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[摘 要] 近年来，随着网络通信技术和自动化技术的发展，数字化变电站很快的发展起来了。本文介绍了数字化变电站的基本概念以及数字变电站中一、二次设备与传统变电站设备的区别。
[关键词] 数字化 变电站 数字交换机 网络结构
1、 数字化变电站基本概念及基本特征
①数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
②优点：1、各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入；2、测量精度高、无饱和、无CT二次开路；3、二次接线简单；4、光纤取代电缆，电磁兼容性能优越；5、信息传输通道都可自检，可靠性高；6、管理自动化。
③特点：1、变电站传输和处理的信息全数字化；2、过程层设备智能化；3、统一的信息模型、数据模型、功能模型；4、统一的通信协议、数据无缝交换；5、高质量信息、可靠性、完整性、实时性；6、各种设备和功能共享统一的信息平台。
2、IEC61850标准的基本概念及发展方向
IEC61850标准是由国际电工委员会(International Electro technical Commission)第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。其目的是: (1)实现不同厂家的IED(intelligent Electronic Device 智能电子设备)之间交换数据；使用这些数据，实现所需的功能；(2)自由组态，自由分配智能设备的功能；支持客户的任意设计理念-集中式或分布式系统；(3)长期稳定性，面向未来；符合通信系统主流的发展方向；符合系统发展的要求。其发展方向主要是：变电站之间的通信；变电站和调度中心之间的通信；对设备监控的扩展；电能品质监视；风电场的控制和监事；分布式能源的控制和监视；水电站的控制和监视。
3、 智能化的一次设备
①智能化的一次设备包括光电/电子式互感器，智能化断路器等。光电/电子式互感器的最大特点是可以输出低压模拟量和数字量信号，直接用于微机保护和电子式计量设备，适应电子系统数字化、智能化和网络化的需要，由于其动态范围比较大，能同时适用于测量和保护两种功能的应用。光电/电子式互感器具有良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽、动态范围大等特点。
②智能化断路器由微机、电力电子组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，实现按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸时间，减少暂态过电压幅值。检测电网中断路器开断前一瞬间的各种工作状态信息，自动选择和调节操动机构以及灭弧室状态相适应的合理工作条件，以改变现有断路器的单一分闸特性。在轻载时以较低的分闸速度开断，而在系统故障时又以较高的分闸速度开断等，这样就可获得开断时电气和机构性能上的最佳开断效果。断路器设备的信息由设备内微机直接处理，并独立执行当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。
4、变电站内的二次设备
变电站内的二次设备，除了传统变电站内的如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置外，还增加了数字交换机，全部基于标准化、模块化的微处理器设计制造，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，它们之间的连接全部采用高速的网络通信，通过数字交换机真正实现数据共享、资源共享。
5、数字化变电站的网络结构
根据IEC61850通信协议定义，数字化变电站自动化系统分为三层网络结构。这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信，通信媒介为网络线或光纤。
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：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。电力运行的实时电气量检测，主要包括电流和电压幅值、相位以及谐波分量的检测，与常规方式相比所不同的是传统的电磁式互感器被光电/电子式互感器取代，传统模拟量被直接采集数字量所取代。运行设备的状态参数在线监测与统计，变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。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、隔离开关合分控制，直流电源充放电控制。
②间隔层
间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备保护控制功能，和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能；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；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工作方式，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
站控层设备的主要功能是：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；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；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；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能；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。
6、数字化变电站存在的问题
①由于间隔层不再是一个独立的体系，而成为一个体系中的一个环节，使得间隔层对过程层设备和网络设备的依耐性增大，可靠性很大程度上依靠光纤通讯网络的可靠性，一旦网络出现故障，全站所有控制功能都将失效，后果非常严重，所以对网络可靠性要求非常高。
②需要考虑更完善的保护控制功能的闭锁机制，由于通过网络就可以发送跳合闸命令，一旦发生非法入侵等信息安全方面的问题，必将产生严重的后果，所以，信息的安全与否直接影响到变电站系统的可靠性。
③由于电子式互感器本身的结构特点和工作方式，导致互感器的角差、比差现场试验难以进行，甚至极性实验也无法开展，只能等到设备带电投运后，才能检验接线的准确性。
④数字化变电站保护校验相对复杂，在变电站运行的条件下对部分间隔进行校验的难度很大，目前常规保护校验仪无法提供数字化保护所需的电流量和电压量，因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置，而要完成实验必须自带合并器完成模拟实验中的电流量和电压量。
7、结束语
在不久的将来，数字化变电站将会全面普及。由于数字化变电站建设涉及部门多，技术含量高，资金量大。在数字化建设过程中，仍将存在很多问题，因此必须从变电站设计、招标、施工、验收、监理等环节加强管理努力提高变电站建设施工质量，确保电网安全、稳定运行。
参考文献:
[1]陈晓峰，浅析数字化变电站与常规变电站的不同以及自身存在的不足。学术论坛，2010（11）.
[2]申狄秋，数字化变电站自动化系统的研究。中国新技术新产品，2010（10）.
[3]永保才，浅论数字化变电站自动化系统。云南电力技术，2007（8）.
[4]宋文伟，岑凯辛。数字化变电站在我国的新发展.电气时空，2010（3）.
[5]梁志宏，孙耀唯，杨昆。 基于数据包络分析及Malmquist 指标法的供电价格激励监管模型研究[J]， 中国电机工程学报，2007，27(34):84-89.
[6]黄太贵，智能电子设备在变电站综合自动化中的应用，电力系统自动化。1998,3.
[7]国家电网公司企业标准，智能变电站测控单元技术规范.
