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[摘要] 近年来，随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，大量中低压变电站按“无人值班，少人值守”原则设计，系统具有完整的监控保护功能。大量采用方集中控制、操作等自动化技术的变电站投入运行，既提高了劳动生产率，又减少了人为误操作。本文主要对数字化变电站的基本特征和网络结构做简要介绍。
[关键词] 变电站 数字化 网络化
我国变电站综合自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平。并且在变电站已部分实现自动化和网络化，如今新建变电站，无论电压等级高低，基本采用综合变电站自动化系统，许多老变电站也通过改造实现变电站综合自动化。变电站综合自动化技术的广泛采用对提高电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的能力起到了积极的作用。
1 数字化变电站的的基本特征
数字化变电站就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。它的基本特征体现在设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等方面。
数字化变电站包括变电站当地监控、继电保护、通信服务器、测控装置、五防、VQC和小电流接地选线等二次设备，以及光电互感器等部分智能一次设备。采用分层分布结构，分为变电站层、间隔层和过程层。过程层包括光电互感器和智能开关设备等智能一次设备。智能一次设备和二次设备间用光纤以太网交换信息，具有节省控制和信号电缆、无电磁兼容问题、测量准确度高和可靠性高等优点。间隔层在站内按分布式配置。间隔层的设备根据需要采用集中布置或直接下放至开关场，各间隔设备相对独立，仅通过通讯网互联，并同变电站层的设备通信。变电站层设备也采用分布式、开放式设计，组态完成站内监控功能，全面提供设备状态监视与控制、保护信息记录与分析、站级五防、站级VQC等功能。变电站层采用此配置模式，一方面保证了系统整体的可靠性，另一方面，也使得功能选择、配置更灵活、更合理。
2 数字变电站的系统结构
1）智能化的一次设备
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。
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機直接处理，并独立执行当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。
2）变电站内的二次设备
变电站内的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置及正在发展中的在线状态监测装置，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，并且通过网络真正实现数据共享、资源共享。
3）IEC 61850通信规范
IEC 61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，它是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式TA、TV、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。它将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范（MMS）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。
该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的功能，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平，提高变电站自动化系统安全稳定运行水平，节约检修维护的人力物力、实现完全的互操作性。
3数字变电站的网络结构
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。
4发展中的主要问题
过程层的电气设备，是数字化变电站自动化系统三个层次中的基础和关键。诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发，是当前的重点。主要存在的问题是：(1)在研究开发过程中，需要加强专业协作。如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；(2)材料器件方面的缺陷及改进；(3)试验设备、测式方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。数字化变电站自动化是一个系统工程，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。相信在不太远的将来，数字化的变电站自动化系统将有一个蓬勃的发展期。
[关键词] 变电站 数字化 网络化
我国变电站综合自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平。并且在变电站已部分实现自动化和网络化，如今新建变电站，无论电压等级高低，基本采用综合变电站自动化系统，许多老变电站也通过改造实现变电站综合自动化。变电站综合自动化技术的广泛采用对提高电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的能力起到了积极的作用。
1 数字化变电站的的基本特征
数字化变电站就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。它的基本特征体现在设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等方面。
数字化变电站包括变电站当地监控、继电保护、通信服务器、测控装置、五防、VQC和小电流接地选线等二次设备，以及光电互感器等部分智能一次设备。采用分层分布结构，分为变电站层、间隔层和过程层。过程层包括光电互感器和智能开关设备等智能一次设备。智能一次设备和二次设备间用光纤以太网交换信息，具有节省控制和信号电缆、无电磁兼容问题、测量准确度高和可靠性高等优点。间隔层在站内按分布式配置。间隔层的设备根据需要采用集中布置或直接下放至开关场，各间隔设备相对独立，仅通过通讯网互联，并同变电站层的设备通信。变电站层设备也采用分布式、开放式设计，组态完成站内监控功能，全面提供设备状态监视与控制、保护信息记录与分析、站级五防、站级VQC等功能。变电站层采用此配置模式，一方面保证了系统整体的可靠性，另一方面，也使得功能选择、配置更灵活、更合理。
2 数字变电站的系统结构
1）智能化的一次设备
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。
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機直接处理，并独立执行当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。
2）变电站内的二次设备
变电站内的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置及正在发展中的在线状态监测装置，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，并且通过网络真正实现数据共享、资源共享。
3）IEC 61850通信规范
IEC 61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，它是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式TA、TV、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。它将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范（MMS）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。
该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的功能，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平，提高变电站自动化系统安全稳定运行水平，节约检修维护的人力物力、实现完全的互操作性。
3数字变电站的网络结构
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。
4发展中的主要问题
过程层的电气设备，是数字化变电站自动化系统三个层次中的基础和关键。诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发，是当前的重点。主要存在的问题是：(1)在研究开发过程中，需要加强专业协作。如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；(2)材料器件方面的缺陷及改进；(3)试验设备、测式方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。数字化变电站自动化是一个系统工程，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。相信在不太远的将来，数字化的变电站自动化系统将有一个蓬勃的发展期。