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摘要：随着网络通信技术在变电站自动化系统中的广泛应用，数字化变电站的应用日益广泛。变电站自动化技术中数字化变电站技术的出现是变电站发展史上的一次重大变革，其建成和运用具有划时代的意义。通过分析目前数字化变电站的基本结构和技术特点，得出目前数字化变电站发展的技术瓶颈问题，最后结合当前数字化变电站改造工程中的先进技术应用，提出了解决数字化变电站发展瓶颈问题的策略，为更好地促进数字化变电站的建设及其技术发展提供有益的参考和帮助。
关键词：数字化变电站；技术瓶颈；问题；解决策略
作者简介：李亚民（1983-），男，湖南常德人，贵州送变电工程公司调试所，工程师。（贵州 贵阳 550002）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0207-02
尽管在当前智能电网发展潮流中，数字化变电站已成为电力企业的首选，然而数字化变电站在技术上仍存在较大的提升空间。相关的技术瓶颈得不到突破，将会使数字化变电站的技术优势大打折扣，其应用推广也将受到制约，对当前智能化电网的发展势必也会带来重大影响。
一、数字化变电站的基本结构和技术特点
1.数字化变电站的基本结构
数字化变电站体系结构趋向于分层分布式，主要由设备层（站控层）、间隔层和变电站层（过程层）三层组成。
（1）设备层。设备层主要由电子式互感器和智能开关设备等组成。该层用来采集电力系统实时电气量，检测断路器、变压器、母线等运行设备的状态以及执行上层控制指令等。
（2）间隔层。间隔层主要由保护装置、故障录波器、测控装置、安全自动装置以及电能计量装置等设备组成。该层用来汇总本间隔过程层实时数据信息，对一次设备进行保护控制，快速高效完成与设备层及变电站层的网络通信。
（3）变电站层。变电站层主要由主机、操作员站、五防工作站、远动装置等设备组成。该层用来汇总全站的实时数据，向调度中心传送数据或接收调度中心传送到间隔层和过程层的命令。另外，该层还能够对另外两层的设备进行在线维护以及实现变电站自身故障的自动分析诊断功能。
2.数字化变电站的技术特点
与传统意义上的变电站相比，数字化变电站的技术特点主要体现在如下几点：一是一次设备的智能化。数字化变电站采用智能化的电子式互感器以及智能开关等一次设备，实现了电器自动控制、自动检测自身故障、自动调节与远方控制中心的通信等。二是二次设备的网络化。通过合并单元采集非常规互感器的输出信息，通过光纤传输，并在二次设备间利用通信网络交换信息的方式将采集的信息发送给保护测控设备。三是IEC61850的标准化。数字化变电站全站通信网络和系统实现均采用IEC61850标准，数字化变电站站内设备可基于IEC61850标准的系统性和开放性有效进行互操作。四是运行管理的自动化。数字化变电站在设备智能化、站内设备的互操作性以及网络通信平台的信息共享等方面的技术特点，使其具备了较大程度的运行管理自动化的特点。
二、数字化变电站发展的技术瓶颈问题
当前数字化变电站虽然广泛应用了电子式互感器等一次智能设备，但其可靠性问题还有待完善。同样数字化变电站虽然实现了设备间的信息交互，但在网络交互信息的采集与共享方面却未有实质性进展。另外，网络系统选型问题以及IED的互操作性问题依然是制约当前数字化变电站发展的重要瓶颈问题。
1.电子式互感器的可靠性问题
电子式互感器作为设备层中的关键设备可靠性至关重要。由于电子式互感器中采用了一些比较容易损耗的光学器件和电子器件等元件，其可靠性很容易受系统热稳定性、电磁兼容以及电子元件自身的可靠性等因素的影响，电子式互感器的可靠性问题还需要进一步在工程实际应用中进行检验。
2.网络交互信息采集与共享问题
数字化变电站用光纤传输数字量，而在现场运行维护中，对光纤传输通道的误码率和传输时延等的测试和维护难度较大。另外，合并单元的输出量通过以太网发送给变电站二次保护设备，被传输的采样值报文流经多个节点，可能会出现数据包丢包等问题。这些问题在一定程度上制约了整个系统中各个设备对网络交互信息的有效采集与共享。
3.网络通信系统的选型问题
数字化变电站自动化系统的实现完全依赖于网络通信系统，网络通信系统的可靠性与网络信息传送的高效性就决定了整个数字化变电站自动化系统的可用性，因此，解决好网络通信系统的选型问题，意义重大。虽然当前的数字化变电站内的信息交互全部通过以太网实现，而且保证了通信的确定性，但由于数字化变电站网络系统中信息的采样以及控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的，如何控制好信息采样的同步以及命令的快速输出是网络系统选型要解决的一个复杂问题。
