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[摘 要]当代科技的不断发展，促进了微电子技术及信息技术在电力系统中的应用与发展。同时，数字化技术的引入也使得变电站的运行发生了变化。变电站引入数字化技术使变电站的二次设备逐渐向一次设备进行延伸。传统变电站的数字化过程使得变电站运行更加自动化，管理更加科学化，因此研究数字化变电站的技术基础及特征有着非常重大的意义。
[关键词]数字化变电站 传统变电站
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0308-01
0. 引言
数字技术的发展及应用使得数字化变电站有了技术的支撑。目前，我国数字化变电站的技术主要有数字化的电气量测量系统。而变电站的自动化技术基础主要包括：智能化的开关、光电式的电流及电压互感器、一次运行的设备、在线状态的检测系统、运行操作的培训仿真技术等。数字化变电站的特征及技术的影响势必会使数字化的变电站成为发展的趋势。本文就数字化变电站的主要技术基础及特征进行论述[1，2]。
1. 传统变电站
1.1 系统特点
① 分层分布式系统结构。
② 站层与间隔层间通过以太网通信，采用IEC-60870-5-104（103/TCP）自定义通信协议。
③ 间隔设备间通过硬连线通信（闭锁信息）。
④ 大量复杂二次电缆，工作量大。
⑤ 电磁式CT、电容式（电磁）PT。
1.2 系统缺陷：
① 油浸式电流互感器的爆炸将使变电站一次设备受到较大损坏。
② CT物理结构上的困难使得它无法精确提供保护和测量需要的大范围量程（动态范 围从<10%In 到2000%In） 。
③ 剩磁问题的存在给CT和继电保护的设计带来很大困难。
④ 电容式电压互感器的暂态特性可能造成快速保护的误动作。
⑤ 超高压系统对互感器的体积、绝缘性能和价格等都是极大的挑战。
⑥ 传统一次设备体积大，质量重，安装运输成本高。
⑦ 大量复杂二次电缆容易导致： 直流接地引起的误动；零序电压引起的不正确动作；母线、失灵保护复杂的二次接线；信息的重复采集。
⑧ 通信协议无统一的标准，不同厂家设备不能互换，互操作，信息不能共享，造成重复投资。
⑨ 设备状态无法在线监测，无法实现设备的在线检修。
2. 数字化变电站
2.1 定义
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、执行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網络和系统。具体是指由智能化一次设备和网络化二次设备按过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建，建立在符合国际标准的IEC61850通信规范基础之上，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[3，4]。
2.2 特征与特点
与传统的变电站相比基于IEC61850标准的数字化变电站具有以下显著特征[5]：
① 数字化的CT、VT、二次设备、开关设备。
② 无缝的通信协议。
③ 提供高优先级的实时数据传输功能（GOOSE服务）。
④ GOOSE：面向变电站事件的通用对象。
以上先进技术的应用可实现许多优良特点：
① 数据共享、信息全面且简练，简化设备，提高可靠性。
② 安装、运行、维护及升级方便。
③ 基于相同格式的底层数据，降低设备的成本。
④ 提供更先进的应用功能。
2.3 设计原则
① 通信协议和系统结构符合IEC 61850变电站通信网络和系统协议。
② 分散采集数据，综合管理底层数据，保证数据完整和安全，所有数据统一时标。
③ 符合无人或少人值班的要求，满足不同需求，向不同用户提供信息，适应大电网的发展和要求。
④ 在保证可靠性的前提条件下，充分共享资源，综合设备功能，降低系统制造成本。
⑤ 开发更多的自动化功能，提高系统的自动化程度，降低运行成本。
⑥ 完善的系统自检、故障定位功能。
⑦ 集各种数据于一体，如运行数据、图形、视频信息。
⑧ 基于网络的数据流。
3. 实现数字化变电站的意义
3.1 变电站的各种功能共享统一的信息平台
站内信息采用统一的模型，按统一的通信标准接入变电站通信网络。变电站的保护、测控、计量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，实现各间隔间信息共享。
3.2 便于变电站新增功能和扩展规模
变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，扩展软件模块，无需改造或更换原有设备，节约投资，减少变电站全生命周期成本 ，真正实现即插即用。
3.3 解决设备间的互操作问题
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。IEC 61850的信息自解释机制，在不同厂家设备使用各自扩展的信息时也能保证互操作性。
3.4 应用通信网络取代二次电缆
取消了传统保护测控装置的交流模块和控制模块，所有信息均通过过程层网络来传输，缩减了变电站建设用于购买二次电缆和电缆铺设设计的成本，同时也大幅度简化了传统变电站用于二次接线的工作量。
