变电站计算机通信网络和系统的研究--《华北电力大学》2000年博士论文
变电站计算机通信网络和系统的研究
【摘要】：
变电站自动化技术从90年代初在国内应用以来，在中、低压变电站系统中
已经得到了广泛的应用，现在正在向高压、超高压变电站系统发展。随着变电站
自动化技术的不断发展，对技术革新提出了更高的要求，其中最主要的有两个：
1、使用新的、高性能的通信网络以满足不断增长的技术需要；2、制定各个厂商
共同遵守的变电站自动化系统通信协议国际标准，以实现不同厂商产品互操作的
需求。本文围绕以上两个问题展开研究，目的在于为高压、超高压变电站自动化
系统提供合适的通信网络，解决变电站自动化技术从中、低压变电站向高压、超
高压变电站发展过程中所面临的关键技术问题。本文的内容主要包括以下几个方
1.美国西门子8890运动规约与CSC2000变电站自动化系统接口的研究。本文
对8890运动规约进行了深入的分析，提出了简单而有效的方案，在国内率先
实现了国产设备与8890运动规约的接口。目前已经有3套系统在现场成功地
运行了两年多，运行效果良好。
2.本文深入地研究了嵌入式以太网技术和TCP/IP协议族。对实现嵌入式以太网
的各种软、硬件技术作了分析研究，提出了具体的实现方案。对TCP/IP协议
族和软件模块作了深入的分析，改正了所用TCP/IP软件模块中的错误，成功
地实现了分组广播功能。
3.本文提出了面向高压、超高压变电站自动化系统的两层网络结构方案，该方
案既能满足高压、超高压变电站自动化系统对内部通信网络的要求，又具有
与现有CSC2000变电站自动化系统的最大兼容性。为实施该方案，本文研制
了网关设备。该方案及其网关设备已经在220kV和500kV变电站自动化工程
中得到了应用。
4.本文成功地实现了嵌入式以太网与LonWorks、CAN两种现场总线的互联，
并设计出了相应的网关设备，实现了嵌入式以太网和现场总线的优势互补。
本文发现了LonWorks技术的一些缺陷，并针对具体的应用环境，提出了具
体的解决方法。
华北电力大学博士学位论文
5．本文提出了基于嵌人式以太网技术和CAN总线技术的测控单元方案，利用嵌
入式以太网技术实现了变电站全分布式防误闭锁功能。
6．本文分析了嵌入式以太网技术在电力系统分布式Rh、分布式故障录波器及
电网调度自动化系统中的应用前景，提出了与中国电力数据网互联的方案。
7．本文分析研究了与变电站自动化系统相关的国际标准。分析了IEC608706系
列、iC608706系列、UCAZ．0体系和IEC61850体系的特点及其适用范围。
【关键词】：
【学位授予单位】：华北电力大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2000【分类号】：TM769【目录】：
中文摘要3-5
英文摘要5-11
第一章 绪论11-27
1．1 问题的提出11-16
1．1．1 变电站自动化技术在国内外的发展及其研究现状11-15
1．1．2 变电站自动化技术发展所引发的问题15-16
1．2 变电站自动化系统中网络技术应用概述16-21
1．2．1 星型通信系统方案16-17
1．2．2 总线型通信系统方案17-21
1．2．2．1 基于BITBUS或RS-485总线技术的方案17
1．2．2．2 基于LonWorks网络技术的方案17-18
1．2．2．3 基于CAN总线技术的方案18-20
1．2．2．4 现场总线技术的发展趋势20-21
1．3 变电站自动化系统中相关国际标准概述21-24
1．3．1 运动通信协议体系IEC60870-5系列22
1．3．2 UCA协议体系22-23
1．3．3 计算机数据通信协议体系IEC60870-6系列23-24
1．3．4 变电站数据通信协议体系IEC61850系列24
1．4 本文的主要工作和章节安排24-27
第二章 美国西门子8890远动规约与CSC2000变电站自动化系统接口的研究27-36
2．1 美国西门子8890运动规约介绍27-30
2．1．1 美国西门子8890运动规约背景介绍27-28
2．1．2 美国西门子8890远动规约介绍28-30
2．1．2．1 8890运动规约的数据类型28
2．1．2．2 8890运动规约的扫描方式28-29
2．1．2．3 8890远动规约的特殊数据链路格式29-30
2．2 美国西门子8890运动规约技术难点分析及实现30-33
2．3 8890运动规约新型硬件平台方案的提出33-34
2．4 8890运动规约与其它运动规约的比较和评述34-35
2．5 本章小结35-36
第三章 嵌入式以太网技术分析36-54
3．1 嵌入式以太网技术36-41
