摘要：数字化变电站是智能电网的关键支撑点。随着数字化变电站技术的发展，越来越要求控制电力过程的设备和系统实现集成系统的解决方案。为了提升我国数字化变电站产业的国际竞争力，形成数字化变电站工程的国际总包能力，带动数字化变电站产业链发展，政府应该积极推动相关标准的应用，鼓励和扶持相关技术的研发和产业升级。
关键词：变电站；IEC61850；全数字化
作者简介：赵俏姿（1968-），女，江西南昌人，上海电力学院经济与管理学院，副教授。（上海 200090）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）15-0094-02
数字化变电站是通过电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、光纤以太网等组成的全智能的分层分布式变电站模式，实现站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。近年来，我国数字化变电站发展迅速、技术日益成熟。上海市政府规划，至2015年具备数字变电站工程总包能力，参与竞争国际数字变电站建设，带动形成数字变电站产业链发展。
一、数字化变电站技术及其优越性
数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部与各层之间采用高速网络通信。过程层设备主要为智能短路器、电子或光纤式互感器等一次设备，过程网络主要传送保护跳闸、保护启动、保护闭锁及断路器辅节点等GOOSE信号及电子式互感器的电流、电压数字采样值；系统间隔层设备主要为电子或光纤式互感器的合并单元（MU）、测控装置、继电保护、开关和刀开关智能操作箱及故障录波器等，支持GOOSE发送／接收闭锁信息，同时详细记录GOOSE信息和日志功能，具有广泛的互操作性；站控层主要包括工程师站、保护工作站及远动工作站、监控后台、远动通信管理机和保护信息子站等。
数字化变电站相比传统变电站具有以下优点：
1.在技术上，提高设备的安全性和可靠性
光信号具有不易受外界电磁波的干扰，长距离传输基本不发生衰减，传输速率快等特点；光缆组成的网络具有速度快、可靠性高等特点；且光缆接线可以避免信号传输和处理带来的附加误差，提高保护、测量和计量系统的精度，减少自动化设备的数量，简化二次接线；同时设备具有互操作性，可以实现信息在运行系统和其他支持系统之间的共享。
2.在经济上，不需要再使用大量的电缆
而使用二次光缆接线不仅可以减少重复建设，方便变电站的扩建及自动化系统的扩充，而且由于光缆在体积方面比电缆小，在造价方面比电缆便宜，数字化变电站的投用进一步简化了站内建筑和非生产设施，节约了用地和资金。
二、数字化变电站技术协议/标准的应用
数字化变电站技术的发展越来越要求控制电力过程的设备和系统实现集成系统的解决方案，要求自动化系统是开放的，在电力系统内要求设备和系统必须是互操作的，接口、协议和数据必须是兼容的。为了实现上述目标，IEC（国际电工委员会）在不同背景下陆续推出了IEC60044-8/7、IEC1588、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE协议或标准等。
1.IEC61850协议的优势
IEC61850协议采用自我描述在信息源处建模的方法，减少同一信息多处定义，限制多重数据管理，调试容易；采用网络交换信息的方法，实现资源共享，节省电缆、节省建筑面积，降低变电站建设成本；采用面向对象自我描述的方法，解决了过去的通信协议无法满足传递信息量变化、无法适应应用技术迅猛发展需求的问题；采用抽象通信服务接口，使得其和所采用的通信技术、协议栈无关，便于用户充分享受信息技术和网络技术迅猛发展。
IEC61850作为电力系统实现无缝通信的规约，大幅度减少了现场验收、运行、监视、诊断和维护工作，解决了变电站自动化系统的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可以使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性。因此，基于IEC61850协议的数字化变电站具有调试容易、建投成本低、占地面积少等优点。
