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基于IEC61850标准的数字化变电站系统具有较好的开放性、互操作性和可扩展性,代表了变电站自动化系统的发展方向。目前,我国已投入电网运行的110kV及以下等级的传统变电站有20000多座,但是其数字化改造的进程及相关技术研究非常滞后。因此,进行传统变电站数字化改造的方案设计及关键技术研究,对我国变电站自动化系统的发展具有十分重要的理论意义和工程价值。 本文围绕传统变电站数字化改造的需要和IEC61850标准的要求两个方面展开研究,提出并开发了一种面向传统变电站的过程层测控终端。该装置负责变电站的过程层数据采集与控制输出,基于IEC61850标准的设计可以充分实现变电站智能电子设备对过程层的信息共享,能够满足110kV及以下等级传统变电站的数字化改造的需要。 论文首先介绍了传统变电站数字化改造的研究与发展现状。通过对变电站自动化系统基本功能和发展过程的总结,阐述了过程层测控终端的研究意义与数字化变电站系统建设的必然趋势。对数字化变电站技术相关的两个行业标准IEC60044标准和IEC61850标准进行了介绍和分析。 针对传统变电站数字化改造的需要,提出过程层测控终端的软硬件具体设计方案,系统研究并设计了过程层测控终端的抗干扰措施。通过分析对比现有时钟同步技术,提出一种新的GPS时钟同步与NTP网络同步结合的过程层测控终端同步方案。GPS时钟同步设计采用FPGA技术,可以满足电力系统对同步精度的需要。基于FPGA技术设计了过程层测控终端的数据采集通道,数据通道可以通过灵活的参数配置满足数字化变电站对过程层数据采集高可靠性、强实时性、通信流量大、采样速度高的要求。为实现IEC61850标准要求的信息共享,构建了过程层测控终端的完整信息模型,并实现了基于IEC61850-9-1标准的采样值报文的映射和基于IEC61850-8-1标准的变电站通用事件GOOSE报文的映射。 论文给出了过程层测控终端的调试方法和过程,通过GPS同步时钟、继电保护测试仪对装置进行了详细的功能和性能测试。采用配电系统静态模拟试验屏验证了装置的整体稳定性和可靠性。实验的结果和误差分析表明过程层测控终端的研制达到了设计目的和实用要求。 本文研制的过程层测控终端实现了传统变电站的智能化测量与控制,满足了变电站自动化系统对过程层设备的信息共享,对于常规变电站数字化改造具有重要的理论意义和工程价值。