4.IED的互操作性问题
由于IEC61850标准比较复杂，每个厂家对于IEC61850标准的理解不尽一致，它们在产品研发上会有差异，从而影响装置的统一配置，这就容易出现单独产品能通过一致性测试，但将这些单独的产品构成一个整体的应用系统时却不能通过应用测试的情况。因此，采取有效措施解决IED的互操作性问题至关重要。
三、解决数字化变电站发展瓶颈问题的策略
1.电子式互感器的可靠性问题解决策略
影响电子式互感器测量精度的误差主要来自于一次传感器。其测量误差主要由一次传感器中传感材料电阻或电容自身易随温度变化、与其周围低电位物体间存在固有电场所产生的分布电容等因素引起。为解决这一问题，电子式电流互感器应采用带等电位梯度屏蔽结构的小容量传感器，有效降低传感器的电容量，提高主绝缘的可靠性，从而确保整个电子式电流互感器的可靠性。
2.网络交互信息采集与共享问题解决策略 当前大量的数字化变电站改造工程实践证明，在网络交互的过程中，通过光纤以同步多路采集的方式实现合并单元对电子式互感器输出的数字信号的分层控制及分层数据传输，不仅可以保证数据信号源统一，而且采集的信号精度高、可靠性强，从而可有效提高网络交互数据信息采集、传输和应用的效率，是有效解决当前数字化变电站中网络交互信息采集与共享问题的先进技术。
3.网络系统的选型问题解决策略
为了解决网络系统选型中如何控制好信息采样的同步以及命令的快速输出问题，当前不少数字化变电站改造工程采用了如下几个方面的措施：一是数字化一次设备，就是用可编程控制器取代变电站二次回路中常规的继电器，同时采用光电技术和微处理器对一次设备被检测和控制的操作驱动回路和信号回路进行设计；二是减少二次控制和信号电缆，就是减少户外和控制室的信号电缆和二次控制电缆，尽量用光电数字信号和光纤进行通信；三是实现变电站站内的光纤网络化，即实现变电站内一、二次设备之间全数字化光纤网络通信；四是统一的标准化平台，即通过采用标准统一的数据模型、功能模型、信息模块以及通信协议，确保系统各设备间通信时可以实现数据的无缝交换以及数据传输的可靠性和可用性。
4.IED的互操作性问题解决策略
IEC61850标准是整个数字化变电站的通信体系进行有效通信的重要基石。该标准提供了数字化变电站自动化系统数据模型、功能模型、通信协议以及通信系统的项目管理等一系列标准。按照该标准来规范变数字化变电站电站的网络通信系统，是解决数字化变电站IED的互操作性问题的有效途径。
按照IEC61850标准及数字化变电站的三层（站控层、间隔层、过程层）基本结构，整个数字化变电站网络通信系统的通信接口包括如下六类：实现变电站层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现变电站层（站控层）设备与间隔层设备之间相互通信的接口；实现间隔层保护设备和控制设备之间相互通信的接口；实现间隔层与设备层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现远方控制中心与变电站层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现远方保护与间隔层保护设备和控制设备之间相互通信的接口。
为了有效解决IED的互操作性问题，很多数字化变电站改造工程做了如下规定，通过这些规定使变电站内IED设备能够共享统一信息，具有互操作性，从而有效解决IED的互操作性问题。其中，具体规定如下：一是图2中所示的通信接口③根据情况在图中所示的②和④的通信接口上实现，变电站层设备之间的通信接口和变电站层与间隔层设备的通信接口在小规模的变电站可共用一个物理通信网络；二是其他通信接口应按照IEC61850标准的相关规定实现；三是变电站层设备与远方控制中心的通信接口仍采用IEC60870.5.101标准实现，但要确保远动通信接口设备应有能升级到IEC61850的能力；四是远方保护与间隔层各设备之间相互通信的接口主要用于远跳装置等，由设备制造厂定义，确保能在变电站间的通信系统上能够统一配置。
四、结语
与发达国家相比，我国的数字化变电站还处于起步的发展阶段，技术上还存在较大的提升空间。数字化变电站作为智能电网的核心环节，有效解决当前数字化变电站发展中面临的重要瓶颈问题，充分发挥其技术优势，对促进智能电网的快速发展具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]丁文书.数字化变电站的几个关键技术问题[J].继电器，2011，（l）.
