電力系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，變電站自動化（SA）技術(shù)已經(jīng)走過了十幾年的歷程。近年來，隨著電力系統(tǒng)對電力設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的要求不斷提高，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，基于智能化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的一二次設(shè)備的融合已成為變電站未來發(fā)展的大趨勢， 涵蓋站控層、間隔層和過程層領(lǐng)域的全新變電站自動化標(biāo)準(zhǔn)--IEC61850的出現(xiàn)，都促使"數(shù)字化變電站"逐漸走進(jìn)了人們的視野。數(shù)字化變電站是由智能化設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

　　1、數(shù)字化變電站的技術(shù)特征

　　數(shù)字化變電站是由智能化設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站是應(yīng)用IEC61850進(jìn)行建模和通信的變電站，數(shù)字化變電站體現(xiàn)在過程層設(shè)備的數(shù)字化，整個站內(nèi)信息的網(wǎng)絡(luò)化，以及開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化。

　　設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

　　變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

　　變電站運(yùn)行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時能及時提供故障分析，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修，即常規(guī)的變電站設(shè)備"定期檢修"改變?yōu)?狀態(tài)檢修".

　　2、數(shù)字化變電站的系統(tǒng)組成

　　數(shù)字化變電站是智能化的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議技術(shù)上分層構(gòu)建的，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作。下面分別對三個組成部分進(jìn)行介紹。

　　2.1智能化的設(shè)備

　　智能化的設(shè)備包括光電/電子式互感器，智能化斷路器等。光電/電子式互感器的特點(diǎn)是可以輸出低壓模擬量和數(shù)字量信號，直接用于微機(jī)保護(hù)和電子式計(jì)量設(shè)備，適應(yīng)電子系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要，由于其動態(tài)范圍比較大，能同時適用于測量和保護(hù)兩種功能的應(yīng)用。光電/電子式互感器具有良好的絕緣性能、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、測量頻帶寬、動態(tài)范圍大等特點(diǎn)。

　　智能化斷路器由微機(jī)、電力電子元件組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器，實(shí)現(xiàn)按電壓波形控制跳、合閘角度，控制跳、合閘時間，減少暫態(tài)過電壓幅值。檢測電網(wǎng)中斷路器開斷前一瞬間的各種工作狀態(tài)信息，自動選擇和調(diào)節(jié)操動機(jī)構(gòu)以及滅弧室狀態(tài)相適應(yīng)的合理工作條件，以改變現(xiàn)有斷路器的單一分閘特性。在輕載時以較低的分閘速度開斷，而在系統(tǒng)故障時又能以較高的分閘速度進(jìn)行開斷。這樣就可獲得開斷時電氣和機(jī)構(gòu)性能上的開斷效果。斷路器設(shè)備的信息由設(shè)備內(nèi)微機(jī)直接處理，并獨(dú)立執(zhí)行就地功能，而不依賴于變電站級的控制系統(tǒng)。

　　2.2變電站內(nèi)的二次設(shè)備

　　變電站內(nèi)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、測量控制裝置、防誤閉鎖裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)監(jiān)測裝置，全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理器設(shè)計(jì)制造，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，它們之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，并且通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享。

　　2.3IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

　　IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)，它是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，它不僅規(guī)范保護(hù)測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了數(shù)字式TA、TV、智能式開關(guān)等設(shè)備的模型和通信接口。它將變電站通信體系分為3層：變電站層、間隔層、過程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范（MMS）、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）以太網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（IED,測控單元和繼電保護(hù)）均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。

　　標(biāo)準(zhǔn)通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接。它解決了變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。采用該標(biāo)準(zhǔn)還可使變電站自動化設(shè)備具有自描述、自診斷和即插即用的功能，極大的方便了系統(tǒng)的集成，降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費(fèi)用。在我國采用該標(biāo)準(zhǔn)系列將大大提高變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平，提高變電站自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，節(jié)省檢修維護(hù)的人力物力、實(shí)現(xiàn)完全的互操作性。

