变电站综合自动化技术的发展
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变电站综合自动化技术
当代的变电所自动化正从传统的单项自动化向综合自动 化方向过渡。
一、基础知识
变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代 电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二 次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、 自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合，对变电站 全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一 种综合性的自动化系统。
分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。
2、微处理器为核心的智能自动装置阶段
20世纪80年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站 自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模 集成电路或微处理器替代。
微机监控、微机保护、微机远动装置分别设置，分别完成各自的功能。 优点: ①由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。 ②利用微处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了 测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能。 ③装置本身的故障自诊断能力，对提高装置自身的可靠性是很有意义的。 缺点： 各自动化装置仍是独立运行，不能互相通信，不能共享资源。
3.变电站综合自动化系统 Integrate Substation Automation System
4.变电站自动化系统 Substation Automation System
按功能(四遥)设计的模式称为 ---RTU模式(1,2)
按对象(间隔)设计的模式称为 ---分层分布式(或网络)模式(3,4)
3、变电站综合自动化阶段
国际上，20世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作， 于80年代开始进入实用应用。
例：西门子公司于1985年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统。
我国从20世纪80年代末开始研制和开发，20世纪90年代进入应 用阶段。
一、基础知识
变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代 电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二 次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、 自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合，对变电站 全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一 种综合性的自动化系统。
分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。
2、微处理器为核心的智能自动装置阶段
20世纪80年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站 自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模 集成电路或微处理器替代。
微机监控、微机保护、微机远动装置分别设置，分别完成各自的功能。 优点: ①由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。 ②利用微处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了 测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能。 ③装置本身的故障自诊断能力，对提高装置自身的可靠性是很有意义的。 缺点： 各自动化装置仍是独立运行，不能互相通信，不能共享资源。
3.变电站综合自动化系统 Integrate Substation Automation System
4.变电站自动化系统 Substation Automation System
