基于VxWorks的电力系统故障录波器设计

　　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。

　　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PowerPC8270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。

　　2 VxWorks下的IEC61850报文的接收实现

　　2.1 IEC61850 9-1与GOOSE报文的传输

　　IEC61850标准针对变电站所有功能定义了比较详尽的逻辑节点和数据对象，并提供了完整的描述数据对象模型的方法和面向对象的服务,其中的9-1协议和GOOSE协议都采用了不经TCP/IP协议，直接映射到数据链路层，即传输层和网络层均空的方式。以避免通信堆栈造成传输延迟，从而保证报文传输、处理的快速性。