3．1．1 以太网技术36-39
3．1．2 嵌入式设计技术39-40
3．1．3 嵌入式以太网技术40-41
3．2 TCP/IP协议研究和分析41-48
3．2．1 OSI参考模型41-42
3．2．2 TCP/IP参考模型42-44
3．2．3 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较44-45
3．2．4 分层的缺点45
3．2．5 TCP/IP协议数据流程45-48
3．3 实现嵌入式以太网的关键技术和方法48-50
3．3．1 实现嵌入式以太网的硬件技术48-49
3．3．2 实现嵌入式以太网的软件技术49-50
3．4 嵌入式以太网在变电站自动化系统中应用模式分析50-52
3．5 本章小结52-54
第四章 嵌入式以太网在CSC2000变电站自动化系统网关设备中的应用研究54-79
4．1 CSC2000变电站自动化系统54-58
4．1．1 CSC2000变电站自动化系统介绍54-55
4．1．2 CSC2000变电站自动化系统内部通信网存在的问题55
4．1．3 CSC2000变电站自动化系统新型通信网络方案的提出55-57
4．1．4 新型通信网传输实时性分析57-58
4．2 嵌入式以太网与LonWorks现场总线互联的研究58-69
4．2．1 Neuron芯片背景介绍59-61
4．2．2 Neuron芯片与其它CPU的接口方式分析61-64
4．2．3 网关设备中主CPU与Neuron芯片接口方式的选择64-66
4．2．4 “五角大楼计划”66-67
4．2．5 两种方案的分析与比较67-68
4．2．6 关于Neuron芯片的一些思考68-69
4．3 嵌入式以太网传输模式的选择69-76
4．3．1 变电站自动化系统内部数据流的特点69-70
4．3．2 嵌入式以太网的几种传输模式及其选择70-72
4．3．3 分组广播技术及其实现72-76
4．3．3．1 分组广播技术72-75
4．3．3．2 分组广播技术在广域网中的应用75-76
4．3．3．3 分组广播技术的实现76
4．4 10M以太网与LONWORKS现场总线性能对比研究76-78
4．5 本章小结78-79
第五章 嵌入式以太网在CSC2000变电站自动化系统测控单元中的应用研究79-92
5．1 高压超高压变电站自动化系统对测量、控制功能的要求79-81
5．1．1 高压超高压变电站控制系统的特点79-80
5．1．2 高压超高压变电站二次设备的布置策略80-81
5．1．3 高压超高压变电站自动化系统在测量、控制方面的要求81
5．2 CSC2000系统中原有测控单元介绍81-83
5．3 新型测控单元方案的提出83-84
5．4 基于嵌入式以太网技术的分布式防误系统的实现84-91
5．4．1 变电站中防误系统的内容和闭锁条件84-85
5．4．2 常见的防误操作闭锁方式85-89
5．4．3 基于嵌入式以太网技术的全分布式防误方案89-91
5．5 本章小结91-92
第六章 嵌入式以太网技术在电力系统其它领域中的应用前景展望92-102
6．1 中国电力数据网介绍92-95
6．1．1 中国电力系统数据网92-93
6．1．2 中国电力系统数据网对电力生产的影响93-94
6．1．3 中国电力系统数据网对电力自动化设备发展的影响94-95
6．2 嵌入式以太网技术在分布式RTU中的应用95-98
6．3 嵌入式以太网技术在分布式故障录波器中的应用98
6．4 嵌入式以太网技术在电网调度自动化系统中的应用98-101
6．5 本章小结101-102
第七章 变电站自动化系统中相关国际标准的研究102-132
7．1 变电站自动化系统中相关国际标准概况102-104
7．2 跟踪研究变电站自动化系统中相关国际标准的意义104-105
7．3 IEC60870-5协议体系分析105-107
7．4 美国电科院UCA通信协议体系分析107-113
7．4．1 UCA通信协议体系出台的背景107-108
7．4．2 UCA通信协议体系的组成108
7．4．3 Field Device模型108-112
7．4．3．1 CASM108-110
7．4．3．2 GOMSFE110-112
7．4．4 ICCP112
7．4．5 UCA通信协议体系的特点及其意义112-113
7．5 计算机数据通信协议体系IEC60870-6系列分析113-116
7．5．1 IEC60870-6系列通信协议的背景情况113
7．5．2 ICCP113-116
7．5．3 IEC60870-6系列标准的应用情况116
7．6 IEC61850协议体系分析116-127
