数字化变电站系统结构概要
智能变电站系统结构概述
人机对话模件
A/D
电
开
缆
入GOOSE 开 出光纤
组
件
传统微机保护
智能终端
一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构：
1、AD变换没有了，代之以高速数据接口。
2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布 命令，由一次设备的执行器来执行操作。
➢三智层两能网：变物电理结站构上基，本完整概的念数字化变电站由三个层次构成，分别为
➢间隔合并单元采集电流和UX
➢合并单元和保护采用直采方式
合
智
➢智能终端和保护采用直跳方式
并 单
能 终
➢保护跨间隔信息采用GOOSE
元
端
网络传输方式（如启动母差失灵、
母差动作远跳功能等）
➢测控通过网络与合并单元、智能
终端传输信息
110kV电压等级双母线接线的线路装置配置
SV网 GOOSE网
母 线 合 并 单 元
智能终端功能
➢开关量(DI)和模拟量(AI)采集功能；
➢开关量(DO)开出功能
➢具有断路器控制功能
➢具备断路器操作箱功能，包含分合闸回路、电流保持、合后监视、重合闸、操 作电源监视和控制回路断线监视等功能。断路器防跳功能以及各种压力闭锁功 能在断路器本体操作机构中实现。
➢具备信息转换和通信功能，支持以GOOSE方式上传一次设备的状态信息，同时接 手来自二次设备的GOOSE下行控制命令，实现对一次设备的实时控制功能。
➢数字量输入：可通过GB/T20840.8（IEC60044-8）报文格式接收光纤同步串口信 号，能兼容5Mbit/s及10Mbit/s的编码速率。为了保证合并单元装置整体采样延 迟时间小于2ms，要求前端接入的数字量采样延迟时间小于1ms。
数字化变电站自动化系统的结构特点
数字化变电站自动化系统的结构特点发布时间：2022-06-08T10:20:32.809Z 来源：《福光技术》2022年12期作者：王俊威[导读] 还有许多技术问题需要攻关解决，相信在不远的将来数字化的变电站自动化系统，将有一个蓬勃的发展期内蒙古超高压供电公司内蒙古自治区呼和浩特市 010000摘要：数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，相信在不远的将来数字化的变电站自动化系统，将有一个蓬勃的发展期关键词：变电站；数字化；网络化；一次设备一、数字化变电站自动化系统的特点1.1智能化的一次设备一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。
换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
1.2网络化的二次设备变电站内的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置设备等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，而不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
1.3自适应技术在继电保护方面的应用成为可能自适应继电保护是20世纪80年代提出的研究课题。
其基本思想是使保护装置尽可能地适应电力系统的各种变化，改善保护性能，即能够适应电力系统各运行方式和复杂故障类型，有效地处理故障信息，从而获得更可靠的保护。
故障信息是自适应继电保护动作的根本依据，而如何有效提取故障信息则需要通过高速网络真正实现数据共享、资源其享。
随着电网调度自动化的发展，利用数字通信方式从相邻变电站和调度中心获取有用的其它信息成为必要。
数字化变电站之简单释义-2009-2
14
全部都是LN 全部都是LN
设备举例: 站级工作站 IHMI
(人机界面 IF)
设备举例: 保护， 保护，测控一体化装置
CSWI
(开关控制)
PDIS
(距离保护)
TVTR XCBR
(断路器) (PT)
TCTR
(CT)
设备举例: 断路器
设备举例: 一体化测量
15
变电站中的LN 变电站中的LN
控制 Q0/CSWI Q8/CSWI Q9/CSWI 间隔层界面 IHMI
7
操作控制 执行与驱 动
过程层：电子式电压/电流互感器 过程层：电子式电压/
8
合并单元结构（MU） 合并单元结构（MU）
9
合并单元之输出数据
10
过程层--> 过程层-->间隔层
11
Review
以太网
采集与控制 模拟量 数字量
12
软件通信
软件通信
13
变电所自动化系统中的通讯
IEC 61850中将变电站中的智能 61850中将变电站中的智能 硬件称为IED 硬件称为IED IED中信息交换的最小功能模块 IED中 为LN(逻辑节点) LN(逻辑节点)
数字化变电站
之简单释义
Hansen
1
Agenda
变电站中的主要部件 过渡型数字化变电站通讯架构图 数字化变电站分三层
• 站控层、间隔层、过程层 站控层、间隔层、 • 过程层设备->MU->间隔层 过程层设备 间隔层
软件通信
• • • IED、LN 、 变电站通用事件GSE（GOOSE, GSSE） 变电站通用事件 （ ） SAV
6
IEC61850变电站分层 IEC61850变电站分层
