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摘要：数字化变电站凭借自身运行的平稳性、数据采集的准确性、传输的无误性，以及动作的正常性等特征备受青睐，全国范围内不断兴建，并投入运营。本文通过对数字化变电站的技术特征、系统组成、网络结构等进行分别研究分析，同时阐述数字化变电站在应用中存在的问题，并提出相应的政策建议，进而在一定程度上为应用变电站技术提供参考依据。
关键词：变电站 智能化 数字化
1 数字化变电站的技术特征
当前，从集中式向着分层分布式发展，这是变电站自动化系统的技术发展的总的趋势。厂站自动化技术在结构方面，一方面需要巩固和强化变电站自动化系统的功能，另一方面提高了系统的实时性、可靠性、扩展性和灵活性，进而在一定程度上不断降低投资的数量，同时对设备的维护维修进行简化等。数字化变电站与常规变电站相比有了本质的区别，其系统结构也有了革命性的变化，主要表现为数字化变电站的系统结构对分层分布式变电站结构的特点进行了继承与发展。数字化变电站的系统结构，随着智能开关、电子式互感器以及光纤通讯技术的推广和使用，与常规变电站之间，在一定程度上存在根本性的技术差异。
从源头上，实现了各类数据的数字化，在一定程度上使信息集成、网络通信、数据共享等得以真正实现，并且对系统进行标准化建模。在IEC 61850中，对电力系统的建模标准进行了明确，同时在信息模型和信息交换模型方面，对变电站自动化系统进行了统一和标准化，对智能设备的互操作和变电站的信息，在一定程度上实现了共享。利用统一建模对一、二次设备进行相应的处理，进而在一定程度上通过全局统一命名的规则完成对资源的管理，通过无缝通信的方式对变电站内、变电站与监控中心之间建立了联系，系统维护、配置和工程实施等在一定程度上得到了大大的简化。
通过在线方式对设备进行监测，设备状态检修的科学性和可行性在一定程度上大大增加。未被监视的功能单元在数字化变电站中基本不存在，在采集设备状态特征量的过程中不存在盲区。对常规变电站设备进行“定期检修”得到了彻底的改变，同时对变电站设备在一定程度上实现了“状态检修”，系统的可用性大大提高。
2 数字化变电站的系统组成
数字化变电站是在IEC61850通信协议技术上分层构建智能化的一次设备、网络化的二次设备，在智能设备之间实现了信息共享，以及互操作。对于数字化变电站的系统来说，通常情况下其组成主要包括：
2.1 IEC 61850 在《变电站通信网络和系统》系列标准中，IEC 61850是在基于网络通信平台的变电站自动化系统的基础上，国际电工委员会TC57工作组制定的唯一的国际标准，在IEC 61850中对测控装置的模型和通信接口进行了明确的规范和保护，同时在一定程度上对数字式EVCT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口进行了相应的定义。通常情况下，IEC 61850将变电站通信体系分为站控层、间隔层、过程层三层。采用统一的协议对变电站内的IED，测控单元和继电保护等智能电子设备进行处理，使得信息交换在一定程度上通过网络得以完成。
2.2 智能化的一次设备 通常情况下智能化的一次设备主要包括光电及电子式互感器，以及智能化断路器等。输出低压模拟量和数字量信号在光电及电子式互感器中是光电及电子式互感器的最大特点。通常情况下，在微机保护、电子式计量等设备可以直接使用智能化的一次设备，进而在一定程度上不断满足电子系统数字化、智能化、网络化的需要。在动态范围方面，由于智能化的一次设备比较大，所以在保护和测量方面能够同时满足应用。另外，良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽等也是光电及电子式互感器具备的特点。
2.3 变电站内的二次设备 通常情况下，继电保护装置、安全自动装置、测量控制装置等在一定程度上等共同构成二次设备，这些设备的设计和制造通常情况下是基于标准化、模块化的微处理器而展开，同时在一定程度上在二次设备中不会存在常规功能装置中重复的I/O现场接口，通过高速的网络在它们之间进行连接，进而在一定程度上实现了数据和资源的共享。