7．6．1 IEC61850协议体系的历史背景和组成116-117
7．6．2 IEC61850的特点117-118
7．6．3 IEC61850的主要内容118-127
7．6．3．1 变电站自动化系统接口模型118-119
7．6．3．2 IEC61850通信系统结构119-124
7．6．3．3 IEC61850使用的面向对象建模技术124-126
7．6．3．4 IEC61850与其它通信协议的关系126
7．6．3．5 IEC61850的实现过程126-127
7．7 MMS技术127-130
7．7．1 MMS的定义127-128
7．7．2 MMS的发展历史128
7．7．3 MMS标准128-129
7．7．4 MMS的特点129-130
7．7．5 MMS的应用状况130
7．8 本章小结130-132
第八章 全文总结132-134
8．1 全文总结132-133
8．2 有待进一步研究的工作133-134
作者在攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研工作135-136
参考文献136-146
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出门在外也不愁基于表层复合法的氧化铝陶瓷表面生长模式及性能研究--《中国海洋大学》2012年博士论文
基于表层复合法的氧化铝陶瓷表面生长模式及性能研究
【摘要】：陶瓷表面微观结构和生长模式对陶瓷总体性能有至关重要的影响，本文采用表层复合法在氧化铝陶瓷预烧坯体表层介入第二相氧化物，然后采用同步烧结的方法实现对氧化铝陶瓷的表层复合，该方法在结构陶瓷表面改性研究中的报道较少；第二相的引入由于液相烧结、固溶和原位生成新物质等原因改变了氧化铝的生长模式，进而改变了其微观结构和表面性能。
本文研究了单相添加剂对氧化铝表面微观结构和晶粒生长模式的影响。氧化镁、氧化硅、氧化钾和氧化钠等在烧结过程中形成液相，有助于细化晶粒，抑制晶粒各向异性生长，所得表面以等轴状晶粒为主；但是过量氧化镁的介入会在氧化铝陶瓷表面生成镁铝尖晶石。氧化钙和氧化铝表层复合之后，在AM997氧化铝表面生成等轴状和长条状颗粒相间的微观构造；氧化钙和AKP50氧化铝陶瓷表层复合之后，氧化铝晶粒各向异性生长并伴随晶粒异常长大，在1550℃烧结温度下生成大量片状晶粒，随着烧结温度提高到1600℃，片状晶粒长径比由3:1增加到8:1左右。氧化钛、氧化锰则与氧化铝形成固溶体，活化了晶格，带来晶格畸变使烧结动力增加，并粗化了氧化铝晶粒。表层复合法可以用来在氧化铝陶瓷表面制备氧化锆涂层，可以在表面生成均匀厚度为10μm的氧化锆层，并且界面结合非常紧密，对提高表面韧性有重要意义。
本文研究了复合添加剂对氧化铝表面晶粒生长模式的影响，结果表明MgO-SiO_2复合添加剂促进了AM997氧化铝的各向异性生长，大部分氧化铝表面晶粒长成片状结构，晶粒异常长大是一种原位反应结果，有助于形成自增韧微观结构，甚至对氧化铝大约200-300μm厚度的表层区域内的晶粒生长模式都有改变作用。CaO-SiO_2复合添加剂促进AM997氧化铝颗粒的各向异性生长，形成大量长柱状颗粒；MgO-TiO_2复合添加剂促进氧化铝晶粒长成棒状、片状和等轴状相间的晶粒构造，表层影响深度大约在100μm左右；MgO-TiO_2-CaO三元复合添加剂与AM997氧化铝进行表层复合之后，氧化铝主要颗粒长成等轴状大颗粒，在大颗粒晶界周围弥散着棒状颗粒，棒状颗粒的长径比在1550℃烧结温度下为3:1左右，而当烧结温度升高到1600℃时，其长径比会长到超过10:1。
研究了氧化钛和钛酸铝表层复合氧化铝陶瓷试样的抗热震性，结果发现表层复合之后氧化铝的抗热震温差从200℃提高到400℃，抗热震性比纯氧化铝陶瓷有明显提高，这是由于氧化铝陶瓷表面生成了钛酸铝，钛酸铝具有良好的抗热震性能，加上次表层区域氧化铝晶粒生长模式发生变化，晶粒粗化并且气孔增高，这些因素共同作用带来了氧化铝抗热震性能的提高。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国海洋大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：TQ174.1【目录】：
摘要5-7Abstract7-12第1章 绪论12-32 1.1 选题依据和背景12-14 1.2 国内外研究现状14-30
1.2.1 氧化铝陶瓷的应用现状14-16
1.2.2 氧化铝陶瓷的烧结16-22
1.2.3 氧化铝陶瓷的微观结构与性能22-23
1.2.4 烧结助剂对氧化铝的影响23-26