数字化变电站系统介绍
数字化变电站的提出和定义 通过网络结构来了解数字化变电站 数字化变电站与常规站、61850变电站的对比 四方公司重点工程简介 智能变电站高级应用方案
数字化变电站的提出和定义
谁提出要建数字化变电站呢？ 好像挺难的…
咱们只需要关心数字 化的好处就行了
常数规字站化的的问好题处：： ➢➢采节集省资二源次重电复缆 ➢➢多信套息系共统享共存 ➢➢设设计备调互试操复作杂 ➢➢互易操于作扩性展差 ➢➢可维扩护展更性加差方便 ➢➢大调量试二更次加电方缆便 ➢发展的方向 ➢……
对时方式
间隔层设备 装置实景
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
站控层交换机 站控层设备
网络结构
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢Manufacturing Message Specification，制造报文规范，61850在站控 层等同引用的一种工业控制标准； ➢通讯基于模型；
对时
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
一次设备
户外柜 合并单元
PPS IRIG-B
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
数字化变电站过程层系统介绍
Flat communication architecture
Performance classes – binary data, RMS values
Performance classes – raw analog data
系统方案的主要技术问题——系统可用性 和可靠性
可用性（Availability） 冗余 MTTF MTTF by repair
数字化变电站中保护控制设备
高速以太网通信
微 计 算 机 交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换
人机对话模件 MU
1、A/D变换没有了，代之以高速通信。
开 入 开 出 模 件
一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构：
2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设 备的执行器来执行操作。
第三类保护也应在失去同步后延迟若干时间后 被闭锁。此后，只有检测到同步信号恢复，保 护才能投入运行。因此对于第三类保护必须冗 余配置
传统的变电站一次设备和保护的连接
交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换 开 入 开 出 模 件
微 计 算 机
人机对话模件 端子箱
从CT、PT引出的电缆，根据需要，在端子箱内重新组成对应各保护、 测量等回路，二次设备引入测量量，进行A/D变换后，送入CPU处理判断 CPU处理的结果，或合闸、跳闸、闭锁（不允许其他的跳合闸起作用） 通过开入开出板连接到开关端子箱。 在过程总线中，保护装置的功能被组合到一次设备到一次设备，形成 新的接线模式。
第二类保护的正确动作同时需要信号的相位和幅值，但 所需信号来自于同一变电站，所以只要保证站内同步即 可实现保护的正确动作，比较典型的是距离保护和变压 器差动保护。 第三类保护的正确动作也同时需要信号的采样值，但是 所需信号只有在全站同步的情况下才能保证保护的正确 动作。这类保护典型的是母线电流差动保护。
许继基于IEC61850的数字化变电站
61850规约
配置 Part 6: 变电站中智能电子设备通 信配置描述语言
抽象通信服务 变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构 Part 7-2: 抽象通信服务接口(ACSI) Part 7-1: 原理和模型
测试 Part 10:
一致性测试
特殊通信服务映射 (SCSM) Part 8-1: 映射到制造商报文 MMS Part 9-1: 通过单向多路点对点串行通信连接模拟采样 值 Part 9-2: IEEE 802.3 之上的模拟采样值
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
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
许继 数字化变电站
罗柯夫斯基原理电流互感器
光电式互感器
许继 数字化变电站
罗柯夫斯基原理电流互感器的优缺点
罗柯夫斯基（Rogowski）线圈原理是种电磁耦合原理。与 传统的电磁式电流互感器不同，它是密绕于非磁性骨架上 的空心螺绕环。优点：
1. 罗柯夫斯基线圈电流互感器消除了磁饱和现象，提高 了电磁式电流互感器的动态响应范围。
许继 数字化变电站
NCIT对保护的影响
