数字化变电站系统通讯管理机的应用与研究

摘要：通讯管理机作为变电站自动化系统的局部数据集中转发设备，有着非常重要的地位。本文介绍了变电站由综合自动化向数字化转换的过程中，IEC-61850变电站自动化通信网络标准对通讯管理机的新要求，以及研祥的产品所提供的解决方案。
1、数字化变电站简述
传统的变电站自动化系统存在着动态测量范围局限大，逻辑层信息模型无法统一，二次设备互操作性不强等诸多问题，这些问题限制了变电站自动化的进一步发展。为此，我国于05~06年左右开始正式进行数字化变电站科研试运行；到08年底，全国数字化变电站运行个数已不下100个；按照电力系统的一般规律，经过4~5年的运行观察，在2010年左右将自上而下全面开始取代目前综合自动化变电站系统。
数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约IEC61850构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。
常规综自站的一次设备采集模拟量，通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。
数字化变电站一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，然后传到后台监控系统，而监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。常规综自站与数字化变电站对比如图所示。

2、通讯管理机
IEC-61850提出了变电站过程层、间隔层、站控层的三层结构模型。

数字化变电站采用低功率、数字化的光电互感器代替常规互感器，将高电压、大电流直接变换为数字信号。变电站内设备之间通过高速网络进行信息交互，二次设备不再出现功能重复的I/O 接口，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块，即通过采用标准以太网技术真正实现了数据及资源共享。组网技术、网络冗余技术、数据流建模、网络性能、可靠性分析、变电站过程层新型同步方法、变电站信息安全等成为构建整个系统信号通路的关键技术。
通讯管理机作为数据集中转发节点，影响着整个系统的稳定性与实时性，作用非常重要。在常规综自站中，各类测控、保护设备多为RS-2332/422/485接口，通讯管理机通过串口收集数据，进行规约转换后通过以太网上传至控制层，所以对通讯管理机的要求是多串口。
数字变电站的特征之一就是通过以太网实现数据共享，所以多网口成为通讯管理机新的要求。同时，多个节点的数据信号可以在同一条线缆中传输，大大节省了设备空间、布线成本。
3、设备要求
对于通讯管理机，IEC-61850有着严格的规定：
性能方面：要求支持快速存储转发方式和QoS服务质量，以保证网络中重要的GOOSE数据包得到实时传输；
电磁兼容方面：必须通过静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等电磁干扰实验和电击、雷击等测试。
环境温度方面：必须满足（-40℃～85℃）宽范围的工作温度，存储温度也要求满足宽温条件。
机械结构方面：必须通过专门的强振动、大冲击的承受度测试；满足特定的防尘、防潮；具备良好的散热条件。
4、研祥解决方案
SPC-0209是一款研祥推出的面向电力行业数字化变电站应用的多网口的低功耗无风扇原装整机，符合了电力行业高EMC防护等级的需求，整体模块化设计，满足了电力行业系统通讯层通讯管理机硬件平台的各方面的需求。
4.1 性能
SPC-0209采用INTEL最新的PINEVIEW-D处理器--D510，双核1.66G主频，同时支持“超线程”可同时运行4个线程，为整机带来强劲的数据处理能力。搭配ICH8M南桥芯片，整机功耗小于60W，满足了产品高性能低功耗的要求。