3 数字化变电站的网络结构
3.1 过程层 过程层作为结合面或者作为智能化电气设备的智能化部分，处于一次设备与二次设备之间，其功能主要包括三个方面：①实时检测运行电力的电气量进行，其主要的检测对象通常情况下主要包括电流和电压幅值，以及相位和谐波分量等；②检测运行设备的状态参数，通过在线的方式，对运行设备的状态参数在一定程度上进行相应的监测与统计，变压器、母线、断路器、电抗器等设备通常情况下要进行相应的状态参数检测，检测内容主要涉及温度、压力、密度、绝缘、机械特性等。③操作控制执行与驱动，一般情况下，主要包括对变压器分接头的调节、电容、电抗器投切，断路器、隔离开关合分等进行相应的控制处理。
3.2 间隔层 对于间隔层来说，对本间隔过程层的实时数据信息进行相应的汇总处理，同时保护一次设备，以及在一定程度上对本间隔操作闭锁、操作同期等；对数据采集、统计运算及控制命令按照优先级别进行相应的控制等，这些在一定程度上共同构成设备的功能方面。另外，还具备通信功能，也就是在一定程度上完成与过程层及站控层的网络通信。
3.3 站控层 站控层在功能方面，通常情况下主要涉及：对全站的实时数据信息，通过采用两级高速网络进行相应的汇总处理，并且对实时数据库在一定程度上进行相应的刷新处理，同时对历史数据库按时进行相应的登录处理；按照相应的既定规约将有关数据信息向调度或控制中心进行相应的报送；对调度或控制中心的控制命令在一定程度上进行相应的接收处理，同时在一定情况下转间隔层和过程层进行相应的执行；在线可编程的全站操作闭锁控制功能，以及监控，显示、操作、打印、报警、图像、声音等人机联系功能。
4 数字化变电站应用中存在的问题
在IEC 61850通信协议中，没有做出任何关于变电站网络系统的安全性方面的有关规定，在一定程度上协议本身的开放性和标准性影响和制约着变电站的网络安全。对于自动化厂家来说，为了适应二次系统安全防护的要求，在一定程度上需要确保二次系统信息的保密性、完整性、可用性，以及确定性，进而在一定程度上对这些技术环节进行考虑和完善。目前，虽然对已投运的变电站通过采用防火墙、分层分区隔离等，对其进行相应的防护，但是，在一定程度上需要时间来考验防护效果。
保护校验数字化变电站在变电站运行的条件下相对比较复杂，通常情况下，对部分间隔保护校验的难度更大。目前，数字化保护所需的电流量和电压量难以通过常规继电保护校验装置来实现，这是因为，在一定程度上通过模数转换及数据合并处理后，电流量和电压量才能在一定程度上进入保护装置，通常情况下，对于模拟试验中的电流量和电压量，通过自带数字化输出的试验仪提供后才能完成相应的试验，对于需要大量电流电压量的保护校验的母差保护难度更大。
数字化变电站监控系统对遥测精度要求较高，如南瑞继保公司的监控系统遥测值要求对应遥测数据变化较大才能识别，且线路负荷达到额定的20%时，遥测显示数据才有效。当线路负荷较小或负荷曲线平滑变化量不大时，监控后台显示遥测值为固定值且无变化，易给运行人员造成通讯中断数据不刷新的假象。
数字化变电站中光纤的大量应用，一方面节省了电缆以及辐射电缆所占用的空间，另一方面也给设备维护带来了新问题。光纤线芯对比电缆芯较为脆弱，受拔插次数、运行环境温度、灰尘等因素影响较大。这就要求基建施工时对光缆辐射以及光纤头加工制作、走向排列、备用芯配置更加严格。
生产数字化设备的各厂家之间缺乏有效交流和沟通，在同步采样的问题上，不同厂家设置了不同的采样频率，给保护装置运行带来隐患。
5 结束语
在全国范围内，数字化变电站如雨后春笋在各地不断兴建和投运，运行时间已有一段时间，从总体的运行效果来看，设备运行比较平稳，各类数据采集及时、传输准确无误，保护和自动装置正常动作，进而在一定程度上满足了安全、稳定的系统运行要求。但随着数字化变电站经过更长时间的运行，有待各专业机构进行研究和解决。
参考文献：
[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].电力系统自动化，1995.