1.2.5 氧化铝陶瓷的表面改性方法研究现状26-30 1.3 本课题研究目的和意义30-32第2章 研究内容与试验方法32-40 2.1 论文主要研究内容32
2.1.1 氧化铝陶瓷表面复合工艺研究32
2.1.2 基于表层复合法制备的氧化铝陶瓷微观结构研究32
2.1.3 基于表层复合法制备的氧化铝陶瓷表面生长模式研究32
2.1.4 基于表层复合法制备的氧化铝陶瓷抗热震性研究32 2.2 试验原料32-34
2.2.1 氧化铝基体32-33
2.2.2 用于表面复合的添加剂33
2.2.3 分散剂33-34 2.3 试验设备34 2.4 试验方案34-37
2.4.1 氧化铝陶瓷成型与预烧工艺34-36
2.4.2 添加剂料浆或溶液的制备36
2.4.3 涂覆工艺和烧结工艺研究36
2.4.4 表面改性表征与机理分析36-37 2.5 工艺路线37 2.6 测试与表征37-40
2.6.1 X 射线衍射分析37-38
2.6.2 扫描电子显微镜分析38
2.6.3 抗热震试验38-40第3章 单相添加剂表层复合对氧化铝表面微观结构及生长模式的影响40-80 3.1 引言40 3.2 实验步骤40-41 3.3 结果与讨论41-69
3.3.1 纯氧化铝陶瓷的组织形态41-46
3.3.2 氧化铝表层复合氧化镁所制备陶瓷的表面微观结构分析46-50
3.3.3 氧化铝表层复合氧化硅所制备陶瓷的表面微观结构研究50-51
3.3.4 氧化铝表层复合氧化钙所制备陶瓷的表面微观结构分析51-62
3.3.5 氧化铝表层复合氧化钴所制备陶瓷的表面微观结构研究62-63
3.3.6 氧化铝表层复合氧化锌所制备陶瓷的表面微观结构研究63-64
3.3.7 氧化铝表层复合氧化锰所制备陶瓷的表面微观结构研究64-66
3.3.8 氧化铝表层复合氧化铜所制备陶瓷的表面微观结构研究66-67
3.3.9 氧化铝表层复合氧化钠和氧化钾所制备陶瓷的表面微观结构研究67
3.3.10 氧化铝表层复合氧化锆所制备陶瓷的表层微观结构研究67-69 3.4 表层复合单向添加剂的氧化铝陶瓷的生长机理及生长模式69-77
3.4.1 固相烧结模型及动力学69-72
3.4.2 液相烧结72-73
3.4.3 氧化铝晶粒的正常生长和异常长大73-76
3.4.4 氧化铝烧结生长模式76-77 3.5 小结77-80第4章 复相添加剂表层复合对氧化铝表面微观结构及生长模式的影响80-90 4.1 前言80 4.2 试验过程80 4.3 结果与讨论80-88
4.3.1 氧化铝表层复合 MgO-SiO2复合添加剂所制备陶瓷的表面生长模式80-82
4.3.2 氧化铝表层复合 TiO2-SiO2复合添加剂所制备陶瓷的表面生长模式82-83
4.3.3 氧化铝表层 CaO-SiO2复合添加剂所制备陶瓷的表面生长模式83
4.3.4 氧化铝表层复合 MgO-TiO2复合添加剂所制备陶瓷的表面生长模式83-86
4.3.5 氧化铝表层复合 MgO-TiO2-CaO 复合添加剂所制备陶瓷的表面生长模式86-88 4.4 复相添加剂对氧化铝生长模式的影响88-89 4.5 小结89-90第5章 氧化铝陶瓷表层复合氧化钛的表面微观结构和生长模式研究90-106 5.1 前言90 5.2 试验部分90-91 5.3 结果与分析91-103
5.3.1 氧化钛的介入量对氧化铝微观结构和生长模式的影响91-95
5.3.2 烧结温度对氧化钛表层复合氧化铝微观结构和生长模式的影响95-99
5.3.3 AKP 氧化铝陶瓷表层复合氧化钛的表面微观结构研究99-100
5.3.4 聚焦粒子束切割表面的微观结构研究100
5.3.5 纯氧化钛陶瓷微观结构研究100-101
5.3.6 氧化铝陶瓷表层复合氧化钛断面微观结构分析101-103 5.4 氧化钛对氧化铝生长模式的影响探讨103-104 5.5 小结104-106第6章 氧化铝陶瓷表层复合钛酸铝及其抗热震性能研究106-118 6.1 前言106-107 6.2 试验107-108 6.3 结果与讨论108-116
6.3.1 氧化铝表层复合钛酸铝所制备陶瓷的微观结构研究108-112
6.3.2 AM997 氧化铝陶瓷抗热震性能研究112-114
6.3.3 热震损伤理论及热震性机理114-116 6.4 小结116-118第7章 结论与展望118-122 7.1 本论文结论118-120 7.2 本论文创新点120 7.3 研究展望120-122参考文献122-128致谢128-129个人简历129攻读博士期间发表的学术论文129攻读博士期间发表的发明专利129
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