5.1 在线监测系统IED（信息融合模块）的功能及建模
• 5.2 基于SCL的在线监测系统中IED的配置描述
• 5.3 小结
• 6 在线监测系统数据传输数值分析及其性能测试
• 6.1 现场监测单元采样值准确性测试
• 6.2 现场采样数据传输延迟测试
• 6.3 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结成果
• 7.2 展望未来
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表论文