畢業(yè)論文：基于uClinux操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置開發(fā)

畢業(yè)設(shè)計
論文（設(shè)計）題目：
基于uClinu*操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置開發(fā)
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　姓 名
　　　　　　　　　　學(xué) 號
　　　　　　　　　　學(xué) 院
　　　　　　　　　　專 業(yè)
　　　　　　　　　　年 級
　　　　　　　　　　指導(dǎo)教師


2012年 5 月 20 日

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目 錄
摘要 2
Abstract 3
前言 4
1. 概述 5
1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述 5
1.1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 5
1.1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分類 5
1.1.3電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本要求 6
1.2 嵌入式操作系統(tǒng)uClinu*概述 6
1.2.1 嵌入式操作系統(tǒng)概述 6
1.2.2 嵌入式操作系統(tǒng)的實時性 6
1.2.3 嵌入式操作系統(tǒng)uClinu* 7
1.3 數(shù)字處理器BlackFin概述 7
1.3.1 數(shù)字處理器DSP 7
1.3.2 BlackFin特點 8
1.4 集中式保護(hù)裝置介紹 8
1.4.1 適用范圍 8
1.4.2 功能配置 8
2. 基于Blackfin的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)硬件原理 9
2.1 微機(jī)保護(hù)概論 9
2.1.1 微機(jī)保護(hù)的硬件原理 9
2.1.2 數(shù)字濾波器和保護(hù)算法 9
2.2 基于Blackfin的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)） 10
2.3基于BlackFin的開關(guān)量輸入及輸出回路 11
3. 基于uClinu*操作系統(tǒng)的系統(tǒng)編程 12
3.1 uClinu*軟件編程 12
3.1.1 多進(jìn)程 12
3.1.2 多線程 12
3.1.3 多線程與多進(jìn)程的比較 13
3.2 多線程調(diào)度 14
3.2.1 多線程模型 14
3.2.2 線程優(yōu)先級與調(diào)度策略 14
3.3軟件框架 15
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略1557字，正式會員可完整閱讀）……　
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
　　根據(jù)“一個世界、一種技術(shù)、一個標(biāo)準(zhǔn)”的要求，國際電工委員會已將IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)確定為今后新一代變電站自動化系統(tǒng)的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，并已得到所有廠家和用戶的認(rèn)可。因此，基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)將會成為必然趨勢。數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按照過程層、間隔層和站控層三層結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建，并建立在符合國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站有以下特點：
變電站的各種功能共享統(tǒng)一的信息平臺。
便于變電站新增功能和擴(kuò)展規(guī)模。
解決設(shè)備間的互操作問題。
應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)取代二次電纜。
避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題。
應(yīng)用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題。
進(jìn)一步提高運行管理自動化水平。
　　當(dāng)然，數(shù)字化變電站的發(fā)展離不開智能化、數(shù)字化的繼電保護(hù)裝置的發(fā)展。為了達(dá)到數(shù)字化變電站的預(yù)期目標(biāo)，繼電保護(hù)裝置的開發(fā)也必然要遵循IEC 61850國際標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣才保證了數(shù)字化變電站內(nèi)設(shè)備間的互操作性，從而提升整個數(shù)字化變電站的管理水平和可靠性。
　　在IEC 61850規(guī)約的數(shù)據(jù)模型中，規(guī)定了變電站和線路（饋線）設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)。其中Part 7-4規(guī)定了兼容邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)類，Part 7-3規(guī)定了公共數(shù)據(jù)類。繼電保護(hù)的相關(guān)邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)類也是在這兩個子規(guī)約中規(guī)定的。這兩個規(guī)約幾乎包含了目前繼電保護(hù)的所有邏輯節(jié)點以及相關(guān)的數(shù)據(jù)類，為保護(hù)裝置的開發(fā)提供了重要參考。
　　目前，微機(jī)繼電保護(hù)裝置開發(fā)中可應(yīng)用的操作系統(tǒng)有很多，比如ucosII，Linu*等等。其中基于GUN的Linu*在嵌入式操作系統(tǒng)方面應(yīng)用很多，主要原因就是它是開源和免費的。另外，為了提高其實時性，不少優(yōu)秀軟件工程師在這方面做了大量的工作。比如本次設(shè)計所用到的uClinu*，它主要的改進(jìn)措施就是去除了Linu*中的MMU，以達(dá)到減小系統(tǒng)體積和改善實時性的目的。
　　現(xiàn)如今，可應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)的微處理器種類也特別多，BlackFin就是其中一種DSP。該芯片數(shù)據(jù)處理速度快，資源豐富，比較適合微機(jī)繼電保護(hù)的開發(fā)。
1. 概述
1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述