[2]陈立新，张宝健.数字变电站系统（DPSS）的研究与设计实现[J].煤矿机械出版社，2005.
[3]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力，2006（8）.
[4]李九虎，郑玉平.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].电力系统自动化，2007（4）.
关键词：变电站 智能化 数字化
1 数字化变电站的技术特征
当前，从集中式向着分层分布式发展，这是变电站自动化系统的技术发展的总的趋势。厂站自动化技术在结构方面，一方面需要巩固和强化变电站自动化系统的功能，另一方面提高了系统的实时性、可靠性、扩展性和灵活性，进而在一定程度上不断降低投资的数量，同时对设备的维护维修进行简化等。数字化变电站与常规变电站相比有了本质的区别，其系统结构也有了革命性的变化，主要表现为数字化变电站的系统结构对分层分布式变电站结构的特点进行了继承与发展。数字化变电站的系统结构，随着智能开关、电子式互感器以及光纤通讯技术的推广和使用，与常规变电站之间，在一定程度上存在根本性的技术差异。
从源头上，实现了各类数据的数字化，在一定程度上使信息集成、网络通信、数据共享等得以真正实现，并且对系统进行标准化建模。在IEC 61850中，对电力系统的建模标准进行了明确，同时在信息模型和信息交换模型方面，对变电站自动化系统进行了统一和标准化，对智能设备的互操作和变电站的信息，在一定程度上实现了共享。利用统一建模对一、二次设备进行相应的处理，进而在一定程度上通过全局统一命名的规则完成对资源的管理，通过无缝通信的方式对变电站内、变电站与监控中心之间建立了联系，系统维护、配置和工程实施等在一定程度上得到了大大的简化。
通过在线方式对设备进行监测，设备状态检修的科学性和可行性在一定程度上大大增加。未被监视的功能单元在数字化变电站中基本不存在，在采集设备状态特征量的过程中不存在盲区。对常规变电站设备进行“定期检修”得到了彻底的改变，同时对变电站设备在一定程度上实现了“状态检修”，系统的可用性大大提高。
2 数字化变电站的系统组成
数字化变电站是在IEC61850通信协议技术上分层构建智能化的一次设备、网络化的二次设备，在智能设备之间实现了信息共享，以及互操作。对于数字化变电站的系统来说，通常情况下其组成主要包括：
2.1 IEC 61850 在《变电站通信网络和系统》系列标准中，IEC 61850是在基于网络通信平台的变电站自动化系统的基础上，国际电工委员会TC57工作组制定的唯一的国际标准，在IEC 61850中对测控装置的模型和通信接口进行了明确的规范和保护，同时在一定程度上对数字式EVCT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口进行了相应的定义。通常情况下，IEC 61850将变电站通信体系分为站控层、间隔层、过程层三层。采用统一的协议对变电站内的IED，测控单元和继电保护等智能电子设备进行处理，使得信息交换在一定程度上通过网络得以完成。
2.2 智能化的一次设备 通常情况下智能化的一次设备主要包括光电及电子式互感器，以及智能化断路器等。输出低压模拟量和数字量信号在光电及电子式互感器中是光电及电子式互感器的最大特点。通常情况下，在微机保护、电子式计量等设备可以直接使用智能化的一次设备，进而在一定程度上不断满足电子系统数字化、智能化、网络化的需要。在动态范围方面，由于智能化的一次设备比较大，所以在保护和测量方面能够同时满足应用。另外，良好的绝缘性能、较强的抗电磁干扰能力、测量频带宽等也是光电及电子式互感器具备的特点。
2.3 变电站内的二次设备 通常情况下，继电保护装置、安全自动装置、测量控制装置等在一定程度上等共同构成二次设备，这些设备的设计和制造通常情况下是基于标准化、模块化的微处理器而展开，同时在一定程度上在二次设备中不会存在常规功能装置中重复的I/O现场接口，通过高速的网络在它们之间进行连接，进而在一定程度上实现了数据和资源的共享。
3 数字化变电站的网络结构