1. 促进保护新原理的研究。传统的CT由于频响范围较窄而不能 完全再现一次电流波形, 然而OCT 测量的频响范围宽, 能够真 实地反映一些高频信号, 可以为暂态量保护提供可靠的数据, 从而促进它的发展。 2. 提高继电保护的可靠性。CT饱和一直是影响保护正确动作的 重要因素。由于OCT不含铁芯, 它在一次大电流下不会饱和, 在大的动态范围内能保持良好的线性, 因而其二次侧能正确地 反映一次电流的值。 3. 为保护提供新的功能。由于OCT的动态范围大, 正常和故障时 均可较准确反映一次大电流的值, 因此许多测量的功能可在保 护中实现。 4. 提高现场的安全性。进出OCT 的都是光信号, 因此二次侧开路 时不会产生危险的高电压, 保证了现场人员的安全和设备的可 靠性。
南方电网数字化变电站网络构架分析及建议
方案 二 实 际 的运行 方 式 相 似 ，只是 方 案 三用 ＩＥ ＥＥ １８ ５８进行 对 时处 理 ， 而方 案二 是用 国际 流行 的 Ｂ码 对时 。 因此 ， 面只介绍 方案 一与 方案二 。 下
调度或 控制 中心 ；接 收调度 或控制 中心有 关控 制命 令 并转 至相应 间隔层 、 过程层执 行 ， 具备 自动化 变 并
电站相应 功能圆 。
准 的颁 布 ， 智能 化 电气 设备 、 电式 互感 器 的发 以及 光
展， 为数 字化 变 电站 的推广 奠定 了 良好 的基础 。 目前 南方 电网下属 多个 网 、省 电力公 司 申报 了数字化 变 电站示 范工程 项 目，掀起 了研究 和推 广数 字化变 电
的监测 、 制命 令 的执 行 等 ， 控 主要 可分 为 ３类 ： 电气
变电 站层
ｌ 涸 咝
兰 服 务
运行 的实时电气量检测 ；运行设备的状态参数在线
检测 与统计 ； 操作 控制 的执行 与驱动 。
嚣 嘉
过层 程 厂置蚕 『 翥
远 … 方保护 护
２ 网络 构 架 及 选 型 建 议
能。
络通信 ， 个 层 次的关 系如 图 ｌ 示 。各层结 构功 能 ３ 所
及作 用如下 ：
３ 程层 是一 次设备 与 二次设 备 的结合 面 ， ）过 包 括 智能一 次设 备 （ 电子式互感 器 ）智能终 端等 。 含 、 其
任 务是 完成实 时运行 电气量 的采集 、设备 运行状 态
１ ４
广 西 电 力
ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＬＥＣＴＲＩ ＰＯＷ ＥＲ Ｃ
２１ ０ ０年 ４月
Ｖｏ ３ ｌ３ Ｎ ０． ２
南方电网数字化变电站网络构架分析及建议
分析数字化变电站系统结构
分析数字化变电站系统结构【摘要】数字变电站，就是将目前变电站管理所需要的所有功能进行调整，并且集中到一起，在日常运行中，它能根据系统的运行的状况，自动的进行管理。
简单的说，就是将变电站网络化，使人们在计算机上全面、直观的浏览每一个数字变电站的信息。
如今，数字变电站中已经引入了许多的网络设备，技术水平也在不断的更新和提高，在未来，数字变电站将会朝着高集成化、标准化方向发展。
【关键词】数字变电站；运行；网络；技术；信息引言数字变电站系统中引入了网络设备和新型电子设备，大大提高了其自身的可靠性和先进性。
本文主要分析了数字变电站的系统及结构，并对数字变电站应用中所存在的问题进行了讨论和阐述，希望对广大的电力工作者有所帮助。
1数字化变电站的技术所存在的问题1.1 电子式互感器存在一定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产生了一些冲突。
比如，低电压等级采用合并器会导致成本增加，一般情况下，一个保护需要配一个合并器，这样的话综合系统的成本将会增加很多。
而合并器之间的数据交换网络比较复杂，操作起来也比较的困难，整个系统数据传输的可靠性还需要进一步提高。
1.2 IEC61850中存在的问题目前，中国的IEC61850技术和欧美一些国家的技术还不能相比较。
虽然我国的制造厂商也在不断的更新技术，但是水平仍然参差不齐，甚至达不到国际标准。
中国目前国内高压保护都是全重化配置，当双套保护同时运行的时候，两者会一起发生紧急报告，导致冲突和故障的产生。
2 数字化变电站的系统结构数字化变电站按照逻辑结构可以分为三个层次，这三个层次又分为过程层、间隔层、站控层，各个层次的内部以及层次间都采用高速网络来进行通信。
2.1 过程层它是一次设备和二次设备的结合，也是电力设备的智能部分。
它能够对电力系统进行电气量的检查，在设备运行的时候，它会对设备的状态自动的检测并且统计，甚至还能对操作控制进行执行与驱动。
同时，它又指一次设备和智能组件所构成的智能设备、终端，它会对变电站进行电能的分配、转换、测量、监控、保护、维修等。
数字化变电站
现代化变电站
01 简介
03 应用实例 05 发展趋势
目录
02 设备特点 04 优点 06 安全对策
数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和络化二次设备分层（过程层、间隔层、 站控层）构建，建立在IEC标准和通信规范基础上，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。
(二)络化的二次设备
变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电 压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造， 设备之间的连接全部采用高速的络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过络真正实现 数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
