毕业设计
论文(设计)题目:
基于uClinu*操作系统的继电保护装置开发
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指导教师
2012年 5 月 20 日
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目 录
摘要 2
Abstract 3
前言 4
1. 概述 5
1.1 电力系统继电保护概述 5
1.1.1 电力系统继电保护原理 5
1.1.2 电力系统继电保护分类 5
1.1.3电力系统继电保护基本要求 6
1.2 嵌入式操作系统uClinu*概述 6
1.2.1 嵌入式操作系统概述 6
1.2.2 嵌入式操作系统的实时性 6
1.2.3 嵌入式操作系统uClinu* 7
1.3 数字处理器BlackFin概述 7
1.3.1 数字处理器DSP 7
1.3.2 BlackFin特点 8
1.4 集中式保护装置介绍 8
1.4.1 适用范围 8
1.4.2 功能配置 8
2. 基于Blackfin的微机保护系统硬件原理 9
2.1 微机保护概论 9
2.1.1 微机保护的硬件原理 9
2.1.2 数字滤波器和保护算法 9
2.2 基于Blackfin的数据采集系统(模拟量输入系统) 10
2.3基于BlackFin的开关量输入及输出回路 11
3. 基于uClinu*操作系统的系统编程 12
3.1 uClinu*软件编程 12
3.1.1 多进程 12
3.1.2 多线程 12
3.1.3 多线程与多进程的比较 13
3.2 多线程调度 14
3.2.1 多线程模型 14
3.2.2 线程优先级与调度策略 14
3.3软件框架 15
……(新文秘网https://www.wm114.cn省略1557字,正式会员可完整阅读)……
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注册 登陆 用订单找账号 and based on embedded operating system uClinu*, to develop relay protection device in the hardware control system whose main controller is the digital processor BlackFin. The combination of all three, not only makes the relay protection device to speed up the data processing speed, but also makes task management more convenient. Moreover, the application of international standard will make development cycle and developing difficulty fell.
Key words: IEC 61850; uClinu*; BlackFin; relay protection device
前言
根据“一个世界、一种技术、一个标准”的要求,国际电工委员会已将IEC 61850标准确定为今后新一代变电站自动化系统的唯一国际标准,并已得到所有厂家和用户的认可。因此,基于IEC 61850标准的变电站自动化系统将会成为必然趋势。数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备按照过程层、间隔层和站控层三层结构体系构建,并建立在符合国际标准的IEC61850通信规范基础之上,能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站有以下特点:
变电站的各种功能共享统一的信息平台。
便于变电站新增功能和扩展规模。
解决设备间的互操作问题。
应用通信网络取代二次电缆。
避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。
应用电子式互感器解决传统互感器固有问题。
进一步提高运行管理自动化水平。
当然,数字化变电站的发展离不开智能化、数字化的继电保护装置的发展。为了达到数字化变电站的预期目标,继电保护装置的开发也必然要遵循IEC 61850国际标准。只有这样才保证了数字化变电站内设备间的互操作性,从而提升整个数字化变电站的管理水平和可靠性。
在IEC 61850规约的数据模型中,规定了变电站和线路(馈线)设备的基本通信结构。其中Part 7-4规定了兼容逻辑节点和数据类,Part 7-3规定了公共数据类。继电保护的相关逻辑节点和数据类也是在这两个子规约中规定的。这两个规约几乎包含了目前继电保护的所有逻辑节点以及相关的数据类,为保护装置的开发提供了重要参考。
目前,微机继电保护装置开发中可应用的操作系统有很多,比如ucosII,Linu*等等。其中基于GUN的Linu*在嵌入式操作系统方面应用很多,主要原因就是它是开源和免费的。另外,为了提高其实时性,不少优秀软件工程师在这方面做了大量的工作。比如本次设计所用到的uClinu*,它主要的改进措施就是去除了Linu*中的MMU,以达到减小系统体积和改善实时性的目的。
