導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)字化變電站探索一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

在變電站領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開(kāi)關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站即將進(jìn)入數(shù)字化新階段。數(shù)字化變電站是一個(gè)不斷發(fā)展的概念，目前它是由電子式互感器、智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。筆者認(rèn)為，變電站的數(shù)字化首先體現(xiàn)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放式數(shù)字化。2006年3月27日完成改造的中國(guó)南方電網(wǎng)首座數(shù)字化變電站——110千伏曲靖翠峰變電站，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的投產(chǎn)運(yùn)行，各種數(shù)據(jù)采集、傳輸準(zhǔn)確無(wú)誤，運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠。

一、電子式互感器的使用

電子式互感器的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)互感器絕緣復(fù)雜；重量重、體積大；CT動(dòng)態(tài)范圍小、易飽和；電磁式PT易產(chǎn)生鐵磁諧振；CT二次輸出不能開(kāi)路等諸多缺點(diǎn)。電子式互感器絕緣簡(jiǎn)單；體積小、重量輕；CT動(dòng)態(tài)范圍寬、無(wú)磁飽和；PT無(wú)諧振現(xiàn)象；CT二次輸出可以開(kāi)路。

目前研究開(kāi)發(fā)中的電子式CT、PT可分成兩類(lèi)：(1)基于ROGOWSKI線圈CT(電磁感應(yīng)原理，但無(wú)鐵芯)，電容（電阻、電感）分壓式PT，先將高電壓大電流變換成小電壓信號(hào)，就近經(jīng)A/D變換成數(shù)字信號(hào)后通過(guò)光纜送出給接收端，高壓端電子設(shè)備需要供電，稱為有源式互感器。（2）利用光學(xué)材料的電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)將電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，經(jīng)光纜送到低壓區(qū)，解調(diào)成電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，用光纖送給二次設(shè)備。因高壓區(qū)不需電源，稱為無(wú)源型互感器。

110千伏翠峰數(shù)字化變電站更換的光電式互感器對(duì)保護(hù)性能的影響、新型計(jì)量系統(tǒng)的精度評(píng)估以及新老設(shè)備的兼容對(duì)整個(gè)運(yùn)行體系都有著直接的影響，它標(biāo)志著變電站自動(dòng)化技術(shù)向數(shù)字化邁出了關(guān)鍵的一步，也為我國(guó)數(shù)字化變電站的推廣、運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、開(kāi)放式數(shù)字化的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1、智能化的一次設(shè)備

根據(jù)IEC62063:1999對(duì)智能開(kāi)關(guān)設(shè)備的定義，它不但具有開(kāi)關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有在線監(jiān)視、智能控制、數(shù)字化接口和開(kāi)關(guān)的電子操作等一系列的高智能化功能。

一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路將采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)要取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。傳統(tǒng)控制模式和新模式對(duì)比如下圖所示：

根據(jù)上圖：110千伏變電站在改造過(guò)程中，采用了把傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)端子箱通過(guò)加裝智能單元的形式，改造為智能開(kāi)關(guān)下放到開(kāi)關(guān)柜，這樣既降低了造價(jià)又提高了安全性；變壓器端子箱配置智能單元，各種信息通過(guò)光纜與控制室相連。不但大大節(jié)省了電纜、節(jié)約了占地，而且縮短了投運(yùn)周期和互感器的電氣距離，更重要的是優(yōu)化了控制回路。

2、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，是適應(yīng)電子式互感器的應(yīng)用和智能化一次設(shè)備的需要，更重要的是適應(yīng)IEC61850通信規(guī)范的需要。

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測(cè)量控制裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

110千伏翠峰變電站的通信網(wǎng)絡(luò)的改變，使監(jiān)控、在線檢測(cè)、五防、VQC和保護(hù)等信息傳輸方面也由原來(lái)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)接實(shí)現(xiàn)了信息的共享。

3、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

IEC61850是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，將電力系統(tǒng)從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動(dòng)化進(jìn)行無(wú)縫連接的唯一的自動(dòng)化國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)，不但規(guī)范了保護(hù)測(cè)控裝置的模型和通信接口，而且還定義了數(shù)字式CT、PT、智能化開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。

(1)開(kāi)放式數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分層

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類(lèi)，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；而在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義，這三個(gè)層次分別稱為“過(guò)程層”、間隔層”、站控層”。

如上圖定義了變電站層、間隔層和過(guò)程層，并定義了3層間的9種邏輯接口：

(2)開(kāi)放式數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備模型和信息模型

IEC61850中，每個(gè)物理裝置由服務(wù)器和應(yīng)用組成，服務(wù)器(server)分為邏輯裝置(logicaldevice)－邏輯節(jié)點(diǎn)(logical－node)－數(shù)據(jù)對(duì)象(dataobject)－數(shù)據(jù)屬性(dataatributes)；從應(yīng)用方面來(lái)看，服務(wù)器包含通信網(wǎng)絡(luò)和I/O。從通信的角度來(lái)看，服務(wù)器通過(guò)子網(wǎng)和站網(wǎng)相連，每1個(gè)IED(智能電子裝置)既可扮演服務(wù)器角色也可扮演客戶的角色(如下圖所示)。

