0 引言

　　變電站自動化技術經過十多年的發展已經達到一定的水平，在我國城鄉電網改造與建設中大多數變電站均采用了綜合自動化技術，實現了無人值班，從而降低了變電站建設的總造價和運行成本，大大提高了電網建設的現代化水平。隨著智能化開關、光電式互感器、一次運行設備在線狀態檢測等技術逐步成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用，全數字化的變電站自動化系統已經出現。

　　目前，隨著高壓、超高壓系統發展，對電網安全、穩定、可靠、控制、信息交互等提出了更高要求。國家電網公司在《國家電網公司“十一五”科技發展規劃》中將“數字化變電站技術”列入電網自動化技術的五大課題之一。數字化變電站技術是今后變電站綜合自動化技術的發展方向。

　　1 數字化變電站的特點

　　數字化變電站具有以下幾個主要特征：

　　（1）一次設備的數字化和智能化

　　電子式或光電式互感器替代了變電站內傳統的電磁式互感器，它能直接向外提供數字式光纖以太網接口;站內采用具備向外進行數字通信的智能斷路器、變壓器等設備，或者在這些一次設備就地加裝智能終端實現信號的數字式轉換與狀態監測，達到一次設備數字化和智能化的要求。

　　（2）二次設備的數字化和網絡化

　　數字化變電站的二次設備除了具有一般數字式設備的特點外，還具備對外光纖網絡通信接口，與傳統變電站信息傳輸以電纜為媒介不同，數字化變電站二次信號傳輸是基于光纖以太網實現的。

　　（3）變電站通信網絡和系統實現IEC61850標準化

　　傳統變電站中信息描述和網絡通信協議標準的差異導致了不同設備間信號識別困難、互操作性差;數字化變電站全站通信網絡和系統實現均采用IEC61850標準，該標準的完整性、系統性、開放性保證了數字化變電站站內設備具備互操作性的特征。

　　（4）運行管理系統的自動化

　　在現有綜自系統已經具備較大程度的自動化特征的基礎上，數字化變電站在站內設備的互操作性、信號的光纖傳輸、網絡通信平臺的信息共享等方面進一步體現了運行管理自動化的特點。綜上所述，基于光電技術的互感器應用構成了變電站電氣量信息采集的數字化應用;IEC61850標準的頒布實施為變電站實現信息的統一建模奠定了基礎;以太網技術的發展為變電站內實現基于網絡方式的信息交換提供了技術支持;智能斷路器技術的發展使變電站自動化技術實現了二次設備向一次設備的應用延伸。

　　2 數字化變電站通信網絡的要求

　　2.1 功能要求

　　通信網絡的根本任務是解決綜合自動化系統內部以及與其他系統之間的實時信息交換，網絡是不可或缺的功能載體，構建一個可靠、實時、高效的網絡體系是通信系統的關鍵之一。2000年國際大電網會議第34組（保護與控制組），討論和介紹了變電站自動化及其通信系統，其基本一致的思想就是通信技術是變電站自動化系統的關鍵。通信網絡是連接站內各種智能電子設備（IED）的紐帶，因此它必須能支持各種通信接口，滿足通信網絡標準化。隨著變電站的無人化以及自動化信息量的不斷增加，通信網絡必須有足夠的空間和速度來存儲和傳送事件、電量、操作、故障以及錄波等數據。為改善電壓運行質量，無人值班變電站要求通信網絡具有電壓無功自動調節功能、系統對時功能等。另外自診斷、自恢復以及遠方診斷、在線狀態檢測是針對運行維護提出的幾項功能要求。

　　2.2 性能要求

　　通信網絡的性能要求主要體現在以下幾個方面：

　　（1）可靠性由于電力生產的連續性和重要性，站內通信網絡的可靠性是第一位的，應避免個別裝置損壞導致站內通信中斷。隨著數字、圖像信息的多媒體技術的應用，監控會更加依賴通信網絡，因此一個可靠的通信網絡是首要條件。

　　（2）開放性站內通信網絡是調度自動化的一個子系統，除了保證站內IED設備互連、便于擴展外，它還應服從電力調度自動化的總體設計，硬件接口應滿足國際標準，應選用國際標準的通信協議，方便用戶的系統集成。

　　（3）實時性因測控數據、保護信號、遙控命令等都要求實時傳送，雖然正常運行時站內數據流不大，但出現故障時要傳送大量的數據，要求信息能在站內通信網絡上快速傳送。

　　2.3 實施方法

　　（1）變電站站內光纖網絡化變電站站內光纖網絡化，站內一、二次設備之間實現全數字化光纖網通信。主要包括電氣量采集值數字化傳輸保護等二次設備、跳合閘、狀態信號及故障告警信號的數字化傳輸，智能變壓器告警信號、分接遙調、溫度等模擬量的數字化傳輸。

　　（2）全站統一的標準化平臺統一的信息模塊、數據模型、功能模型，統一的通信協議、數據無縫交換、信息傳輸的可靠性、完整性、實時性。各種設備共享統一信息，具有互操作性。經過功能的組合化設計，利用先進的計算機技術、現代化通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視、自動控制與保護以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

　　（3）數字化/智能化一次設備一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路，采用微處理器和光電技術設計，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程控制器代替。

　　（4）減少二次控制和信號電纜以光纜和少量通信電纜替代戶外和控制室成捆的二次控制電纜和信號電纜。減少二次接線占地面積，降低變電站的總造價，降低運營成本。

　　（5）系統數據實現就地采集采用光纖實現數據信號的傳輸，信號采集精度高、可靠性強，數據信號源唯一，重復投資少，實現分層控制及分層數據傳輸，提高數據傳輸和應用的效率。

　　3 數字化變電站的通信標準

　　數字化變電站的通信體系基于IEC61850標準。IEC61850提供了變電站自動化系統功能建模、數據建模、通信協議、通信系統的項目管理和一致性檢測等一系列標準。按照IEC61850建設變電站的通信網絡和系統，是建設數字化變電站的有效途徑。IEC61850的發布為建設數字化變電站提供了堅實的基礎。按照IEC61850標準，變電站的功能應分為站控層、間隔層和過程層。數字化變電站通信系統應有圖1所示通信接口。

　　①站控層設備之間的通信接口;②站控層與間隔層設備的通信接口;③間隔層設備之間的通信接口;④間隔層與過程層設備的通信接口;⑤站控層設備與遠方控制中心的通信接口;⑥間隔層設備與遠方保護的通信接口。

　　其中通信接口③根據情況在通信接口②或④上實現，通信接口①和②在小規模的變電站可共用一個物理通信網絡。通信接口①～④應按照IEC61850標準建設。為了能與現有的調度系統接口，通信接口⑤仍采用IEC60870-5-101或104規約，但遠動通信接口設備應有能升級到IEC61850的能力。通信接口⑥主要用于縱差保護、遠跳裝置等，由設備制造廠定義，應能在變電站間的通信系統上實現。

　　數字化變電站的物理設備間應能實時、高效、可靠的交換信息，以太網通信技術是滿足這種要求的最佳選擇。根據IEEE及EPRI的實驗報告，現有的以太網通信技術完全能夠滿足變電站自動化的通信要求。以太網技術是主流的通信技術，具有極佳的經濟性，并且仍在快速發展中，為變電站自動化系統提供了廣闊的發展空間。