数字化变电站是应用IEC进行建模和通信的变电站，数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信 息的络化，以及开关设备的智能化实现。
设备特点
(一)智能化的一次设备
一次设备被检测的信号和被控制的操作驱动回路经过重新设计，采样微处理器和光电技术设计。使原来要通 过二次采样电缆输入的电压电流信号，通过电子式互感器取代传统互感器的方式，原来开关位置、闭锁信号和保 护、测控的跳合闸命令等原来用二次电缆传输的信号量，都通过集成智能化一次设备实现。简化了常规机电式继 电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的 继电器及其逻辑回路被可编程器件代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电式数字量和光纤络代替。
发展趋势
数字化变电站对电气设备行业影响巨大，将导致二次设备行业、互感器行业甚至开关行业的洗牌，并且以 IEC为纽带将促进一次设备和二次设备企业的相互合作与渗透。未来数字化变电站将实现一次设备的智能化和二 次设备的信息化，通过在变电站的站控层、间隔层以及过程层采用全面的标准IEC通信协议，避免设备的重复投 入。在站控层方面，除了继承传统的监控系统外，应配置远动工作站，目的是向调度实现远程数据传输；在间隔 层方面，由于多种IED的应用使的数字变电站产生多种不同的框架结构；在过程层方面，一些高级设备的研发和 应用，例如智能化开关设备等。据行业内的分析报告显示，每年都有上千座35 kV及以上等级的新建变电站投入 运行，新建变电站基本上都采用自动化系统模式，因此预计未来几年电力系统变电站自动化市场规模每年将保持 在50～80亿元。
分析数字化变电站系统结构
数字变电站系统中引入 了网络设备和新型电子设备， 大大提高 了 其 自身的可靠性和先进性 。本文主要分析 了数字变 电站的系统及结 构，并对数字变 电站应用 中所存在 的问题进 行了讨论和阐述，希望 对广大的 电力工作者有所帮助 。 １数字化变 电站 的技术所存在 的问题 １ ． １ 电子式互感器存在一定的 闯题 在数字化过程层 的应用 中，电子式互感器与合并器 的应用产生 了一些冲突 。比如 ，低 电压等 级采 用合并器会导致成本增加 ，一般 情况下 ，一个保护需要配一个 合并器 ，这样 的话综合系统 的成本将
次设备保护进 行保 护和控制，它 同时又指继 电保护 装置 、测控装 置 、故 障录波等 二次设备，使用一个间隔 的数据 并且作 用于该间隔
有变 电站 自动化技术 的基础 上，随着技 术的不断突破 ，数字化 变电 站将会 更加平 稳的发展。将现有 的电网技术与计算机 信息相结合，
较 。虽然我 国的制造 厂商也在不断的更新技术 ，但 是水平仍然 参差
不齐 ，甚至达不 到国际标准。 中国 目前 国内高压保护都是 全重 化配 置 ，当双套保护 同时运行的时候，两者会一起发 生紧急报 告，导致 冲 突和故 障的产 生。 ２ 数字化变 电站的 系统结构 数 字化变 电站按照逻辑结构可 以分为三个层 次，这三个层次又 分为过 程层、间隔层、站控层 ，各个层 次的内部 以及层次间都采用 高速网络 来进行通信 。
驱动。同时 ， 它又指一次设备和智能组件所构成 的智 能设备 、 终端 ， 它会对变 电站进行 电能 的分配、转换 、测量、监控 、保护、维修等 。 它 的突出优点是抗干扰力强、绝缘性和抗饱和 的性 能较好 。
２ ． ２ 间 隔层
５ 总结与体 会 数字化变 电站 的技 术提 高离不 开现代科 技的发展，数字化 变 电站相 比于传统变 电站来 说，运 用了很 多的信 息技术 和网络科技，
浅析数字化变电站系统
浅析数字化变电站系统1 数字化变电站概述所谓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网络和系统，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。
数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备。
理想的数字化变电站的信息充分共享，满足功能分布实现的要求。
变电站中所有设备均从通信系统中获取所需要的其他设备的信息，并通过通信系统向其他设备传输输出信息和控制命令。
按IEC61850通信协议，可传输设备的完整信息，包括状态、配置参数、工作参数、与其他设备的逻辑关系、软硬件版本等。
1.1 数字化变电站系统结构数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类即智能化的一次设备和网络化的二次设备。
在逻辑结构上相分为三个层次，依据IEC 61850，数字化变电站的结构可分为过程层、间隔层、变电站层。
