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摘要：随着我国电网的飞速发展，变电站自动化技术已经进入数字化时代。新建变电站无论 电压等级高低，基本采用变 电站 自动化系统。许多老变电站也通过改造逐步实现了变 电站 自动化。变电站 自动化化技术的广泛采用提高 了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的能力，降低了变电站建设成本。本文着重论述了数字化变电站自动化系统的特征、结构及今后的发展方向。
关键词：变电站 自动化 数字化 智能化
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-267-01
前言：变电设备的操作是关系到电网稳定、人身安全的重要环节。传统变电站一直以手工操作为主。但随着电网技术含量增加，设备性能扩充，变电网络构造、操作程序越来越复杂，增加了人员操作的安全风险而改用电脑程序执行系列操作，则轻而易举地解决了这一难题。由于以电脑智能化替代人工操作，从而免去写票、现场判断等人为步骤，使误操作的概率减小到最低限度；同时，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，变电站中信息的采集、传输和处理采用全数字化的模式将成为变电站自动化建设的必然趋势。
一、数字化变电站的特征
1提升测量精度：数字化变 电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差 ，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。
2提高信号传输的可靠性：数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现。通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验码和通道 自检信息，杜绝误传信号和监视通信系统的完好性， 断线、CT断线的判断将不再是问题。数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。
3减少二次接线：数字化变电站的一次设备和二次设备间采用计算机通信技术，一条信道可传输多个通道的信息，加上使用网络技术，大幅度减少了二次接线的数量和复杂度。
4解决设备间的互操作 问题 ：传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作J陛问题至今仍然没有得到很好地解决，主要原因是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准。为实现不同厂家设备的互连 ，必须设置大量的规约转换器，增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难度，降低了通信系统的性能。数字化变电站的所有智能设备均按统一 的标准建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。
5变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复：数字化变电站的所有信息采用统一 的信息模型，按统一的通信标准接人变 电站通信网络。变电站的保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一个通信网络接收电流、电压和状态等信息以及发出控制命令，不需为不同功能建设各自的信息采集 、传输和执行系统。
6自动化运行和管理水平的进一步提高 ：数字化变电站的采用智能一次设备，所有功能均可遥控实现。通信系统传输的信息更完整，通信的可靠性和实时性都大幅度提高。变电站因此可实现更多、更复杂的 自动化功能，提高自动化水平 。
7避免电缆带来的电磁兼容 、传输过电压和两点接地等问题：数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接 ，电磁干扰和传输过电压没有影响到二次设备的途径 ，而且也没有二次回路两点接地的可能性。
二、数宇化变电站自动化系统的结构
一）数据采集数字化
数字化变电站的主要标志是采用数字化电气量测系统（如光电式互感器或电子式互感器）采集电流、电压等电气量，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化应用提供了基础。
二）系统结构紧凑化
数字化电气量测系统具有体积小、重量轻等特点，可以将其集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其它自动装置的 I/O 单元（如 A/D 变换、光隔离器件、控制操作回路等）作为一次智能设备的一部分，实现了 IED 的近过程化（process-close）设计；在中低压变电站可将保护及监控装置小型化、紧凑化并完整地安装在开关柜上。
二）系统分层分布化
数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的～次设备和网络化的二次设备，在逻辑结构上可分为三个层次，IEC61850 提出了变电站过程层、间隔层、站控层的三层结构模型，建议采用面向对象建模、软件复用、高速以太网、嵌入式实时操作系统（real-timeoperating system，RTOS）以及 XML （extensible markuplanguage）等技术，以便满足电力系统对实时性、可靠性的要求，同时有效地解决异构系统之间的信息互通、装置的自我描述和互操作以及系统的扩展性等问题，为实施变电站分层分布式方案提供了可靠的技术基础。
1、过程层
过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：（1）电力运行实时的电气量检测；（2）运行设备的状态参数检测；（3）操作控制执行与驱动。
1）电力运行的实时电气量检测
与常规方式不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代 ；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
2）操作控制的执行与驱动
操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放 电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的 ，即按上层控制指令而动作。
2、间隔层
间隔层设备的主要功能是 ：（1）汇总本间隔过程层实时数据信息 ；（2）实施对一次设备保护控制功能，（3）实施本间隔操作闭锁功能；（4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制 ；（6）承上启下的通信功能。必要时，上下网络接 口具备双 口全双工方式，以提高信息通道的冗余度 ，保证网络通信的可靠性。
3、站控层
站控层的主要任务是：（1）通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心 ；（3）接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（4）具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；（5）具有站内当地监控，人机联系功能；（6）具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护 、在线组态、在线修改参数的功能；（7）具有变电站故障 自动分析和操作培训功能。
四）信息交互网络化
数字化变电站采用低功率、数字化的新型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。
三结束语
随着国家工业化进程的一步步擴大，对电力需求的不断增加，对于供电可靠性的要求也越来越高。数字化变电站在技术上可以减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率，避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度。在经济上，可以实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复建设和投资；减少变电站寿命周期内的总体成本。要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，但作者相信，在不远的将来，数字化的变电站自动化系统，将成为变电站自动化的主流。
