數字化變電站系統通訊管理機的應用與研究

摘要：通訊管理機作為變電站自動化系統的局部數據集中轉發設備，有著非常重要的地位。本文介紹了變電站由綜合自動化向數字化轉換的過程中，IEC-61850變電站自動化通信網絡標準對通訊管理機的新要求，以及研祥的產品所提供的解決方案。

1、數字化變電站簡述

傳統的變電站自動化系統存在著動態測量范圍局限大，邏輯層信息模型無法統一，二次設備互操作性不強等諸多問題，這些問題限制了變電站自動化的進一步發展。為此，我國于05~06年左右開始正式進行數字化變電站科研試運行；到08年底，全國數字化變電站運行個數已不下100個；按照電力系統的一般規律，經過4~5年的運行觀察，在2010年左右將自上而下全面開始取代目前綜合自動化變電站系統。

數字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化的變電站。全站采用統一的通訊規約IEC61850構建通信網絡，保護、測控、計量、監控、遠動、VQC等系統均用同一網絡接收電流、電壓和狀態信息，各個系統實現信息共享。

常規綜自站的一次設備采集模擬量，通過電纜將模擬信號傳輸到測控保護裝置，裝置進行模數轉換后處理數據，然后通過網線上將數字量傳到后臺監控系統。同時監控系統和測控保護裝置對一次設備的控制通過電纜傳輸模擬信號實現其功能。

數字化變電站一次設備采集信息后，就地轉換為數字量，通過光纜上傳測控保護裝置，然后傳到后臺監控系統，而監控系統和測控保護裝置對一次設備的控制也是通過光纜傳輸數字信號實現其功能。常規綜自站與數字化變電站對比如圖所示。

2、通訊管理機

IEC-61850提出了變電站過程層、間隔層、站控層的三層結構模型。

數字化變電站采用低功率、數字化的光電互感器代替常規互感器，將高電壓、大電流直接變換為數字信號。變電站內設備之間通過高速網絡進行信息交互，二次設備不再出現功能重復的I/O 接口，常規的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，即通過采用標準以太網技術真正實現了數據及資源共享。組網技術、網絡冗余技術、數據流建模、網絡性能、可靠性分析、變電站過程層新型同步方法、變電站信息安全等成為構建整個系統信號通路的關鍵技術。

通訊管理機作為數據集中轉發節點，影響著整個系統的穩定性與實時性，作用非常重要。在常規綜自站中，各類測控、保護設備多為RS-2332/422/485接口，通訊管理機通過串口收集數據，進行規約轉換后通過以太網上傳至控制層，所以對通訊管理機的要求是多串口。

數字變電站的特征之一就是通過以太網實現數據共享，所以多網口成為通訊管理機新的要求。同時，多個節點的數據信號可以在同一條線纜中傳輸，大大節省了設備空間、布線成本。

3、設備要求

對于通訊管理機，IEC-61850有著嚴格的規定：

性能方面：要求支持快速存儲轉發方式和QoS服務質量，以保證網絡中重要的GOOSE數據包得到實時傳輸；

電磁兼容方面：必須通過靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度等電磁干擾實驗和電擊、雷擊等測試。

環境溫度方面：必須滿足（-40℃～85℃）寬范圍的工作溫度，存儲溫度也要求滿足寬溫條件。

機械結構方面：必須通過專門的強振動、大沖擊的承受度測試；滿足特定的防塵、防潮；具備良好的散熱條件。

4、研祥解決方案

SPC-0209是一款研祥推出的面向電力行業數字化變電站應用的多網口的低功耗無風扇原裝整機，符合了電力行業高EMC防護等級的需求，整體模塊化設計，滿足了電力行業系統通訊層通訊管理機硬件平臺的各方面的需求。

4.1 性能

SPC-0209采用INTEL最新的PINEVIEW-D處理器--D510，雙核1.66G主頻，同時支持“超線程”可同時運行4個線程，為整機帶來強勁的數據處理能力。搭配ICH8M南橋芯片，整機功耗小于60W，滿足了產品高性能低功耗的要求。