　　繼電保護(hù)科學(xué)和技術(shù)是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)發(fā)生短路是不可避免的，短路的發(fā)生將使得線路電流增大。為避免相關(guān)電力設(shè)備的損壞和保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)由此而生并逐步發(fā)展。
1.1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理
　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：
　　（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。
　　（2）反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護(hù)條件，動作于發(fā)出信號或跳閘。
　　要完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)，首先必須區(qū)分電力系統(tǒng)的正常、不正常和故障三種狀態(tài)，并甄別出發(fā)出故障和出現(xiàn)異常的元件。當(dāng)電力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)時，繼電保護(hù)裝置負(fù)責(zé)自動切除故障設(shè)備和消除異常情況。
1.1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分類
　　根據(jù)電力系統(tǒng)在不同運行狀態(tài)下的可測參量的差異，可以快速的區(qū)分電力系統(tǒng)三種工作狀態(tài)。依據(jù)可測電氣量的不同差異，又可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。目前已發(fā)現(xiàn)不同運行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值等。
　　目前，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)大致可分為一下三大類：
　�。�1）電流保護(hù)：電流保護(hù)主要使用的電力設(shè)備的電流量。
　�。�2）距離保護(hù)：距離保護(hù)主要使用的是電力設(shè)備的電壓量和電流量的比值。
　　（3）縱聯(lián)保護(hù)：縱聯(lián)保護(hù)則使用的是設(shè)備兩側(cè)的電氣量，通過比較兩側(cè)電氣量的不同從而判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)。按照電氣量的大小和方向，縱聯(lián)保護(hù)又可分為方向比較式縱聯(lián)保護(hù)和縱聯(lián)電流差動保護(hù)。
　　另外按照電力系統(tǒng)元件的不同，還可以分為變壓器保護(hù)，發(fā)電機(jī)保護(hù)和母線保護(hù)等。
1.1.3電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本要求
　　動作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這四個基本要求是評價和研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，必須得到統(tǒng)一。
　�。�1）可靠性：可靠性包括安全性和信賴性，也可以歸結(jié)為“不誤動”和“不拒動”。
　�。�2）選擇性：選擇性是指保護(hù)裝置動作時，要保證切除范圍盡可能最小，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。綜合起來選擇性就是“該誰動作誰就動作”。
　�。�3）速動性：速動性是指盡可能快地切除故障，一般快速保護(hù)的動作時間為60~120ms。
　　（4）靈敏性：靈敏性是指對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。
1.2 嵌入式操作系統(tǒng)uClinu*概述
1.2.1 嵌入式操作系統(tǒng)概述
嵌入式操作系統(tǒng)與我們大家的生活非常緊密，如日常生活中使用的手機(jī)、微波爐、有線電視等，都屬于嵌入式系統(tǒng)。所謂嵌入式系統(tǒng)就是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗要求的專用的計算機(jī)系統(tǒng)。
　　任何嵌入式系統(tǒng)都包括硬件和軟件兩個方面。硬件包括微處理器、存儲器、IO端口和圖形控制器。軟件包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件控制著嵌入式系統(tǒng)的運作和行為，為操作系統(tǒng)則為應(yīng)用程序提供必要的底層支持，它一般是通過提供應(yīng)用編程接口（API）來實現(xiàn)的。
　　現(xiàn)如今，嵌入式操作系統(tǒng)已在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如工業(yè)控制、消費電子領(lǐng)域等。
1.2.2 嵌入式操作系統(tǒng)的實時性
嵌入式領(lǐng)域中一個非常重要的概念是實時。實時系統(tǒng)是指在確定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能，并能對外部異步事件做出正確響應(yīng)的計算機(jī)系統(tǒng)。
實時系統(tǒng)按照實現(xiàn)對系統(tǒng)的影響程度，分為軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。前者對偶爾超過時限的操作是可以容忍的；而在硬實時系統(tǒng)中，超過時限的后果是無法預(yù)測的。
　　目前在我國廣泛應(yīng)用嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）介紹如下：
　�。�1）V*Works操作系統(tǒng)：它是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的嵌入式實時操作系統(tǒng)。其具有良好的可靠性和卓越的實時性。
　�。�2）WinCE操作系統(tǒng)：它是由微軟公司多任務(wù)、多優(yōu)先級推出的嵌入式實時操作系統(tǒng)。
　�。�3）Delta OS操作系統(tǒng)：該操作系統(tǒng)是電子科技大學(xué)實時系統(tǒng)實驗室和北京科銀京成公司聯(lián)合開發(fā)的，國內(nèi)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的RTOS。
　　（4）嵌入式Linu*操作系統(tǒng)：上面介紹這些專用操作系統(tǒng)均屬于商業(yè)化產(chǎn)品，其價格昂貴且源代碼基本不公開，這使得每個系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件與其他系統(tǒng)無法兼容。然而Linu*卻具有與之相反的諸多優(yōu)勢，也吸引了許多開發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。
1.2. ……（未完，全文共24307字，當(dāng)前僅顯示4372字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于uClinu*操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置開發(fā)》）