基于Linux嵌入式系统的IEC 61850通信网关的研究

发布时间：2020-11-16 03:28

　　 配电自动化系统作为与用户端直接联系的电力自动化系统,直接关系到用户用电的稳定性及用电质量。同时,随着微电网及电动汽车的推广应用,基于智能配电室集群的区域配电自动化系统将逐步得到推广。该系统需要使用基于IEC61850的通信系统实现不同系统之间的通信连接,但大量采用传统协议的设备无法接入IEC 61850系统。Modbus支持多种电气接口和传输介质,并且帧格式简单、紧凑,在电力监测等领域得到了广泛的应用,但目前对于IEC61850与传统协议的转换主要集中于IEC60870-5-103和IEC60870-5-104,对于如何实现Modbus与IEC61850的转换的研究还很少。为了实现Modbus与IEC61850的转换,本文分析了区域配电自动化系统中对于通信系统的需求,结合目前通信规约的使用现状,提出设计一种基于Linux嵌入式操作系统的网关,用于完成Modbus与IEC61850的转换,能够实现将使用Modbus协议的IED转换为支持IEC61850标准的IED,达到遗留设备接入IEC61850系统的目的。首先,采用了模块化设计方法设计了整个通信网关,并详细介绍了网关中的关键模块的工作流程。其次,分析了Modbus规约的报文帧结构和IEC 61850的数据模型结构的特点,根据这些特点设计了基于sAddr的规约映射方法。然后,根据所设计的映射方法设计了映射关系数据库,并详细介绍了网关中IEC61850服务端模块中主要功能的实现方法。最后,使用Linux嵌入式操作系统和ARM芯片设计了通讯网关的试验样机,详细介绍了样机中的各个模块的设计方法,对样机的各个模块进行了测试,并使用完整的样机测试了通信网关的几个主要功能。
【学位单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TM76;TN915.05
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 通信规约应用现状
        1.2.1 传统电力通信规约现状
        1.2.2 IEC 61850 的应用现状
    1.3 通信网关的应用现状
    1.4 规约转换研究现状
    1.5 主要研究内容及创新点
        1.5.1 主要研究内容
        1.5.2 创新点
    1.6 小结
第二章 IEC 61850网关相关理论
    2.1 IEC 61850标准体系结构
    2.2 IEC 61850的主要特征
    2.3 IEC 61850信息建模方法
    2.4 IEC 61850服务映射方法
    2.5 通信服务映射到MMS
        2.5.1 MMS概述
        2.5.2 MMS映射
        2.5.3 libiec61850的MMS实现
    2.6 小结
第三章 通信网关的设计
    3.1 基于网关的区域配电自动化系统
    3.2 网关架构设计
    3.3 网关监控模块
    3.4 IEC 61850服务端
    3.5 协议转换模块
    3.6 协议转换模块与Modbus主机的通信机制
    3.7 小结
第四章 Modbus与IEC61850映射关系的研究
    4.1 规约映射实现原理
    4.2 Modbus与IEC 61850的映射关系
        4.2.1 地址域映射为逻辑设备名称
        4.2.2 基于sAddr的数据区映射关系
        4.2.3 功能码映射为ACSI服务
    4.3 基于SCL的IED建模
    4.4 小结
第五章 通信网关规约转换的实现
    5.1 映射关系数据库设计
        5.1.1 数据库结构
        5.1.2 嵌套数据类描述方法
        5.1.3 数据库访问接口
    5.2 定值服务
        5.2.1 定值服务实现原理
        5.2.2 定值服务的具体实现
    5.3 报告服务
        5.3.1 数据更新
        5.3.2 缓存报告控制块（BRCB）
        5.3.3 非缓存报告控制块（URCB）
    5.4 小结
第六章 试验样机的设计与网关功能测试
    6.1 功能需求分析
    6.2 样机架构设计
        6.2.1 基于Linux系统的软件开发平台搭建
        6.2.2 主板功能测试
        6.2.3 通信扩展板电路设计
        6.2.4 CPU间通信接口设计
    6.3 通信网关功能测试
        6.3.1 目录获取
        6.3.2 报告服务
        6.3.3 定值服务
    6.4 样机展示
    6.5 小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
附录 1 CDC分类
附录 2 ACSI定义
附录 3 BRCB类参数表
附录 4 URCB类参数表

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本文编号：2885568