這種分層，需要有相應(yīng)的抽象服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這就是IEC61850的另一個(gè)特點(diǎn)：抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，它獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議(例如目前采用的MMS)和采用的網(wǎng)絡(luò)(例如現(xiàn)在采用的IP網(wǎng)絡(luò))無(wú)關(guān)。ACSI服務(wù)有服務(wù)器模型、邏輯裝置模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型(如下圖所示)這樣提供了直接訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，對(duì)各個(gè)制造廠的設(shè)備都用同一種方法進(jìn)行訪問(wèn)。這種方法可以用于重構(gòu)配置，很容易獲得新加入的設(shè)備的名稱和用于管理設(shè)備的屬性。

(3)開(kāi)放式數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信服務(wù)映射

IEC61850在兩個(gè)方面進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的工作，一是抽象通信服務(wù)接口，二是特殊通信服務(wù)映射。特殊通信服務(wù)映射(SCSM)定義的是這些對(duì)象和服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)層的映射。按照應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不同，映射方法也各不相同，由IED供應(yīng)商自己定義，但是IED的抽象通信服務(wù)接口是相同的。通信服務(wù)映射的層次如下圖所示：

<1>間隔層與變電站層的網(wǎng)絡(luò)映射

在IEC61850-7-2、-7-3、-7-4中定義的信息模型通過(guò)IEC61850-7-2提供的抽象服務(wù)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息交換。為了達(dá)到信息交換的目的，IEC61850-8-1部分定義了抽象服務(wù)到MMS的標(biāo)準(zhǔn)映射，即特殊通信服務(wù)映射(SCSM)。如果采用的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型有變化，這時(shí)只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射(SCSM)就可以了，而無(wú)需改變上層的任何內(nèi)容，IEC61850采用的ACSI很容易就適應(yīng)這種變化，大大提高了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力。

在IEC61850-8-1中定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM就是將IEC61850-7-2提供的抽象服務(wù)映射到MMS以及其它的TCP/IP與以太網(wǎng)。在IEC61850-7-2中定義的不同控制模塊同SCSM被映射到MMS中的各個(gè)部分（如虛擬制造設(shè)備VMD、域DOMAIN、命名變量、命名變量列表、日志、文件管理等），控制模塊包含的服務(wù)則被映射到MMS類(lèi)的響應(yīng)服務(wù)中去。通過(guò)SCSM，ACSI與MMS之間建立起一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，ACSI的對(duì)象（即IEC61850-7-2中定義的類(lèi)模型）與MMS的對(duì)象一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)對(duì)象內(nèi)提供的服務(wù)也一一對(duì)應(yīng)。

<2>間隔層與過(guò)程層的網(wǎng)絡(luò)映射

ACSI到單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信連接用于電子式CT和PT，輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)合并單元(MergingUnit)傳輸?shù)诫娮邮綔y(cè)量?jī)x器和電子式保護(hù)設(shè)備。IEC61850-7-2定義的采樣值傳輸類(lèi)模型及其服務(wù)通過(guò)IEC61850-9-1定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM與OSI通信棧的鏈路層直接建立單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，從而實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸，其中鏈路層遵循ISO/IEC8802-3標(biāo)準(zhǔn)。

IEC61850-9-2定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM是IEC61850-9-1的補(bǔ)充，目的在于實(shí)現(xiàn)采樣值模型及其服務(wù)到通行棧的完全映射。IEC61850-7-2定義的采樣值傳輸類(lèi)模型及其服務(wù)通過(guò)特殊通信服務(wù)映射SCSM，在混合通信棧的基礎(chǔ)上，利用對(duì)ISO/IEC8802-3過(guò)程總線的直接訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸。

三開(kāi)放式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全問(wèn)題

由于原來(lái)的SCADA和其他的控制系統(tǒng)都是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，是廠家的專有產(chǎn)品。它們的安全性來(lái)自于它們的硬件平臺(tái)和邏輯結(jié)構(gòu)與外界不同。開(kāi)放式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基于開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上。所有的供應(yīng)商都可以開(kāi)發(fā)基于因特網(wǎng)的應(yīng)用程序來(lái)監(jiān)測(cè)、控制或遠(yuǎn)方診斷，但是帶來(lái)的問(wèn)題是可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全性降低。對(duì)于電力系統(tǒng)這樣一個(gè)要求高可靠性和安全穩(wěn)定性的系統(tǒng)而言，安全問(wèn)題尤其突出。因此對(duì)于開(kāi)放式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)施而言安全問(wèn)題十分重要。

可采用的技術(shù)措施分為兩類(lèi)：加密技術(shù)與防火墻。

前者對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，到達(dá)目的地址后再解密還原為原始數(shù)據(jù)，從而防止非法用戶對(duì)信息的截取和盜用。防火墻技術(shù)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的隔離和限制訪問(wèn)等方法，來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)權(quán)限，從而保證變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

由于防火墻只能夠?qū)缭骄W(wǎng)絡(luò)邊界的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，而對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部人員的攻擊不具備防范能力。因此單純依靠防火墻來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全性是不夠的，還必須與其它安全措施（如加密技術(shù)等）綜合使用，才能達(dá)到目的。

綜上所述，建立數(shù)字化變電站是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是數(shù)字化變電站要特別關(guān)注開(kāi)放式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及其安全性要求。