[8]王远章，变电站综合自动化现场技术与维护[M]，北京：中国电力出版社，2004,1-23.
[关键词] 数字化 变电站 数字交换机 网络结构
1、 数字化变电站基本概念及基本特征
①数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
②优点：1、各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入；2、测量精度高、无饱和、无CT二次开路；3、二次接线简单；4、光纤取代电缆，电磁兼容性能优越；5、信息传输通道都可自检，可靠性高；6、管理自动化。
③特点：1、变电站传输和处理的信息全数字化；2、过程层设备智能化；3、统一的信息模型、数据模型、功能模型；4、统一的通信协议、数据无缝交换；5、高质量信息、可靠性、完整性、实时性；6、各种设备和功能共享统一的信息平台。
2、IEC61850标准的基本概念及发展方向
IEC61850标准是由国际电工委员会(International Electro technical Commission)第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。其目的是: (1)实现不同厂家的IED(intelligent Electronic Device 智能电子设备)之间交换数据；使用这些数据，实现所需的功能；(2)自由组态，自由分配智能设备的功能；支持客户的任意设计理念-集中式或分布式系统；(3)长期稳定性，面向未来；符合通信系统主流的发展方向；符合系统发展的要求。其发展方向主要是：变电站之间的通信；变电站和调度中心之间的通信；对设备监控的扩展；电能品质监视；风电场的控制和监事；分布式能源的控制和监视；水电站的控制和监视。
3、 智能化的一次设备
①智能化的一次设备包括光电/电子式互感器，智能化断路器等。光电/电子式互感器的最大特点是可以输出低压模拟量和数字量信号，直接用于微机保护和电子式计量设备，适应电子系统数字化、智能化和网络化的需要，由于其动态范围比较大，能同时适用于测量和保护两种功能的应用。光电/电子式互感器具有良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽、动态范围大等特点。
②智能化断路器由微机、电力电子组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，实现按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸时间，减少暂态过电压幅值。检测电网中断路器开断前一瞬间的各种工作状态信息，自动选择和调节操动机构以及灭弧室状态相适应的合理工作条件，以改变现有断路器的单一分闸特性。在轻载时以较低的分闸速度开断，而在系统故障时又以较高的分闸速度开断等，这样就可获得开断时电气和机构性能上的最佳开断效果。断路器设备的信息由设备内微机直接处理，并独立执行当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。
4、变电站内的二次设备
变电站内的二次设备，除了传统变电站内的如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置外，还增加了数字交换机，全部基于标准化、模块化的微处理器设计制造，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，它们之间的连接全部采用高速的网络通信，通过数字交换机真正实现数据共享、资源共享。
5、数字化变电站的网络结构
根据IEC61850通信协议定义，数字化变电站自动化系统分为三层网络结构。这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信，通信媒介为网络线或光纤。
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：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。电力运行的实时电气量检测，主要包括电流和电压幅值、相位以及谐波分量的检测，与常规方式相比所不同的是传统的电磁式互感器被光电/电子式互感器取代，传统模拟量被直接采集数字量所取代。运行设备的状态参数在线监测与统计，变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。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、隔离开关合分控制，直流电源充放电控制。
②间隔层
间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备保护控制功能，和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能；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；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工作方式，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
站控层设备的主要功能是：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；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；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；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能；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。
6、数字化变电站存在的问题
①由于间隔层不再是一个独立的体系，而成为一个体系中的一个环节，使得间隔层对过程层设备和网络设备的依耐性增大，可靠性很大程度上依靠光纤通讯网络的可靠性，一旦网络出现故障，全站所有控制功能都将失效，后果非常严重，所以对网络可靠性要求非常高。
②需要考虑更完善的保护控制功能的闭锁机制，由于通过网络就可以发送跳合闸命令，一旦发生非法入侵等信息安全方面的问题，必将产生严重的后果，所以，信息的安全与否直接影响到变电站系统的可靠性。
③由于电子式互感器本身的结构特点和工作方式，导致互感器的角差、比差现场试验难以进行，甚至极性实验也无法开展，只能等到设备带电投运后，才能检验接线的准确性。
④数字化变电站保护校验相对复杂，在变电站运行的条件下对部分间隔进行校验的难度很大，目前常规保护校验仪无法提供数字化保护所需的电流量和电压量，因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置，而要完成实验必须自带合并器完成模拟实验中的电流量和电压量。
7、结束语
在不久的将来，数字化变电站将会全面普及。由于数字化变电站建设涉及部门多，技术含量高，资金量大。在数字化建设过程中，仍将存在很多问题，因此必须从变电站设计、招标、施工、验收、监理等环节加强管理努力提高变电站建设施工质量，确保电网安全、稳定运行。
参考文献:
[1]陈晓峰，浅析数字化变电站与常规变电站的不同以及自身存在的不足。学术论坛，2010（11）.
[2]申狄秋，数字化变电站自动化系统的研究。中国新技术新产品，2010（10）.
[3]永保才，浅论数字化变电站自动化系统。云南电力技术，2007（8）.
[4]宋文伟，岑凯辛。数字化变电站在我国的新发展.电气时空，2010（3）.
[5]梁志宏，孙耀唯，杨昆。 基于数据包络分析及Malmquist 指标法的供电价格激励监管模型研究[J]， 中国电机工程学报，2007，27(34):84-89.
[6]黄太贵，智能电子设备在变电站综合自动化中的应用，电力系统自动化。1998,3.
[7]国家电网公司企业标准，智能变电站测控单元技术规范.
[8]王远章，变电站综合自动化现场技术与维护[M]，北京：中国电力出版社，2004,1-23.