3.5 提升测量精度
采用输出数字信号的电子式互感器，电流电压信号在过程层网络中以数字化信息传输，在传输和处理过程中均不会产生附加误差，消除常规控制电缆带来的信息衰减，提升保护系统、测量系统和计量系统的采样精度。 3.6 提高信号传输的可靠性
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，一方面杜绝误传信号，另一方面在通信系统故障时可技术告警。通信网络采用光纤网络，从根本上解决二次回路的电磁干扰问题。
3.7 避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题
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短路、接地的可能性，从根本上解决控制电缆所带来的电磁干扰问题。
3.8 应用电子式互感器解决传统互感器固有问题
采用光电式互感器，其二次输出采用数字信号，克服了传统互感器绝缘复杂、重量重、体积大、CT 动态范围小、易饱和、电磁式PT 易产生铁磁谐振、CT 二次输出不能开路等诸多缺点。
3.9 进一步提高运行管理自动化水平
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。变电站可实现更多、更复杂的自动化功能，提高自动化水平。一次设备、二次设备和通信网络都具备完善的自检功能，可根据设备的健康状况实现状态检修。数字化变电站各类信息均以数字信号傳输，使得变电站运行管理过程中各类信息更容易分析和管理，有利于提高变电站的运行管理水平。
4 . 实现数字化变电站的关键技术
① IEC61850变电站通信网络和系统标准
② 快速工业以太网技术和数字化网络方案
③ 新型传感器技术
5. 结语
当代科技的不断发展与进步，促进了微电子技术及信息技术在电力系统中的应用与发展。而实施IEC61850标准施、应用非常规互感器将逐步推进我国数字化变电站的建设进程。数字技术的发展及应用是数字化变电站建设的技术支撑，通过对数字化变电站的技术基础及特征的研究推动传统变电站的数字化进程，使我国数字化变电站的运行更加自动化，管理更加科学化。
参考文献
[1] 王付伟. 浅谈当前数字化变电站的技术基础与特征[J].湖南电力，2009，29（4）：60-62.
[2] 沈明浩. 数字化变电站解读[J].科技传播，2011，10（4）：23-27.
[3] 胡晓娟.数字化变电站自动化技术的应用[J].科技咨讯，2011，3（1）：10-12.
[4] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征与关键技术[J].电网技术，2006，30（2）：71-75.
[5] 王玮.数字化变电站与传统变电站的比较[J].硅谷，2012，7：80-84.
[关键词]数字化变电站 传统变电站
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0308-01
0. 引言
数字技术的发展及应用使得数字化变电站有了技术的支撑。目前，我国数字化变电站的技术主要有数字化的电气量测量系统。而变电站的自动化技术基础主要包括：智能化的开关、光电式的电流及电压互感器、一次运行的设备、在线状态的检测系统、运行操作的培训仿真技术等。数字化变电站的特征及技术的影响势必会使数字化的变电站成为发展的趋势。本文就数字化变电站的主要技术基础及特征进行论述[1，2]。
1. 传统变电站
1.1 系统特点
① 分层分布式系统结构。
② 站层与间隔层间通过以太网通信，采用IEC-60870-5-104（103/TCP）自定义通信协议。
③ 间隔设备间通过硬连线通信（闭锁信息）。
④ 大量复杂二次电缆，工作量大。
⑤ 电磁式CT、电容式（电磁）PT。
1.2 系统缺陷：
① 油浸式电流互感器的爆炸将使变电站一次设备受到较大损坏。
② CT物理结构上的困难使得它无法精确提供保护和测量需要的大范围量程（动态范 围从<10%In 到2000%In） 。
③ 剩磁问题的存在给CT和继电保护的设计带来很大困难。
④ 电容式电压互感器的暂态特性可能造成快速保护的误动作。
⑤ 超高压系统对互感器的体积、绝缘性能和价格等都是极大的挑战。
⑥ 传统一次设备体积大，质量重，安装运输成本高。
⑦ 大量复杂二次电缆容易导致： 直流接地引起的误动；零序电压引起的不正确动作；母线、失灵保护复杂的二次接线；信息的重复采集。
⑧ 通信协议无统一的标准，不同厂家设备不能互换，互操作，信息不能共享，造成重复投资。
⑨ 设备状态无法在线监测，无法实现设备的在线检修。
2. 数字化变电站
2.1 定义
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、执行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網络和系统。具体是指由智能化一次设备和网络化二次设备按过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建，建立在符合国际标准的IEC61850通信规范基础之上，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[3，4]。