1.2 数字化变电站主要特点数字化变电站中采用数字化的新型电流和电压互感器代替常规的TA和TV；将高电压、大电流直接变换为低电平信号或数字信号，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于IEC 61850 标准的信息建模，并采用智能断路器等技术。
数字化变电站具有智能化的一次設备、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统，系统结构紧凑。
2 IEC 61850标准概述当变电站内不同厂家设备采用的通信协议、应用程序接口、数据描述方式等缺乏统一的标准时，设备间的互操作性实现困难。
另外，现有变电站自动化系统中，有时同一数据或功能在站内不同地方中应用时，必须重新进行设置，既繁琐又浪费资源。
这些缺陷都需要通过制定能够规范和整合站内信息资源，并满足互操作性和共享要求的变电站通信规约体系。
IEC 61850标准的制定在一定程度上解决了这些问题，使标准化成为可能。
2.1 IEC 61850标准特点IEC 61850标准是由国际电工委员会（International Electro technical Commission）第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。
数字化变电站主要技术特征和架构体系
二.数字化变电站的主要技术特征
（二）系统分层分布化 根据IEC61850标准的描述，变电站的一、二 次设备可分为哪三层？它们各自的含义是什 么？
]]间间隔隔层层：：
一般按断路器间隔划分，具有测量、控制元件或继电 保护元件。测量、控制元件负责间隔线路、变压器等设备 的保护、故障记录。
返回 &东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作 20
前
(5)各类设备的数据通信都采用开放的统一的通信协议，所有数据无缝交换；
金 谷
(6)所有信息的可靠性、完整性、实时性都能得到保证，数据测量精度高；
园 变
(7)通信介质全部采用光纤来取代电缆；
电
站
(8)各种设备和功能共享统一的信息平台，避免设备重复投资；
全
(9)整个变电站的管理实现全面的自动化和信息化。
p用于户外变电站的集成型断路器设备:
指的是金属壳内、SF6绝缘的开关模块和空气绝缘 元件的组合体。
返回 &东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作 26
二.数字化变电站的主要技术特征
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器
1. 紧凑型组合电器
应用广泛的ABB公司生产的PASS设备：
&东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作 28
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器
PASS接插式开关电器介绍
PASS也可理解为Performance And Save Space，即“优越的 性能并节省空间”。PASS设备 具有结构简单、紧凑、可靠性 高、安装维护简便等特点，为 变电所的建设、改造、扩建提 供了新的选择。
数字化变电站网络结构介绍
数字化变电站网络结构介绍摘要：数字化变电站最明显的特征便是一次设备智能化，二次设备网络化，对二次设备而言就要实现功能分散、信息共享并具有互操作性，这就对变电站通信提出了非常严格的要求，IEC 61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。
按照IEC 61850标准建设通信网络和系统的变电站，符合数字化变电站的要求。
关键词：数字化；网络；智能设备；IEC61850前言数字化变电站是目前国内电力系统工程建设的一个热点。
随着数字式微机保护技术的日益成熟，整站数字化变电站建设主要是充分利用现在国内最先进的数字化技术对变电站现有的一、二次设备进行改造，使之能够达到数字化变电站的建设的目的，实现变电站信息数字化、规范化，提供实时、可靠、完整的共享信息平台，并以此为基础提升现有设备和功能的技术水平，发展新的自动化功能，同时提高变电站的技术性和经济性。
1.网络结构概述数字化变电站是应用IEC61850标准进行建模和通信的变电站。
IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它从物理逻辑上将变电站通信体系分为3层：变电站层（即站控层）、间隔层、过程层，如图1所示。
变电站内的智能电子设备（即IED，包含测控单元和继电保护装置等）均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。
目前，变电站的站控层与间隔层实施IEC61850标准系统的产品体系技术已经相对成熟。
由于过程层的部分一次设备（如断路器、隔离开关等）并不具备完整的数字化应用基础，所以过程层智能终端操作箱构筑了一个单元模块，用以控制这些不具备数字化的一次设备，并传送这些设备的信号。
对于直接更换或是使用了电子式互感器或光学互感器，电流、电压量直接通过光纤由互感器发送到合并单元MU。
实际上，数字化改造工程中，有些常规互感器并不更换为数字式互感器，而采用以IEC61850标准的合并单元作为基础去展开分布采样，并将采样数据、信息传递给间隔层IED。
