數(shù)字化變電站系統(tǒng)通訊管理機(jī)的應(yīng)用與研究

摘要：通訊管理機(jī)作為變電站自動化系統(tǒng)的局部數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)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(shù)字化轉(zhuǎn)換的過程中，IEC-61850變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)對通訊管理機(jī)的新要求，以及研祥的產(chǎn)品所提供的解決方案。

1、數(shù)字化變電站簡述

傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)存在著動態(tài)測量范圍局限大，邏輯層信息模型無法統(tǒng)一，二次設(shè)備互操作性不強(qiáng)等諸多問題，這些問題限制了變電站自動化的進(jìn)一步發(fā)展。為此，我國于05~06年左右開始正式進(jìn)行數(shù)字化變電站科研試運行；到08年底，全國數(shù)字化變電站運行個數(shù)已不下100個；按照電力系統(tǒng)的一般規(guī)律，經(jīng)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(tǒng)。

數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約IEC61850構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)、測控、計量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動、VQC等系統(tǒng)均用同一網(wǎng)絡(luò)接收電流、電壓和狀態(tài)信息，各個系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。

常規(guī)綜自站的一次設(shè)備采集模擬量，通過電纜將模擬信號傳輸?shù)綔y控保護(hù)裝置，裝置進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后處理數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)線上將數(shù)字量傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。同時監(jiān)控系統(tǒng)和測控保護(hù)裝置對一次設(shè)備的控制通過電纜傳輸模擬信號實現(xiàn)其功能。

數(shù)字化變電站一次設(shè)備采集信息后，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纜上傳測控保護(hù)裝置，然后傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，而監(jiān)控系統(tǒng)和測控保護(hù)裝置對一次設(shè)備的控制也是通過光纜傳輸數(shù)字信號實現(xiàn)其功能。常規(guī)綜自站與數(shù)字化變電站對比如圖所示。

2、通訊管理機(jī)

IEC-61850提出了變電站過程層、間隔層、站控層的三層結(jié)構(gòu)模型。

數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的光電互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號。變電站內(nèi)設(shè)備之間通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，二次設(shè)備不再出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O 接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，即通過采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源共享。組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)、數(shù)據(jù)流建模、網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建整個系統(tǒng)信號通路的關(guān)鍵技術(shù)。

通訊管理機(jī)作為數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實時性，作用非常重要。在常規(guī)綜自站中，各類測控、保護(hù)設(shè)備多為RS-2332/422/485接口，通訊管理機(jī)通過串口收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后通過以太網(wǎng)上傳至控制層，所以對通訊管理機(jī)的要求是多串口。

數(shù)字變電站的特征之一就是通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，所以多網(wǎng)口成為通訊管理機(jī)新的要求。同時，多個節(jié)點的數(shù)據(jù)信號可以在同一條線纜中傳輸，大大節(jié)省了設(shè)備空間、布線成本。

3、設(shè)備要求

對于通訊管理機(jī)，IEC-61850有著嚴(yán)格的規(guī)定：

性能方面：要求支持快速存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式和QoS服務(wù)質(zhì)量，以保證網(wǎng)絡(luò)中重要的GOOSE數(shù)據(jù)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(huán)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(jī)械結(jié)構(gòu)方面：必須通過專門的強(qiáng)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(yè)數(shù)字化變電站應(yīng)用的多網(wǎng)口的低功耗無風(fēng)扇原裝整機(jī)，符合了電力行業(yè)高EMC防護(hù)等級的需求，整體模塊化設(shè)計，滿足了電力行業(yè)系統(tǒng)通訊層通訊管理機(jī)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(jī)帶來強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)處理能力。搭配ICH8M南橋芯片，整機(jī)功耗小于60W，滿足了產(chǎn)品高性能低功耗的要求。