2.2 特征与特点
与传统的变电站相比基于IEC61850标准的数字化变电站具有以下显著特征[5]：
① 数字化的CT、VT、二次设备、开关设备。
② 无缝的通信协议。
③ 提供高优先级的实时数据传输功能（GOOSE服务）。
④ GOOSE：面向变电站事件的通用对象。
以上先进技术的应用可实现许多优良特点：
① 数据共享、信息全面且简练，简化设备，提高可靠性。
② 安装、运行、维护及升级方便。
③ 基于相同格式的底层数据，降低设备的成本。
④ 提供更先进的应用功能。
2.3 设计原则
① 通信协议和系统结构符合IEC 61850变电站通信网络和系统协议。
② 分散采集数据，综合管理底层数据，保证数据完整和安全，所有数据统一时标。
③ 符合无人或少人值班的要求，满足不同需求，向不同用户提供信息，适应大电网的发展和要求。
④ 在保证可靠性的前提条件下，充分共享资源，综合设备功能，降低系统制造成本。
⑤ 开发更多的自动化功能，提高系统的自动化程度，降低运行成本。
⑥ 完善的系统自检、故障定位功能。
⑦ 集各种数据于一体，如运行数据、图形、视频信息。
⑧ 基于网络的数据流。
3. 实现数字化变电站的意义
3.1 变电站的各种功能共享统一的信息平台
站内信息采用统一的模型，按统一的通信标准接入变电站通信网络。变电站的保护、测控、计量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，实现各间隔间信息共享。
3.2 便于变电站新增功能和扩展规模
变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，扩展软件模块，无需改造或更换原有设备，节约投资，减少变电站全生命周期成本 ，真正实现即插即用。
3.3 解决设备间的互操作问题
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。IEC 61850的信息自解释机制，在不同厂家设备使用各自扩展的信息时也能保证互操作性。
3.4 应用通信网络取代二次电缆
取消了传统保护测控装置的交流模块和控制模块，所有信息均通过过程层网络来传输，缩减了变电站建设用于购买二次电缆和电缆铺设设计的成本，同时也大幅度简化了传统变电站用于二次接线的工作量。
3.5 提升测量精度
采用输出数字信号的电子式互感器，电流电压信号在过程层网络中以数字化信息传输，在传输和处理过程中均不会产生附加误差，消除常规控制电缆带来的信息衰减，提升保护系统、测量系统和计量系统的采样精度。 3.6 提高信号传输的可靠性
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，一方面杜绝误传信号，另一方面在通信系统故障时可技术告警。通信网络采用光纤网络，从根本上解决二次回路的电磁干扰问题。
3.7 避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题
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短路、接地的可能性，从根本上解决控制电缆所带来的电磁干扰问题。
3.8 应用电子式互感器解决传统互感器固有问题
采用光电式互感器，其二次输出采用数字信号，克服了传统互感器绝缘复杂、重量重、体积大、CT 动态范围小、易饱和、电磁式PT 易产生铁磁谐振、CT 二次输出不能开路等诸多缺点。
3.9 进一步提高运行管理自动化水平
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。变电站可实现更多、更复杂的自动化功能，提高自动化水平。一次设备、二次设备和通信网络都具备完善的自检功能，可根据设备的健康状况实现状态检修。数字化变电站各类信息均以数字信号傳输，使得变电站运行管理过程中各类信息更容易分析和管理，有利于提高变电站的运行管理水平。
4 . 实现数字化变电站的关键技术
① IEC61850变电站通信网络和系统标准
② 快速工业以太网技术和数字化网络方案
③ 新型传感器技术
5. 结语
当代科技的不断发展与进步，促进了微电子技术及信息技术在电力系统中的应用与发展。而实施IEC61850标准施、应用非常规互感器将逐步推进我国数字化变电站的建设进程。数字技术的发展及应用是数字化变电站建设的技术支撑，通过对数字化变电站的技术基础及特征的研究推动传统变电站的数字化进程，使我国数字化变电站的运行更加自动化，管理更加科学化。
参考文献
[1] 王付伟. 浅谈当前数字化变电站的技术基础与特征[J].湖南电力，2009，29（4）：60-62.
[2] 沈明浩. 数字化变电站解读[J].科技传播，2011，10（4）：23-27.
[3] 胡晓娟.数字化变电站自动化技术的应用[J].科技咨讯，2011，3（1）：10-12.
[4] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征与关键技术[J].电网技术，2006，30（2）：71-75.
[5] 王玮.数字化变电站与传统变电站的比较[J].硅谷，2012，7：80-84.