浅谈数字化变电站中的一＼二次设备及网络结构
浅谈数字化变电站中的一＼二次设备及网络结构[摘要] 近年来，随着网络通信技术和自动化技术的发展，数字化变电站很快的发展起来了。
本文介绍了数字化变电站的基本概念以及数字变电站中一、二次设备与传统变电站设备的区别。
[关键词] 数字化变电站数字交换机网络结构1、数字化变电站基本概念及基本特征①数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，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。
②优点：1、各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入；2、测量精度高、无饱和、无CT二次开路；3、二次接线简单；4、光纤取代电缆，电磁兼容性能优越；5、信息传输通道都可自检，可靠性高；6、管理自动化。
③特点：1、变电站传输和处理的信息全数字化；2、过程层设备智能化；3、统一的信息模型、数据模型、功能模型；4、统一的通信协议、数据无缝交换；5、高质量信息、可靠性、完整性、实时性；6、各种设备和功能共享统一的信息平台。
2、IEC61850标准的基本概念及发展方向IEC61850标准是由国际电工委员会(International Electro technical Commission)第57技术委员会于2004年颁布的、应用于变电站通信网络和系统的国际标准。
其目的是: (1)实现不同厂家的IED(intelligent Electronic Device 智能电子设备)之间交换数据；使用这些数据，实现所需的功能；(2)自由组态，自由分配智能设备的功能；支持客户的任意设计理念-集中式或分布式系统；(3)长期稳定性，面向未来；符合通信系统主流的发展方向；符合系统发展的要求。
其发展方向主要是：变电站之间的通信；变电站和调度中心之间的通信；对设备监控的扩展；电能品质监视；风电场的控制和监事；分布式能源的控制和监视；水电站的控制和监视。
3、智能化的一次设备①智能化的一次设备包括光电/电子式互感器，智能化断路器等。
数字化变电站继电保护系统设计 包宗士
数字化变电站继电保护系统设计包宗士摘要：煤矿变电站作为中低配电网的重要组成部分，利用微机保护系统对变电站继电保护系统进行数字化、智能化建设对于提高煤矿供电安全十分重要。
在分析数字化变电站继电保护系统结构与保护要求的基础上，利用DSP数字处理器，对保护系统的硬件软件进行设计开发，实现了对变电站继电保护系统实时监测与保护功能。
该系统在实际使用过程中运行稳定，极大提高了煤矿供电的安全性。
关键词：继电保护；数字化；保护方式；1.数字化变电站继电保护系统分析1.1变电站系统结构本文对煤矿上变电站进行数字化建设，整个数字化变电站采用分层式结构，即分为站控层、间隔层、过程层以及相关通信协议。
站控层作为整个系统的总控中心，安装有主机服务器、通信设备、工作站、微机闭锁系统等部分组成，从而可以完成整个系统的数据采集、逻辑运算、监测等功能，方便工作人员进行实时监控与操作。
间隔层安装有测控装置和微机保护系统、变压器保护屏等装置，即使是在高要求的电磁环境下各设备仍可以长期稳定工作。
过程层主要是通过安装的通信设备完成各个间隔层之间的数据交换与调度功能，从而控制传感器和执行操作机构，完成最终保护过程。
1.2变电站继电保护设计变电站继电保护系统主要通过监测装置实时监测变电站电力系统的正常、不正常、故障3种运行状态的电气量，并通过它们之间的差别将故障进行识别分类，对故障元器件进行判别警示[7]。
而要实现继电保护系统实时监测与可靠性的保护功能，则需要进行微机系统设计投入运行，并且保护系统朝着智能化与网络共享化发展。
微机继电保护系统通过高速通信网路采集系统的各器件装置的电压、电流以及一次设备运行的二次电压、电流等模拟量信息，采集的模拟信息通过中央CPU处理，完成保护功能的逻辑判别运算，并将处理指令下传至继电保护装置从而可以在故障时迅速完成故障保护。
在所设计的保护系统中，继电保护装置根据需要根据不同故障的原理采取不同的保护形式。
例如：电流速断保护、差动保护、过电压（电流）保护、瓦斯保护、后备保护等[8]。
谈数字化变电站技术
谈数字化变电站技术摘要：随着智能化电气设备的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，数字化变电站从理论变为现实，一个数字化变电站时代即将来临。
论述了数字化变电站的定义、结构、特点及4大组成部分，并对数字化变电站自动化系统的3种组成方案进行了探讨。
关键词：变电站；自动化0 引言变电站自动化技术经过十多年的发展。
智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统将成为未来的发展趋势。
1 数字化变电站的定义及结构数字化变电站由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作。
数字化变电站的结构见图1。
数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为2类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备。
