浅谈数字化变电站
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【摘要】数字化变电站即为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，并建立与之相适应的通信网络和系统。作为一门新兴技术，数字化变电站从提出开始就受到了极大的关注，目前已成为我国电力系统研究的热点之一。随着相关软硬件技术的不断发展和成熟，数字化变电站将成为变电站技术的发展方向。数字化变电站技术的发展将会是一个比较长期的过程。
【关键词】数字化变电站；基本概念；特点；现状；发展
随着数字化技术不断发展，数字化变电站将是继综合自动化技术后电力系统变电站建设的又一次革新，国家电网公司也已经将数字化变电站的建设纳入到了十一五规划重点发展方向。实现数字化变电站对于我国变电站的自动化运行和管理将带来深远的影响和变革，实现数字化变电站可以减少设备的检修次数和检修时间，提高设备的使用效率；可以实现信息在运行系统和其它支持系统之间的共享，减少重复建设和投资。由此可见数字化变电站的重要意义，数字化变电站技术的发展也将会是一个比较长期的过程。
1 数字化变电站的基本概念及现状
数字化变电站是数字化技术在变电站内应用的产物, 但数字化技术在变电站内并不是一个新鲜的事物,从早期的远动装置到如今的计算机监控装置和微机保护装置, 都是数字化技术在变电站内的具体应用。数字化变电站是指变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化, 基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统, 并开发出相应的智能设备，数字化变电站可按照IEC61850 标准建设通信网络和系统的变电站，近年研究的数字化变电站是数字化技术在变电站内的进一步应用。
国际上实现的站层和间隔层部分规约已经实现, 功能也已相当完整。国内有众多制造厂在跟进, 规模较大厂家和一些保护信息管理机的制造厂家起步较早, 在开发和应用方面有了一些成果，电子式互感器应用中存在的问题在数字化过程层的应用中，电子式互感器与合并器的应用也引来了许多新的问题值得研究。由于目前尚无高精度测量偏振面旋转的检测器，通常利用检偏器将角度转化为光强信息, 利用偏光干涉原理实现电流测量。光学电子式电压互感器通过横向和纵向调制传感器测量电压, 目前难以对相位差进行精确测量，一般采用干涉方法将通过晶体的相位调制光变成振幅调制光，检测光强来间接检测相位。长稳定性等诸多因素的影响。光学电子式互感器技术复杂、成本高，性能不易稳定，实用化进程比较缓慢。
2 数字化变电站的特点
2.1 数据采集数字化
数字化变电站的主要标志是采用数字化电气量测系统（如光电式互感器或电子式互采集电流、电压等电气量，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化应用提供了基础。
2.2 高性能
通信网络采用统一的通信规约, 不需要进行规约转换, 加快了通信速度, 降低了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度, 提高了通信系统的性能；数字信号通过光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰，输过程中无信号衰减、失真。无、滤波网络，产生谐振过电压。传输和处理过程中不再产生附加误差，提升了保护、计量和测量系统的精度；电互感器无磁饱和, 精度高, 暂态特性好。
2.3 系统分层分布化
变电站自动化系统的发展经历了从集中式向分布式的转变，第二代分层分布式变电站自动化系统大多采用成熟的网络通信技术和开放式互连规约，能够更完整地记录设备信息并显著地提高系统的响应速度。
2.4 通信网络的可靠性和实时性
网络系统是数字化变电站的“神经系统”，其可靠性和实时性直接决定了变电站系统的可用性，通信网络的可靠性主要通过选择具有高可靠性的网络拓扑结构及采用冗余技术来保证。网络系统设计属于优化问题，要综合考虑可靠性、经济性及易维护性等诸多因素。如果采用100M以太网和多播技术，在正常情况下网络的最大通信时延完全能够满足实时性要求，且有较大的裕度，但在网络发生异常情况下是否仍满足实时性要求还需进一步研究。
2.5 高安全性
光电互感器的应用，避免了油和互感器的渗漏问题，很大程度上减少了运行维护的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时提高了安全性；光电互感器高低压部分光电隔离, 使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性；光缆代替电缆，避免了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提高了变电站整体安全运行水平。
2.6 信息交互网络化
数字化变电站采用低功率、数字化的新型互感器代替常规互感器，将高电压、大电流直接变换为数字信号。变电站内设备之间通过高速网络进行信息交互，二次设备不再出现功能重复的I/O接口，规的功能装置变成了逻辑的功能模块，通过采用标准以太网技术真正实现了数据及资源共享。
2.7 信息应用集成化
数字化变电站对原来分散的二次系统装置进行了信息集成及功能优化处理，因此可以有效地避免常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等装置存在的硬件配置重复、信息不能享及投资成本大等问题的发生。字化变电站将是未来“数字化电力系统”中的功能和信息节点。IEC 针对电力系统操作与运行制定了一整套标准，以逐步统一电力系统内各自动化系统的信息模型和信息交换模型，消除由于缺乏统一建模和系统异构而导致的各种“信息孤岛”。往的设备状态检修主要是针对一次设备二次设备的状态监测对象不是单一的元件，而是一个单元或系统。在数字化变电站中，以有效地获取电网运行状态数据以及各种IED装置的故障和动作信息，现对操作及信号回路状态的有效监视。设备检修策略可以从常规变电站设备的“定期检修”变成“状态检修”，而大大提高系统的可用性。
3 数字化变电站的发展趋势
我国电力科学研究院和国内的各大电力设备制造厂商从2001开始关注IEC61850，并开始对该标准进行翻译，国内较有影响力的电力自动化设备供应商也积极响应并参与了互操作性试验，我国在数字化变电站设备领域的研究取得了长足进展。具有国际先进水平的国产光电互感器已通过国家级鉴定，最长18个月的连续稳定运行经验。国内一些主要的二次设备生产厂家已具备生产能与智能一次设备直接接口的二次设备，一些成熟的国产二次设备可以通过改造增加过程层通信接口，避免因全部使用新设备而导致的技术风险过大。国内许多电力公司也都在致力于数字化变电站的研究和开发，跟踪数字化变电站的最新发展，并做了大量实际工作。数字化变电站的投运，补了我国数字化变电站建设的空白，吹响了变电站向数字化方向发展的号角，而且关键设备均为具有自主知识产权的国产设备，我们得以真正意义上赶超国际先进水平。
4 结语
现阶段数字化变电站的建设已由理论研究走向工程实践阶段，系统的建设是在现有综合自动化变电站的基础上将一次设备数字化, 即数字化的互感器、智能化开关。近几年来，数字化变电站在一次设备、二次设备和通信技术方面蓬勃发展，取得了一些实质性的进展，数字化变电站的发展说明了数字化技术正从变电站的二次设备向一次设备延伸，这将对变电站的自动化运行和管理带来深远的影响。在未来几年内，数字化变电站必将成为变电站自动化技术发展的主流，同时也将为未来“数字化电网”的建设奠定坚实的基础。
参考文献：
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