[2]李海星.数字化变电站的网络通信模式[J].电力系统保护与测试，2011，（9）.
[3]高翔.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，
2010，（8）.
关键词：数字化变电站；技术瓶颈；问题；解决策略
作者简介：李亚民（1983-），男，湖南常德人，贵州送变电工程公司调试所，工程师。（贵州 贵阳 550002）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0207-02
尽管在当前智能电网发展潮流中，数字化变电站已成为电力企业的首选，然而数字化变电站在技术上仍存在较大的提升空间。相关的技术瓶颈得不到突破，将会使数字化变电站的技术优势大打折扣，其应用推广也将受到制约，对当前智能化电网的发展势必也会带来重大影响。
一、数字化变电站的基本结构和技术特点
1.数字化变电站的基本结构
数字化变电站体系结构趋向于分层分布式，主要由设备层（站控层）、间隔层和变电站层（过程层）三层组成。
（1）设备层。设备层主要由电子式互感器和智能开关设备等组成。该层用来采集电力系统实时电气量，检测断路器、变压器、母线等运行设备的状态以及执行上层控制指令等。
（2）间隔层。间隔层主要由保护装置、故障录波器、测控装置、安全自动装置以及电能计量装置等设备组成。该层用来汇总本间隔过程层实时数据信息，对一次设备进行保护控制，快速高效完成与设备层及变电站层的网络通信。
（3）变电站层。变电站层主要由主机、操作员站、五防工作站、远动装置等设备组成。该层用来汇总全站的实时数据，向调度中心传送数据或接收调度中心传送到间隔层和过程层的命令。另外，该层还能够对另外两层的设备进行在线维护以及实现变电站自身故障的自动分析诊断功能。
2.数字化变电站的技术特点
与传统意义上的变电站相比，数字化变电站的技术特点主要体现在如下几点：一是一次设备的智能化。数字化变电站采用智能化的电子式互感器以及智能开关等一次设备，实现了电器自动控制、自动检测自身故障、自动调节与远方控制中心的通信等。二是二次设备的网络化。通过合并单元采集非常规互感器的输出信息，通过光纤传输，并在二次设备间利用通信网络交换信息的方式将采集的信息发送给保护测控设备。三是IEC61850的标准化。数字化变电站全站通信网络和系统实现均采用IEC61850标准，数字化变电站站内设备可基于IEC61850标准的系统性和开放性有效进行互操作。四是运行管理的自动化。数字化变电站在设备智能化、站内设备的互操作性以及网络通信平台的信息共享等方面的技术特点，使其具备了较大程度的运行管理自动化的特点。
二、数字化变电站发展的技术瓶颈问题
当前数字化变电站虽然广泛应用了电子式互感器等一次智能设备，但其可靠性问题还有待完善。同样数字化变电站虽然实现了设备间的信息交互，但在网络交互信息的采集与共享方面却未有实质性进展。另外，网络系统选型问题以及IED的互操作性问题依然是制约当前数字化变电站发展的重要瓶颈问题。
1.电子式互感器的可靠性问题
电子式互感器作为设备层中的关键设备可靠性至关重要。由于电子式互感器中采用了一些比较容易损耗的光学器件和电子器件等元件，其可靠性很容易受系统热稳定性、电磁兼容以及电子元件自身的可靠性等因素的影响，电子式互感器的可靠性问题还需要进一步在工程实际应用中进行检验。
2.网络交互信息采集与共享问题
数字化变电站用光纤传输数字量，而在现场运行维护中，对光纤传输通道的误码率和传输时延等的测试和维护难度较大。另外，合并单元的输出量通过以太网发送给变电站二次保护设备，被传输的采样值报文流经多个节点，可能会出现数据包丢包等问题。这些问题在一定程度上制约了整个系统中各个设备对网络交互信息的有效采集与共享。
3.网络通信系统的选型问题
数字化变电站自动化系统的实现完全依赖于网络通信系统，网络通信系统的可靠性与网络信息传送的高效性就决定了整个数字化变电站自动化系统的可用性，因此，解决好网络通信系统的选型问题，意义重大。虽然当前的数字化变电站内的信息交互全部通过以太网实现，而且保证了通信的确定性，但由于数字化变电站网络系统中信息的采样以及控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的，如何控制好信息采样的同步以及命令的快速输出是网络系统选型要解决的一个复杂问题。
4.IED的互操作性问题