现如今,可应用于微机继电保护的微处理器种类也特别多,BlackFin就是其中一种DSP。该芯片数据处理速度快,资源丰富,比较适合微机继电保护的开发。
1. 概述
1.1 电力系统继电保护概述
继电保护科学和技术是随电力系统的发展而发展起来的。电力系统发生短路是不可避免的,短路的发生将使得线路电流增大。为避免相关电力设备的损坏和保证电力系统的稳定运行,电力系统继电保护由此而生并逐步发展。
1.1.1 电力系统继电保护原理
电力系统继电保护的基本任务是:
(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遭到损坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
(2)反应电气设备的不正常运行状态,并根据运行维护条件,动作于发出信号或跳闸。
要完成电力系统继电保护的基本任务,首先必须区分电力系统的正常、不正常和故障三种状态,并甄别出发出故障和出现异常的元件。当电力系统处于故障状态时,继电保护装置负责自动切除故障设备和消除异常情况。
1.1.2 电力系统继电保护分类
根据电力系统在不同运行状态下的可测参量的差异,可以快速的区分电力系统三种工作状态。依据可测电气量的不同差异,又可以构成不同原理的继电保护。目前已发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有:流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向;元件的运行相电压幅值、序电压幅值;元件的电压与电流的比值等。
目前,电力系统继电保护大致可分为一下三大类:
(1)电流保护:电流保护主要使用的电力设备的电流量。
(2)距离保护:距离保护主要使用的是电力设备的电压量和电流量的比值。
(3)纵联保护:纵联保护则使用的是设备两侧的电气量,通过比较两侧电气量的不同从而判断系统运行状态。按照电气量的大小和方向,纵联保护又可分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护。
另外按照电力系统元件的不同,还可以分为变压器保护,发电机保护和母线保护等。
1.1.3电力系统继电保护基本要求
动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础,必须得到统一。
(1)可靠性:可靠性包括安全性和信赖性,也可以归结为“不误动”和“不拒动”。
(2)选择性:选择性是指保护装置动作时,要保证切除范围尽可能最小,最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。综合起来选择性就是“该谁动作谁就动作”。
(3)速动性:速动性是指尽可能快地切除故障,一般快速保护的动作时间为60~120ms。
(4)灵敏性:灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
1.2 嵌入式操作系统uClinu*概述
1.2.1 嵌入式操作系统概述
嵌入式操作系统与我们大家的生活非常紧密,如日常生活中使用的手机、微波炉、有线电视等,都属于嵌入式系统。所谓嵌入式系统就是以应用为中心,以计算机为基础,软硬件可裁剪,适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求的专用的计算机系统。
任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。硬件包括微处理器、存储器、IO端口和图形控制器。软件包括操作系统软件和应用软件,应用软件控制着嵌入式系统的运作和行为,为操作系统则为应用程序提供必要的底层支持,它一般是通过提供应用编程接口(API)来实现的。
现如今,嵌入式操作系统已在很多领域得到广泛应用,如工业控制、消费电子领域等。
1.2.2 嵌入式操作系统的实时性
嵌入式领域中一个非常重要的概念是实时。实时系统是指在确定的时间内完成规定的功能,并能对外部异步事件做出正确响应的计算机系统。
实时系统按照实现对系统的影响程度,分为软实时系统和硬实时系统。前者对偶尔超过时限的操作是可以容忍的;而在硬实时系统中,超过时限的后果是无法预测的。
目前在我国广泛应用嵌入式实时操作系统(RTOS)介绍如下:
(1)V*Works操作系统:它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的嵌入式实时操作系统。其具有良好的可靠性和卓越的实时性。
(2)WinCE操作系统:它是由微软公司多任务、多优先级推出的嵌入式实时操作系统。
(3)Delta OS操作系统:该操作系统是电子科技大学实时系统实验室和北京科银京成公司联合开发的,国内具有完全自主知识产权的RTOS。
(4)嵌入式Linu*操作系统:上面介绍这些专用操作系统均属于商业化产品,其价格昂贵且源代码基本不公开,这使得每个系统上的应用软件与其他系统无法兼容。然而Linu*却具有与之相反的诸多优势,也吸引了许多开发商的目光,成为嵌入式操作系统的新宠。
1.2. ……(未完,全文共24307字,当前仅显示4372字,请阅读下面提示信息。
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