变电站监控系统已经迅速普及,其设备操作便捷,信息传输迅速,是保障电力系统安全运行的基础。目前的变电站系统普遍实现了综合自动化,这种自动化系统需要很强的站内通信能力,因此通信网络的实时性、可靠性、准确性成为了评价变电站监控系统性能优劣的关键指标。随着变电自动化系统的配置方式从集中方式、集中于分散相结合方式转变为完全分散方式,现场总线技术被引入到变电站系统的网络通信中。但随着变电站系统中电气设备多元化、传输数据量的迅猛增长,传统现场总线已不能满足变电站系统的发展需求,寻求一款更高效的现场总线技术就显得刻不容缓。EtherCAT现场总线是德国倍福公司提出的一种新型超高速开放实时以太网协议,其优势在于性能高,成本低,拓扑结构灵活,由于引入了分布时钟机制,满足控制系统的高同步性要求。基于EtherCAT工业以太网良好的实时性和可靠性以及较低的维护成本等优势,将其应用到数字化变电站系统中便是本课题的研究目的。本文以EtherCAT主从站之间的通信为重点,研究了 EtherCAT通信原理和主站协议栈,并且介绍了多种主站和从站的设计实现方案。最终选择LAN9252和STM32F407分别作为从站控制器和从站的微处理器,以实现变电站通信系统中的数字量和模拟量数据的通信,同时介绍了从站XML文件和STM32程序的配置编写详细步骤。EtherCAT主站选择移植性好、开发较成熟、开源免费的IgH EtherCAT Master软主站进行开发设计。为了更好地展现EtherCAT实时性能还对Linux系统进行Xenomai实时扩展,基于这套开源框架完成主站模块的开发。通过对EtherCAT主从站通信的测试以及借助Wireshark对数据帧抓包得出通信循环周期,证明主从站模块设计成功,且报文传输时间和抖动都在μs级,实现了本课题的研究目的,具有很好的实际应用价值。随后,在EtherCAT主从站成功通信的基础上设计了变电站监控系统的上位机软件。该上位机软件可以对接入网络的从站设备进行电力参数的监测,发送遥控命令进行远程控制,查询与记录历史数据,同时在从站设备出现故障时及时报警并生成SOE事件记录。最后,介绍了在课题研究基础上,提出了未来进一步研究、完善、改进的方向。