关键词：变电站 自动化 数字化 智能化
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-267-01
前言：变电设备的操作是关系到电网稳定、人身安全的重要环节。传统变电站一直以手工操作为主。但随着电网技术含量增加，设备性能扩充，变电网络构造、操作程序越来越复杂，增加了人员操作的安全风险而改用电脑程序执行系列操作，则轻而易举地解决了这一难题。由于以电脑智能化替代人工操作，从而免去写票、现场判断等人为步骤，使误操作的概率减小到最低限度；同时，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，变电站中信息的采集、传输和处理采用全数字化的模式将成为变电站自动化建设的必然趋势。
一、数字化变电站的特征
1提升测量精度：数字化变 电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差 ，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。
2提高信号传输的可靠性：数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现。通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验码和通道 自检信息，杜绝误传信号和监视通信系统的完好性， 断线、CT断线的判断将不再是问题。数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。
3减少二次接线：数字化变电站的一次设备和二次设备间采用计算机通信技术，一条信道可传输多个通道的信息，加上使用网络技术，大幅度减少了二次接线的数量和复杂度。
4解决设备间的互操作 问题 ：传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作J陛问题至今仍然没有得到很好地解决，主要原因是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准。为实现不同厂家设备的互连 ，必须设置大量的规约转换器，增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难度，降低了通信系统的性能。数字化变电站的所有智能设备均按统一 的标准建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。
5变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复：数字化变电站的所有信息采用统一 的信息模型，按统一的通信标准接人变 电站通信网络。变电站的保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一个通信网络接收电流、电压和状态等信息以及发出控制命令，不需为不同功能建设各自的信息采集 、传输和执行系统。
6自动化运行和管理水平的进一步提高 ：数字化变电站的采用智能一次设备，所有功能均可遥控实现。通信系统传输的信息更完整，通信的可靠性和实时性都大幅度提高。变电站因此可实现更多、更复杂的 自动化功能，提高自动化水平 。
7避免电缆带来的电磁兼容 、传输过电压和两点接地等问题：数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接 ，电磁干扰和传输过电压没有影响到二次设备的途径 ，而且也没有二次回路两点接地的可能性。
二、数宇化变电站自动化系统的结构
一）数据采集数字化
数字化变电站的主要标志是采用数字化电气量测系统（如光电式互感器或电子式互感器）采集电流、电压等电气量，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化应用提供了基础。
二）系统结构紧凑化
数字化电气量测系统具有体积小、重量轻等特点，可以将其集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其它自动装置的 I/O 单元（如 A/D 变换、光隔离器件、控制操作回路等）作为一次智能设备的一部分，实现了 IED 的近过程化（process-close）设计；在中低压变电站可将保护及监控装置小型化、紧凑化并完整地安装在开关柜上。
二）系统分层分布化
数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的～次设备和网络化的二次设备，在逻辑结构上可分为三个层次，IEC61850 提出了变电站过程层、间隔层、站控层的三层结构模型，建议采用面向对象建模、软件复用、高速以太网、嵌入式实时操作系统（real-timeoperating system，RTOS）以及 XML （extensible markuplanguage）等技术，以便满足电力系统对实时性、可靠性的要求，同时有效地解决异构系统之间的信息互通、装置的自我描述和互操作以及系统的扩展性等问题，为实施变电站分层分布式方案提供了可靠的技术基础。
1、过程层
过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：（1）电力运行实时的电气量检测；（2）运行设备的状态参数检测；（3）操作控制执行与驱动。
1）电力运行的实时电气量检测
与常规方式不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代 ；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
2）操作控制的执行与驱动
操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放 电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的 ，即按上层控制指令而动作。
2、间隔层
间隔层设备的主要功能是 ：（1）汇总本间隔过程层实时数据信息 ；（2）实施对一次设备保护控制功能，（3）实施本间隔操作闭锁功能；（4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制 ；（6）承上启下的通信功能。必要时，上下网络接 口具备双 口全双工方式，以提高信息通道的冗余度 ，保证网络通信的可靠性。
3、站控层
站控层的主要任务是：（1）通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心 ；（3）接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（4）具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；（5）具有站内当地监控，人机联系功能；（6）具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护 、在线组态、在线修改参数的功能；（7）具有变电站故障 自动分析和操作培训功能。
四）信息交互网络化
数字化变电站采用低功率、数字化的新型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。
三结束语
随着国家工业化进程的一步步擴大，对电力需求的不断增加，对于供电可靠性的要求也越来越高。数字化变电站在技术上可以减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率，避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度。在经济上，可以实现信息在运行系统和其他系统之间的共享，减少重复建设和投资；减少变电站寿命周期内的总体成本。要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，但作者相信，在不远的将来，数字化的变电站自动化系统，将成为变电站自动化的主流。