由于IEC61850标准比较复杂，每个厂家对于IEC61850标准的理解不尽一致，它们在产品研发上会有差异，从而影响装置的统一配置，这就容易出现单独产品能通过一致性测试，但将这些单独的产品构成一个整体的应用系统时却不能通过应用测试的情况。因此，采取有效措施解决IED的互操作性问题至关重要。
三、解决数字化变电站发展瓶颈问题的策略
1.电子式互感器的可靠性问题解决策略
影响电子式互感器测量精度的误差主要来自于一次传感器。其测量误差主要由一次传感器中传感材料电阻或电容自身易随温度变化、与其周围低电位物体间存在固有电场所产生的分布电容等因素引起。为解决这一问题，电子式电流互感器应采用带等电位梯度屏蔽结构的小容量传感器，有效降低传感器的电容量，提高主绝缘的可靠性，从而确保整个电子式电流互感器的可靠性。
2.网络交互信息采集与共享问题解决策略 当前大量的数字化变电站改造工程实践证明，在网络交互的过程中，通过光纤以同步多路采集的方式实现合并单元对电子式互感器输出的数字信号的分层控制及分层数据传输，不仅可以保证数据信号源统一，而且采集的信号精度高、可靠性强，从而可有效提高网络交互数据信息采集、传输和应用的效率，是有效解决当前数字化变电站中网络交互信息采集与共享问题的先进技术。
3.网络系统的选型问题解决策略
为了解决网络系统选型中如何控制好信息采样的同步以及命令的快速输出问题，当前不少数字化变电站改造工程采用了如下几个方面的措施：一是数字化一次设备，就是用可编程控制器取代变电站二次回路中常规的继电器，同时采用光电技术和微处理器对一次设备被检测和控制的操作驱动回路和信号回路进行设计；二是减少二次控制和信号电缆，就是减少户外和控制室的信号电缆和二次控制电缆，尽量用光电数字信号和光纤进行通信；三是实现变电站站内的光纤网络化，即实现变电站内一、二次设备之间全数字化光纤网络通信；四是统一的标准化平台，即通过采用标准统一的数据模型、功能模型、信息模块以及通信协议，确保系统各设备间通信时可以实现数据的无缝交换以及数据传输的可靠性和可用性。
4.IED的互操作性问题解决策略
IEC61850标准是整个数字化变电站的通信体系进行有效通信的重要基石。该标准提供了数字化变电站自动化系统数据模型、功能模型、通信协议以及通信系统的项目管理等一系列标准。按照该标准来规范变数字化变电站电站的网络通信系统，是解决数字化变电站IED的互操作性问题的有效途径。
按照IEC61850标准及数字化变电站的三层（站控层、间隔层、过程层）基本结构，整个数字化变电站网络通信系统的通信接口包括如下六类：实现变电站层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现变电站层（站控层）设备与间隔层设备之间相互通信的接口；实现间隔层保护设备和控制设备之间相互通信的接口；实现间隔层与设备层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现远方控制中心与变电站层（站控层）各设备之间相互通信的接口；实现远方保护与间隔层保护设备和控制设备之间相互通信的接口。
为了有效解决IED的互操作性问题，很多数字化变电站改造工程做了如下规定，通过这些规定使变电站内IED设备能够共享统一信息，具有互操作性，从而有效解决IED的互操作性问题。其中，具体规定如下：一是图2中所示的通信接口③根据情况在图中所示的②和④的通信接口上实现，变电站层设备之间的通信接口和变电站层与间隔层设备的通信接口在小规模的变电站可共用一个物理通信网络；二是其他通信接口应按照IEC61850标准的相关规定实现；三是变电站层设备与远方控制中心的通信接口仍采用IEC60870.5.101标准实现，但要确保远动通信接口设备应有能升级到IEC61850的能力；四是远方保护与间隔层各设备之间相互通信的接口主要用于远跳装置等，由设备制造厂定义，确保能在变电站间的通信系统上能够统一配置。
四、结语
与发达国家相比，我国的数字化变电站还处于起步的发展阶段，技术上还存在较大的提升空间。数字化变电站作为智能电网的核心环节，有效解决当前数字化变电站发展中面临的重要瓶颈问题，充分发挥其技术优势，对促进智能电网的快速发展具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]丁文书.数字化变电站的几个关键技术问题[J].继电器，2011，（l）.
[2]李海星.数字化变电站的网络通信模式[J].电力系统保护与测试，2011，（9）.
[3]高翔.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，
2010，（8）.