基于VxWorks的新型数字化故障录波器设计与实现

　　电力系统故障录波器是研究现代电网的基础，也是评价继电保护动作行为及分析设备故障性质和原因的重要依据。在传统变电站中，录波所采用的方法是将需要采样的各个节点通过硬电缆集中的连接到专用的采集板上，采集板对电流电压值以及开关量进行A/D转换，再由后台的录波设备进行分析与存储。近几年，随着电力系统自动化水平的提高，特别是光电式互感器、智能化开关等二次设备的发展，对发电机,电力电缆，断路器等一次运行设备在线状态检测技术日趋成熟。结合当前成熟的高速以太网在实时系统中的开发应用，变电站中的数据监控已可以网络化。在IEC61850协议的框架下，可以通过订阅的方式实现全站数据对象的自由记录。数字化变电站技术越来越受到人们的重视。

　　当前，变电站的发展正处于传统变电站向数字化变电站的过渡阶段，甚至有的变电站运行于传统站与数字站的混和状态。对于录波器制造公司来说，由于传统站和数字站同时有录波需求，需要同时有可用于传统站和数字站的两种设备，如果单独设计两种独立的录波器，将大大增加产品设计、生产和维护成本。兼容传统站与数字站的录波器正是为了满足这一需求而设计。

　　1 总体结构

　　1.1 变电站的结构

　　数字化变电站在物理结构上分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备;而在逻辑结构上可分为3个层次，根据IEC61850协议定义，分别为过程层、间隔层、站控层(或变电站层)。各层内部及各层之间采用高速网络通信，整个系统的通信网络可以分为：站控层和间隔层之间的间隔层通信网、以及间隔层和过程层之间的过程层通信网。间隔层在站内按间隔分布式布置，各间隔设备之间相对独立;间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输光纤以太网，在标准中称为过程总线。如图1所示。

　　1.2 故障录波器系统构成

　　数字化故障录波器使用分层的系统设计，包括前端的协议转换器部分以及后端的故障判断与录波设备两部分。协议转换器采用PowerPC8 270处理器结构和VxWorks操作系统，其中包括IEC61850协议处理模块、数据同步模块、传统站数据模块、数据通信模块和时间同步模块。如图2所示。

　　IEC61850模块负责接收和解析模拟合并单元发送的IEC61850 9-1报文，提取模拟采样值数据;以及接收和解析保护控制单元发送的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文，提取开关量数据。数据同步模块根据同步采样合并策略，实现开关量数据和采样值数据的同步。数据通信模块负责与故障判断与录波设备进行数据交互。时间同步模块则负责IEEE1588校时协议的处理和同步本地时钟。