　　3、數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)分為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這三個層次分別稱為"過程層"、"間隔層"、"站控層".各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信，通信媒介為網(wǎng)絡(luò)線或光纖。

　　3.1過程層

　　過程層是設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：電力運(yùn)行實(shí)時的電氣量檢測；運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。電力運(yùn)行的實(shí)時電氣量檢測，主要包括電流和電壓幅值、相位以及諧波分量的檢測，與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式互感器被光電/電子式互感器取代，傳統(tǒng)模擬量被直接數(shù)字量采集所取代。運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測與統(tǒng)計(jì)，變電站需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、隔離開關(guān)分合控制，直流電源充放電控制。

　　3.2間隔層

　　間隔層設(shè)備的主要功能是：匯總本間隔過程層實(shí)時數(shù)據(jù)信息，實(shí)施對設(shè)備保護(hù)控制功能，和本間隔操作閉鎖、操作同期及其它控制功能；對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

　　3.3站控層

　　站控層設(shè)備的主要功能是：通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)給間隔層、過程層執(zhí)行；具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報(bào)警、圖像、聲音等多媒體功能；具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能。

　　4、數(shù)字化變電站應(yīng)用中存在的問題

　　目前光電/電子式互感器的生產(chǎn)廠家數(shù)量有限，產(chǎn)品可選型號相對較少，部分高電壓等級的電流互感器變比較大，使得TA的輸出無法滿足要求，給變電站的計(jì)量、保護(hù)都帶來一定的負(fù)面影響，不能滿足現(xiàn)場運(yùn)行需要。

　　由于光電/電子式互感器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式，導(dǎo)致互感器的角差、比差現(xiàn)場試驗(yàn)難以進(jìn)行，甚至極性試驗(yàn)也無法開展，只能等到設(shè)備投運(yùn)帶電后，才能檢驗(yàn)接線的準(zhǔn)確性。另外，光電/電子式互感器的局部放電試驗(yàn)、伏安特性試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)也與常規(guī)設(shè)備有很大的區(qū)別，這都需要設(shè)備廠家和運(yùn)行主管單位專門制定。

　　數(shù)字化變電站保護(hù)校驗(yàn)相對復(fù)雜，在變電站運(yùn)行的條件下對部分間隔保護(hù)校驗(yàn)的難度很大，目前的常規(guī)繼電保護(hù)校驗(yàn)裝置無法提供數(shù)字化保護(hù)所需的電流量和電壓量，因?yàn)殡娏髁亢碗妷毫勘仨毥?jīng)過合并器才能進(jìn)入保護(hù)裝置，而要完成試驗(yàn)必須自帶合并器提供模擬試驗(yàn)中的電流量和電壓量，要完成母差保護(hù)這類需要大量電流電壓量的保護(hù)校驗(yàn)便顯得尤為困難。

　　IEC61850通信協(xié)議本身并未對變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性做任何規(guī)定，同時協(xié)議本身的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性給變電站的網(wǎng)絡(luò)安全帶來重大隱患。要做到二次系統(tǒng)信息的保密性、完整性、可用性和確定性，符合二次系統(tǒng)安全防護(hù)的要求，是自動化廠家仍需考慮和完善的技術(shù)環(huán)節(jié)。雖然目前已投運(yùn)的變電站采取了防火墻、分層分區(qū)隔離等手段進(jìn)行防護(hù)，但防護(hù)的效果仍有待時間的考驗(yàn)。

　　5、數(shù)字化變電站的發(fā)展

　　未來的電力系統(tǒng)是智能化、網(wǎng)絡(luò)化的。數(shù)字化變電站的建設(shè)作為系統(tǒng)建設(shè)中的重要組成部分，其作用和地位是相當(dāng)關(guān)鍵的。數(shù)字化變電站的建設(shè)為今后實(shí)現(xiàn)智能化電力系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。