2.IEC1588精确时钟同步协议的应用
在数字化变电站体系中，时钟服务器属于站控层设备。数字化变电站对变电站时钟提出了更高的要求。间隔层或过程层的智能设备通过单播方式向时钟服务器请求时间，或者服务器通过广播方式向各职能设备定时发送时间。对于过程层有些设备，需要给出电子互感器的采样脉冲或重采样时，为了实现全站、甚至站间的模拟量数据的同步，需要接入时钟服务器的秒脉冲信号。为了达到模拟量的同步，要求时钟提供精确度更高的光脉冲同步信号。同时，数字化变电站的发展对变电站相关设备提出了新的要求，对时服务器结合外部交换机和光扩展装置等，实现对整个变电站的统一授时。随着IEC1588精确时钟同步协议的出现，在整站实现IEC1588对时是一个发展方向，其优势是减少了脉冲对时网络。
3.IEC60044-8/7电子式互感器技术规范
鉴于电子式互感器及其他新型互感器的快速发展，IEC制订了相关标准，明确了电子式互感器的定义及相关的技术规范。标准规定，电子式互感器是一大类新型互感器的总称，包括电子式电流互感器和电子式电压互感器。前者采用低功率线圈、罗氏线圈或光学材料作为一次传感器，后者把电阻/电容分压器或光学材料作为一次传感器，利用光纤进行信号传输，通过对测量电量的信号处理实现数字量或模拟量的输出。电子式互感器在国外早已成功投网运行，具有明显的技术和价格优势。在我国，随着挂网运行经验的增加及稳定性问题的解决，电子式互感器凭借其良好的测量性能将被广泛应用于数字化变电站中，成为互感器未来的发展趋势。
三、数字化变电站控制保护系统的检测
同常规变电站工程项目相比，数字化变电站工程调试中减少了大部分电缆接线及现场调试工作，但增加了系统集成和测试工作。由于系统集成和测试工作依赖于外部实验环境，必须在试验室中进行，并与基建工程同步进行，能够大大提高工程的速度和效率，但同时也对试验室调试工作提出了更高的要求。因此，研究如何在试验室环境中完整模拟变电站一次系统，为集成和测试提供条件是十分必要的。
RTDS能够通过外接或者自产秒脉冲的方式与其他MU和控制保护装置进行同步，从而能够单独或者与MU配合输出采样值。此外，通过GOOSE信号的接入能对全数字化变电站的控制保护系统进行闭环测试。华中电力实验研究所的专家认为，RTDS是目前对全数字化变电站系统进行检测的有效手段。RTDS应用不但提供了支持数字化变电站系统的接口，而且通过其强大的实时仿真能力为数字化变电站试验室集成和测试提供了全面的支持。
深圳殷图是国内较早从事电力系统实时动态数字仿真试验软件开发的公司，他们开发的DDRTS使实时数字仿真系统的平台从昂贵的基于DSP专用硬件结构向通用型微机和并行计算机硬件结构发展，方便了升级扩展，有效保护了用户投资，打破了国外RTDS在该领域的长期垄断局面。
四、发展标准数字化变电站的政策建议
数字化变电站是智能电网的关键支撑点，为了提升我国数字化变电站产业的国际竞争力，形成数字化变电站工程的国际总包能力，带动数字化变电站产业链发展，政府应该积极推动相关标准的应用、鼓励和扶持相关技术的研发和产业升级。
1.鼓励和支持最新技术产品的研发和使用
数字化变电站与传统变电站相比不仅具有安全可靠、节约占地和投资等优点，而且通过提升数字变电站的功能和附加值，在数字变电站系统的基础平台上集成数字式互感器等各类传感器，带动发展智能化超（特）高压变压器、气体绝缘组合电器设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）、输电导线等输变电设备，推动在线监测技术、区域与广域保护技术、电能质量管理等高端技术的应用。但由于相关高新技术产品的研发和应用投资多、风险大，需要政府给予大量的资金投入和优惠政策的扶持。
2.推进数字化变电站标准的制订和应用