3.1 过程层 过程层作为结合面或者作为智能化电气设备的智能化部分，处于一次设备与二次设备之间，其功能主要包括三个方面：①实时检测运行电力的电气量进行，其主要的检测对象通常情况下主要包括电流和电压幅值，以及相位和谐波分量等；②检测运行设备的状态参数，通过在线的方式，对运行设备的状态参数在一定程度上进行相应的监测与统计，变压器、母线、断路器、电抗器等设备通常情况下要进行相应的状态参数检测，检测内容主要涉及温度、压力、密度、绝缘、机械特性等。③操作控制执行与驱动，一般情况下，主要包括对变压器分接头的调节、电容、电抗器投切，断路器、隔离开关合分等进行相应的控制处理。
3.2 间隔层 对于间隔层来说，对本间隔过程层的实时数据信息进行相应的汇总处理，同时保护一次设备，以及在一定程度上对本间隔操作闭锁、操作同期等；对数据采集、统计运算及控制命令按照优先级别进行相应的控制等，这些在一定程度上共同构成设备的功能方面。另外，还具备通信功能，也就是在一定程度上完成与过程层及站控层的网络通信。
3.3 站控层 站控层在功能方面，通常情况下主要涉及：对全站的实时数据信息，通过采用两级高速网络进行相应的汇总处理，并且对实时数据库在一定程度上进行相应的刷新处理，同时对历史数据库按时进行相应的登录处理；按照相应的既定规约将有关数据信息向调度或控制中心进行相应的报送；对调度或控制中心的控制命令在一定程度上进行相应的接收处理，同时在一定情况下转间隔层和过程层进行相应的执行；在线可编程的全站操作闭锁控制功能，以及监控，显示、操作、打印、报警、图像、声音等人机联系功能。
4 数字化变电站应用中存在的问题
在IEC 61850通信协议中，没有做出任何关于变电站网络系统的安全性方面的有关规定，在一定程度上协议本身的开放性和标准性影响和制约着变电站的网络安全。对于自动化厂家来说，为了适应二次系统安全防护的要求，在一定程度上需要确保二次系统信息的保密性、完整性、可用性，以及确定性，进而在一定程度上对这些技术环节进行考虑和完善。目前，虽然对已投运的变电站通过采用防火墙、分层分区隔离等，对其进行相应的防护，但是，在一定程度上需要时间来考验防护效果。
保护校验数字化变电站在变电站运行的条件下相对比较复杂，通常情况下，对部分间隔保护校验的难度更大。目前，数字化保护所需的电流量和电压量难以通过常规继电保护校验装置来实现，这是因为，在一定程度上通过模数转换及数据合并处理后，电流量和电压量才能在一定程度上进入保护装置，通常情况下，对于模拟试验中的电流量和电压量，通过自带数字化输出的试验仪提供后才能完成相应的试验，对于需要大量电流电压量的保护校验的母差保护难度更大。
数字化变电站监控系统对遥测精度要求较高，如南瑞继保公司的监控系统遥测值要求对应遥测数据变化较大才能识别，且线路负荷达到额定的20%时，遥测显示数据才有效。当线路负荷较小或负荷曲线平滑变化量不大时，监控后台显示遥测值为固定值且无变化，易给运行人员造成通讯中断数据不刷新的假象。
数字化变电站中光纤的大量应用，一方面节省了电缆以及辐射电缆所占用的空间，另一方面也给设备维护带来了新问题。光纤线芯对比电缆芯较为脆弱，受拔插次数、运行环境温度、灰尘等因素影响较大。这就要求基建施工时对光缆辐射以及光纤头加工制作、走向排列、备用芯配置更加严格。
生产数字化设备的各厂家之间缺乏有效交流和沟通，在同步采样的问题上，不同厂家设置了不同的采样频率，给保护装置运行带来隐患。
5 结束语
在全国范围内，数字化变电站如雨后春笋在各地不断兴建和投运，运行时间已有一段时间，从总体的运行效果来看，设备运行比较平稳，各类数据采集及时、传输准确无误，保护和自动装置正常动作，进而在一定程度上满足了安全、稳定的系统运行要求。但随着数字化变电站经过更长时间的运行，有待各专业机构进行研究和解决。
参考文献：
[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].电力系统自动化，1995.
[2]陈立新，张宝健.数字变电站系统（DPSS）的研究与设计实现[J].煤矿机械出版社，2005.
[3]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力，2006（8）.
[4]李九虎，郑玉平.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].电力系统自动化，2007（4）.