在逻辑结构上可分为3个层次，根据IEC61850通信协议定义，这3个层次分别称为“过程层”、“间隔层”和“站控层”。
数字化变电站的逻辑分层结构见图2。
这种分层，需要有相应的抽象服务来实现数据交换，抽象通信服务接口(ACSI)是IEC61850的一个重要特点，它独立于具体的网络应用层协议f例如目前采用的MMS)，和采用的网络(例如现在采用的IP网络)无关。
ACSI 可以直接访问现场设备，对各个制造厂的设备都用同一种方法进行访问。
这种方法可以用于重构配置，很容易获得新加入设备的名称和用于管理设备的属性。
2 数字化变电站自动化系统的特点数字化变电站自动化系统具有以下特点：1)实现了数据共享，信息全面且简练，从而简化设备，提高了变电站的可靠性；2)系统的安装、运行、维护及升级较为简单方便；3)系统基于相同格式的底层数据，降低设备的成本；4)系统可提供更先进的应用功能；5)系统的通信协议和系统结构符合IEC61850变电站通信网络和系统协议；6)采用分散采集数据，综合管理底层数据，保证了数据完整和安全，并且所有数据统一时标；7)符合无人或少人值班的要求。
数字化变电站系统结构概要
2006年12月Power System Technology Dec. 2006 文章编号:1000-3673(200624-0073-05 中图分类号:TN734; TM764 文献标识码:A 学科代码:520·3040数字化变电站系统结构张沛超1,高翔2(1.上海交通大学电气工程系,上海市徐汇区200030;2.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027System Architecture of Digitized SubstationZHANG Pei-chao1,GAO Xiang2(1.Department of Electrical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Xuhui District,Shanghai 200030,China;2.College of Electrical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,Zhejiang Province,ChinaABSTRACT: The system architecture and design principles of digitized substation are expounded and the technical fundamentals for the proposed system architectures are analyzed. The basic scheme of network composition for process bus and station bus are presented. Digitized substation architectures with high reliability are proposed in the matter of functional redundancy and network fault tolerance, and the solutions for the connecting of conventional devices are put forward in the process level and bay level.KEY WORDS:power system;digitized substation;systemarchitecture;communication;IEC 61850摘要:阐述了数字化变电站的系统结构和设计原则,讨论了过程总线和变电站总线的基本组网方案,分别从功能冗余及网络容错等方面提出了多种具有高可靠性的数字化变电站系统结构,并从过程层和间隔层方面提出了常规设备的接入方案。
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1.1 网络技术
通信环节是变电站自动化系统的关键[16],对数字化变电站具有]。传统以太网采用随机的网络仲裁机制(carrier sense multiple access/ collision detection,CSMA/CD,其传输的不确定性是以太网进入实时控制领域的主要障碍。而交换式以太网具有微网段和全双工传输的特性,从本质上保证了通信的确定性,为数字化变电站采用过程总线提供了技术基础。
(2IEEE802.1p排队特性[17]。实时数据和非实时数据在同一个网络中传输时,容易发生竞争服务资源的情况。IEEE802.1p排队特性采用带IEEE802.1Q优先级标签的以太网数据帧,使得具有高优先级的数据帧获得更快的响应速度。另外,采用该技术还可将数字化变电站中的过程总线和
变电站总线合并为1个物理网络。
KEY WORDS:power system;digitized substation;system architecture;communication;IEC 61850