IEC在不同背景下陆续推出了IEC60044-8/7、IEC1588、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE 标准，这些标准/规范都被不同的公司产品所采用和在不同的工程实践中得到应用。国内已有科研项目在研究总结数字化变电站的建设、测试、调试及运行维护经验的基础上建立了完整的技术标准体系，编制了数字化变电站关键设备检测、网络性能测试及变电站建设运行的一整套规范，包括数字化变电站建设实施技术指导、电子式互感器检测、数字式多功能电能表检测、保护相关二次装置检测、系统网络性能测试、数字化变电站运行等9个规范。充分认识和准确理解这些标准对数字化变电站的研究、产品开发和工程推广及提升我国数字化变电站产业的国际竞争力等具有非常重要的意义。
3.搭建标准数字化变电站控制保护系统的检测平台
既按照IEC 61850标准的要求，针对数字化变电站关键设备、网络性能、通信规约测试的需求，构建数字化变电站过程层、间隔层及站控层设备的综合测试平台。
按照现行规范，控制、保护装置必须通过静/动模入网试验才能获准进入电力系统。而新建变电站的控制保护系统在投运前还必须通过现场调试，确保功能完善、设置正确才能投运。数字化变电站中所有的控制、保护以及电流、电压信号都是在网络中传递的，现有的测试手段都不再适用，通信网络的性能对控制保护系统的功能起了决定性作用。虽然RTDS是目前对全数字化变电站系统进行检测的有效手段，但其设备投入相当高，国内真正掌握RTDS实验室检测技术的高级技术研发人员非常短缺。其他针对数字化变电站的测试设备尚不多见，数字变电站检测手段相对于传统方法还十分有限。因此，国内急需建立完整全面的基于IEC 61850标准的数字式设备测试环境。
4.构建标准数字化变电站设备与技术产业化服务体系
国际上制订IEC 61850标准时，具体的保护功能和类型是按照欧美的标准及习惯指定的，中国使用的保护功能和方法与其有一定的差距。据仿真实验、实验室测试、现场测试等，IEC1588网络同步对时技术对时精度小于1微秒，完全能够满足变电站对时的要求，但目前网络对时涉及到的装置（主钟、交换机、子钟）还不够成熟，需要进一步提高其可靠性和精度；500kV光互感器有温漂现象、光学回路稳定性不足，光学互感器生产厂家均无自有硅橡胶、复合绝缘筒的生产能力，为外购材料、部件组装。上述表明，我国数字化变电站设备与技术还有待完善。因此，为促使数字化变电站及相关产业发展，全面采用IEC61850标准，实现了不同厂家数字化设备的互联互操作，构建数字化变电站设备与技术产业化服务体系具有重要意义。
国内数字化变电站的试点已经较为充分，应该充分总结成功经验、探讨发展策略。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会一直关注IEC61850的发展，自2000年起将把对IEC61850的转化作为工作重点之一。标委会及其工作组专家密切跟踪IEC标准的进展，通过近5年的时间、二十多位专家的辛勤工作完成了IEC61850到行业标准DL/T860的转化。一方面，国内的用户和设备制造商要有统一标准的共同愿望；另一方面，标委会要加强组织协调，发挥公正平台作用，进一步细化完善国内工程实施技术规范，配套建立其他功能如规范、设计规范、验收规范等。标委会可以通过组织大规模互操作试验极大地推动基于IEC61850标准的设备研制和工程化。
五、结语
推进全数字化变电站产业发展将是我国智能电网建设十分重要的举措。国内顶级设备制造商如南瑞集团、北京四方、国电南自、许继电器等同步开展了标准研究和软硬件开发。2006年以来，相继有采用IEC61850标准的变电站投入运行，从110kV到500kV，从单一厂家生产到多家集成，国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。
虽然我国数字化变电站发展迅速、技术日益成熟，但超高压、标准数字化变电站尚处于起步阶段，数字化变电设备与技术跟国际先进水平相比仍有较大差距，相关检测手段还非常有限。在推进标准数字化变电站产业发展的过程中，新技术、新产品的研发及应用、控制保护系统的检测平台的搭建、相关产业技术转移及升级的服务体系的完善等都需要政府的大力支持和政策引导。
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（责任编辑：王祝萍）
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