智能电子设备安装在变电站的间隔层,自动完成信息采集、保护、测量控制和状态监测等功能,智能电子设备是变电站中的重要设备,体现了变电站的自动化水平。多CPU分布式结构成为IED设计的主流选择,但基于该架构的IED存在着开发难度大、开发周期长、插件和元件数量多和故障率高等问题。解决这些问题必须从IED的架构着手,计算机技术和芯片制造技术的进步为IED的开发研究提供了坚实的技术保障,为克服传统IED存在的缺点提供了研究方向。针对智能电子设备功能集成和通信分散的特点,论文提供了基于ZYNQ平台的母线差动保护IED解决方案。首先,分析IEC 61850标准,得出IED的基本功能框架。然后,选择集成了双ARM处理系统和FPGA可编程逻辑的ZYNQ平台,进行IED方案设计。具体方案是:在双ARM处理系统上建立嵌入式Linux系统和实时系统,嵌入式Linux系统中移植mmslite软件包实现了 MMS服务,实时系统中实现了 GOOSE/SV功能,FPGA中实现过程层通信。该部分并不涉及具体的保护功能。进一步,设计母线差动保护IED。实现了采样值差动逻辑和面向母线差动保护的建模,独创性的采用硬件加速技术在FPGA中构建差分计算模块,和实时系统中的是时差法公共检测TA饱和。论文在该部分对TA饱和的原理进行了分析,对时差法的进行仿真,表明了差分法具有较好的检测TA饱和效果。论文详细介绍了差分法IP核的设计方法,对差分逻辑状态机的执行策略进行了阐述。硬件加速技术带来的系统软硬件数据交互方式的转变和保护并行执行策略,论文对这两方面进行了详细介绍。最后,论文进行了三项测试..1)资源占用比测试:表明母线差动保护IED使用的系统软硬件满足系统约束。2)加速比测试:硬件加速技术取得了约4.8倍的加速比,显著提高了差分法的执行效率,克服了串行执行方式无法实现差分法的缺陷。3)RTDS系统闭环测试:模拟各类母线故障和TA饱和,对母线差动保护IED进行测试,结果表明IED具有良好的选择性、可靠性和检测TA饱和性能。论文在ZYNQ平台上进行智能变电站IED的开发研究,带来了装置体系架构和开发方式的转变。母线差动保护IED的架构由单块板卡代替原来的多板卡,缩小了产品体积,减少了元件与插件数量,降低了故障率,稳定性和可靠性大大增加。IED设计过程中采用了标准的软硬件开发工具,开发一致性高,缩短了开发周期,便于项目实施和维护。此外,软硬件协同的开发方式能够将硬件与软件协同起来,实现原有软件中无法实现的功能,使得优秀的保护算法得以应用。测试表明,母线差动保护IED的资源使用满足系统约束,动作条件满足国家标准。因此,论文的设计成果具有实际应用价值。