摘要:阐述了数字化变电站的系统结构和设计原则,讨论了过程总线和变电站总线的基本组网方案,分别从功能冗余及网络容错等方面提出了多种具有高可靠性的数字化变电站系统结构,并从过程层和间隔层方面提出了常规设备的接入方案。
(4快速生成树协议(IEEE802.1w rapid spanning tree protocol[5-6]。传统的以太网拓扑结构中不能出现环路,因为由广播产生的数据包会引起无限循环而导致阻塞,该问题可依靠生成树算法解决。快速生成树协议使算法的收敛过程从1min降低到1~10s,这样,在变电站网络中就可以采用多种冗余链路设计来保证网络的可靠性。
(3虚拟局域网(VLAN,virtual local area network技术[5-6]。VLAN利用现代交换技术,将局域网内的设备按照逻辑关系(而不是物理关系划分成多个网段,这样就可以从逻辑上划分变电站中的控制网段和非控制网段,而不需依赖物理的组网方式以及设备的安装位置,从而有效地保证了控制网段的实时性和安全性。
2.College of Electrical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,Zhejiang Province,China
ABSTRACT: The system architecture and design principles of digitized substation are expounded and the technical fundamentals for the proposed system architectures are analyzed. The basic scheme of network composition for process bus and station bus are presented. Digitized substation architectures with high reliability are proposed in the matter of functional redundancy and network fault tolerance, and the solutions for the connecting of conventional devices are put forward in the process level and bay level.
2006年12月Power System Technology Dec. 2006 文章编号:1000-3673(200624-0073-05 中图分类号:TN734; TM764 文献标识码:A 学科代码:520·3040
数字化变电站系统结构
张沛超1,高翔2
(1.上海交通大学电气工程系,上海市徐汇区200030;2.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027
System Architecture of Digitized Substation
ZHANG Pei-chao1,GAO Xiang2
(1.Department of Electrical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Xuhui District,Shanghai 200030,China;
关键词:电力系统;数字化变电站;系统结构;通信; IEC 61850
0引言
变电站自动化技术的发展直接表现为变电站自动化系统结构的变迁,即经历了集中式和分层分布式2个阶段。新一代变电站的结构在增强了变电站自动化系统功能的同时,提高了系统的实时性、可靠性、可扩展性和灵活性,达到了节省系统投资以及简化维护等目的[1-4]。数字化变电站的系统结构继承了分层分布式变电站结构的优点,同时,由于高速以太网[5-7]、非常规传感器[8-9]和智能开关技术的应用以及IEC61850标准[10-11]的实施,使得数字化变电站的系统结构又有了不同于常规变电站的革新性变化。文献[4]讨论了数字化变电站自动化系统的网络选型问题,提出了基于嵌入式以太网的方案。文献[12]讨论了基于IEC61850标准的变电站自动化系统,研究了智能电子装置(intelligent electronic device,IED硬件系统和软件系统的实现方法。文献[13-15]详细探讨了常规变电站内的通信网络结构与协议等问题。上述文献都没有对数字化变电站的具体架构方案、过程层结构以及结构可靠性等问题进行讨论。本文在介绍数字化变电站系统的基本结构和组网方案的基础上,提出具有高可靠性的数字化变电站系统结构,并探讨在数字化变电站中接入常规系统的技术方案,可为相关部门逐步实现数字化变电站提供参考。
1.2 IEC61850标准
IEC61850标准中引入了抽象通信服务接口(abstract communication service interface,ACSI。ACSI 使变电站自动化功能完全独立于具体的网络协议,因此最新网络技术可以很快被应用于变电站中。另一方面,ACSI使物理的IED隐藏起来,变电站功能可以被灵活地分配到多个IED中,还可以开发ACSI网关装置以接入不支持IEC61850的IED[10-11]。