按功能(四遥)设计的模式称为 ---RTU模式(1,2)
按对象(间隔)设计的模式称为 ---分层分布式(或网络)模式(3,4)
3、变电站综合自动化阶段
国际上，20世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作， 于80年代开始进入实用应用。
例：西门子公司于1985年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统。
我国从20世纪80年代末开始研制和开发，20世纪90年代进入应 用阶段。
变电站综合自动化技术
计算机监控系统(CSCS)
变电站层
上级调度 控制中心
通信层
通过数字通信,将测量、控制、 远传等功能为一体
串口/以太网
现场总线
保护装置
间隔层
测 控 单 元
测 控 单 元
测 控 单 元
结构特点:
•分散式测控装置(RTU),保护信号多以硬接 点接入 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台(取代传统的模拟盘监控) •面向功能设计
3.综合自动化的发展历史
1)变电站分立元件的自动装置阶段 20世纪70年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路、晶体
管等分立元件组成，对提高变电站的自动化水平，保证系统 的安全运行，发挥了一定的作用。
缺点：
这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺 乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障， 不能提供报警信息，有的甚至会影响电网运行的安全。 分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。
现场总线
测控装置
保护装置
保护测控装置
第三方智能设备
110KV部分
35KV,10KV部分
110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图
调度
监控工作站
路由器
MODEM
远动工作站）
对时总线
以太网
RS232/422/485
测控装置
保护装置
保护测控装置
第三方智能设备
110KV部分
35KV,10KV部分
特点： 1. 10KV保护测控一体化,110KV线路保护测控独立, 可靠性,经济性 2. 现场总线与以太网并存(现状) 3. 以太网取代现场总线(不久将来) 4. 淡化后台作用,加强远动工作站性能,适应集控站 模式,无人值班模式
变电站自动化发展综述
变电站自动化系统设计主流: 分层分布式,按对象按间隔设计
间隔层功能的实现，特别是继电保护及安全自动装置的功能的实现不能依赖于变电站层(包括网络)
01
远方主站监控功能的实现应不依赖于变电站层设备 ,直采直送,直接遥控
02
当地控制优先于远方控制
03
变电站层功能的实现依赖于网络和间隔层的完好性
04
变电站自动化系统各层之间关系:
欢迎莅临指导
国电南瑞科技股份有限公司
变电站自动化的发展综述
第一章
变电站自动化技术现状
变电站自动化系统的发展过程
变电站自动化技术发展趋势
变电站自动化系统关键技术
目录
貳
壹
叁
肆
一.变电站自动化系统的发展过程:
2.变电站计算机监控系统 Computer-based Substation Control System
防误闭锁技术
分散式同期合闸技术
时钟同步技术
分散式故障录波技术
分散式小电流接地选线技术
网络技术
变电站自动化系统关键技术
分散式母线保护技术
分散式低周减载技术
电压无功控制技术 保护信息管理技术
网络层完成
采用的现场总线有：Lonworks、Canbus、WorldFIP、Profibus等，速率为1~12M
•能适应未来技术的发展,如IEC61850
02
03
04
05
结构特点:
壹
我国变电站自动化技术应用情况
肆
变电站自动化技术现状
叁
•主要生产厂家: 国外—ABB、SIEMENS、GE 等 国内—南瑞集团、北京四方、许继电气、 国电南自等
贰
变电站自动化技术的发展综述
标准 ” 在工业控制通信上实现了。 随着 未来数字化变 电站快速 发展 的趋势 ， Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０标准按照通信体 ｌ 我 国变 电站 自动化 的发展 系和 功能设备把 变电站 自动 化系统 分成三层 ： 问 隔层 、 过 程层 、 变 电站 根据动能将变 电站 二次部分传统分成 四类产 品： 故障录 波、 当地远 层。 间隔层设备是 由每一个间隔的保护 、 控制或监视单元构成； 过程层 设 动和监控、 继 电保护 。变 电站 自动化发展根据 系统模 式出现顺序分成三 备 典范 的 为远 方 Ｉ ／ Ｏ、 执行器和智能传感器 ； 变 电站 层 设 备 是 由数 据 库 的 阶段： 计算机 、 远方通信接 口、 操作员工作台等构成等。 （ １ ） 第 一阶段 ： 面 向功能设计的集 中式 Ｒ Ｔ Ｕ加常规的保护模式 ２ ． ２ 变电站 自动化系统 向数字化 、 高集成化 、 标准统一化 的趋 势 ８ Ｏ年代 以前 ， 是用 Ｒ Ｔ Ｕ为基础 的远动装 置和 当地监控 作为代表的。 发 展 这个系统事实上 是增设 Ｒ Ｔ Ｕ装置 ，但是在二次接线和常规 的继 电保护 随着计算机技术和集成 电路 的快速发展 ， 各个大规模类 型的集 成 电 的基础上 ， 主要功能是和远方调度通信 实行“ 二遥 ” 或 ‘ 四遥” （ 遥控、 遥 路将会运用在测控装 置和继 电保护上 ， 比如 高速数据 的采 集系统 、 可编 测、 遥 调、 遥信） ； 安全 自动 装置的联结及继 电保 护经过硬接点接入 或者 程的逻辑器件 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 、 Ｆ Ｐ ＧＡ ３ ２位 Ｃ Ｐ Ｕ、 大容量 的 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ 、 嵌入式实 时操作 串行 口通信的 比较多。这一类 系统被称作为集 中 Ｒ Ｔ Ｕ模 式， 这个模式 当 系统、 数字信号处理芯片 Ｄ Ｓ Ｐ等等 。此类新器件的运用将会让测控和保 前仍在一部分老 电站有少量使用 ， 这个阶段就是 自动化 的初级阶段。 护装置 的电路板 更加的集成化 ， 有更 强的数据存储 、 装 置通信 以及 处理 （ ２ ） 第二阶段： 面向功能设计的分散式测控装置和微机保护模式 能力。把间隔的保护、 控制、 故障录波、 事件记录 以及系统数据处理 的功 在９ Ｏ年代的初期 ，广泛应用单元式微机保护程序和面 向功能设计 能， 通过模 块化的设计集在统一 的一个 多功能装置里 面是可行 的， 间接 的分布式微机测控装置 。保护与测控装置还相对来说 比较独立 ， 通过通 同站级之 间以及间接间和间接 内部 的通 信可 以使 用统一的 网络即光 纤 信 的管理单元能把许多信息传送 到后 台或者调度段计算机 。主要特 点是 用太 网来实现 。高集成化系统 的快速发展 ， 可 以使成本 降低 以及使 系统 根据功 能划分 的安全 自动装置和继 电保护测控装置独立运行 ， 通过数据 可靠性加强 ， 这样有利于实现运行管理 的统一 。目前 已经在很 多低 压站 通信单元进行信 息的交换 ， 应用 了网络技术和现场 总线 。这种 系统 的电 实行 了 。 缆互联仍然比较 多， 推广性的效用不强。 ２ ＿ ３ 变 电站 自动数字化 系统的发展趋势 （ ３ ） 第三阶段 ： 面 向间隔、 面向对象设计的分层分布式结构模式 （ １ ） 数字化 ， 随着信息化的广泛深入 ， 投 向数字化 电网和数字化变 电 ９ ０年代 中期， 随着 计算机网络通信技术 的快速 发展 ， 就采用 了把 间 通信数字化、 隔作为对象 设计保护测控单元 ， 使用的系统结构 为分层 分布式 ， 形成 真 站 开发研究的 目光越来越 多。电网的数字化包括 四个方面 ： 管理数据化 以及决策数字化 。 正的分层分布式 自动化系统 。当前 国内外的主流厂家都使用 了分层分布 信 息数字化 、 （ ２ ） 信 息数字化： 就是指 电网信 息源 的数字 化， 实现测 量信息 、 市场 式的系统结构模式 电压等级在 １ １ ０ ｋ Ｖ以下的变 电站， 要求一体化的保 控制信息和 管理信息等所有信息从模拟信号转换到数字信号的过 护测控装置、电压等级在 １ １ ０ ｋ Ｖ以上的保护测控 根据间隔分类设计， 对 信息、 以及对一次 设备、 自动化设备 、 二次保护及 自动装置 和监视 、 采集控 于规模 比较大的超高压变 电站， 为了减 少中间的环节， 防止通信的瓶颈 ， 程， 制装备等所有 电网装备的数字化和智能化 。电网有超强的时空特性 ， 需 要求测控装置直接和监控后台进行通信， 甚至要求监控和保护网络独立 采集和控制装备的二维或三维的时变信息 。信息数字化 的 目的 组 网， 因为采用 了先进 的面向对象设计和 网络通 信技术 ， 系统 的扩 展方 要监视、 是信息共享和数据集成 ， 主要就是以数字化变 电站为主体。 便和配置灵便 。 （ ３ ） 通信数字化 ： 指的就是数字化变 电站 与集控 中心或者 调度 自动 ２ 变 电站的 自动化 技术发 展趋 向 化主站之间的数字化 。数字化电网监控分析决策需要有畅通、 安全、 快速 ２ ． １ Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０ 标 准 的推 广 应 用 的网络环境和准确 、 实时 、 有效运行信息的无 阻塞传递才能进行。 Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０是 以国际的电工委 员会 Ｔ Ｃ ５ ７制订 的《 变电站通信 网络和 （ ４ ） 决策数字化： 电网数字化的根本 目的是 电网的稳定、 安全 、 优质 、 系统》 为准则 的， 是在网络通信平 台的基 础上变 电站 自动化 系统的唯一 经济的运行 ， 一定要具有很强 的分析和决策功 能， 实施稳 定控制 、 经 济调 国际准 则， 也是 国家 电力行业的标准的基本 。Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０制订 的思路是： 度、 紧急控制的在线闭环 ， 达到稳定、 安全、 优质、 经济运行的 目标。 （ １ ） 互操作性的提高， 工程 实现 的方便性 ； （ ５ ） 管理数据化 ： 包括建设设备生产 、 运行等大批基础数据 的各 种运 （ ２ ） 面 向对象 ， 就是面向设备： 用系统 ， 从 电网的规划 、 运行、 管理 、 维护 、 勘测、 设计等 相关环节 的流程 （ ３ ） 满足应用技术快速发展的要求 ； 信息化 。电力调度 自动化 的数字化给 电力调 度 的视 角带来 了崭新 的改 （ ４ ） 应对 网络技术和通信技术发展 的挑战 。 变， 比如说可视化技术、 遥视技 术、 全球定位系统 （ Ｇ Ｐ Ｓ ） 技术、 虚拟现实技 指导工作 的方 向为： 符合现代科 学技 术水平的通信体 系， 实施 完全 术、 地理信息系统 （ Ｇ Ｉ Ｓ ） 技术 、 遥 感技 术等很 多新兴技术将会深入应用在 的互操作性， 体系下兼容 ， 在现代技 术水平 的通信 技术和标准信息平台 ， 未来的调度 自动化系统中。 实现开放性的系统通过标 准化的数据交换接 口， 比如这个标准运用到所 ３ 数字化变电站的自动化系统发展 中的主要问题 有类型 的分散 式 Ｓ Ｃ Ａ Ｄ Ａ系统 。Ｉ Ｅ Ｃ ６ １ ８ ５ ０不但应用于变 电站通 信， 还应 在三个层次中， 数字化变电站的 自动化系统的研 究正在 自下而上逐 用 于 控 制 中 心 和 变 电 站通 信 。 步发展 。目前研 究的主要 内容集中在过程层方面 ， 诸如智能化开关设备、 经过多年 的讨论和酝酿 ，
变电站自动化技术的发展现状
变电站 自动化技术的发展现状
. 国电南瑞科技股份有限公司 刘强兴 贫永胜
摘 要
讨论 了 国变电站 自 我 动化技术的发展阶段及现行主流 变电站 自动化系统的基本结构， 分析
了 运行管理模式与变电站自 劝化技术发展的相互作用，并结合!EC 61850标准和数字化变电站的
推广展望了变电 自 站 动化技术的发展趋势
1 我国变电站自动化技术的发展
阶段
变电站二次部分传统按功能分为四大类 产品 继电保护、 故障录波、当 地监控和远
动。四大 世纪90 年代 初期， 单元式微机保护及按功能设计的分散
测控单元 均采用分层分布式的系统结构， 形
成真正意义上的分层分布式自 动化系统。
2 3 间隔层
4 变电站自动化技术的发展趋势
IEC61850 是国际电S 委员会TC57 制 定的 ( 变电站通信网络和系统》系列标准，
为基于 网络通信平 台的变电站 自劫化系统
当地监控功能作为当地运行人员的人机 交互窗口，以图形显示、报表打印、语音报 警等各种方式实现当地 ‘ ’ 四遥”即对系统运 行状况进行实时监视，通过 “ 五防”系统联 锁控制开关及刀闸的跳合， 并对断路器合闸 操作自动检同期， 按VQC原理调节变压器挡
式微机测控装置得以广泛应用， 保护与测控 装置相对独立， 通过通信管理单元能够将各 自 信息送到后台和远方调度。特点是继电保
护( 包括安全自动装置 )、 按功能划分的测控
装置独立运行，应用了现场总线和网线技 术， 通过数据通信进行信息交换。此系统电 缆互联仍较多，扩展性功能不强。 c 面向间隔、面向对象设计的分层分布 式结构模式。 这一阶段始于20世纪90年代中 期， 随着计算机技术， 网络及通信技术的飞速 发展， 采用按间隔为对象设计， 各保护装置、
. 国电南瑞科技股份有限公司 刘强兴 贫永胜
摘 要
讨论 了 国变电站 自 我 动化技术的发展阶段及现行主流 变电站 自动化系统的基本结构， 分析
了 运行管理模式与变电站自 劝化技术发展的相互作用，并结合!EC 61850标准和数字化变电站的
推广展望了变电 自 站 动化技术的发展趋势
1 我国变电站自动化技术的发展
阶段
变电站二次部分传统按功能分为四大类 产品 继电保护、 故障录波、当 地监控和远
动。四大 世纪90 年代 初期， 单元式微机保护及按功能设计的分散
测控单元 均采用分层分布式的系统结构， 形
成真正意义上的分层分布式自 动化系统。
2 3 间隔层
4 变电站自动化技术的发展趋势
IEC61850 是国际电S 委员会TC57 制 定的 ( 变电站通信网络和系统》系列标准，
为基于 网络通信平 台的变电站 自劫化系统
当地监控功能作为当地运行人员的人机 交互窗口，以图形显示、报表打印、语音报 警等各种方式实现当地 ‘ ’ 四遥”即对系统运 行状况进行实时监视，通过 “ 五防”系统联 锁控制开关及刀闸的跳合， 并对断路器合闸 操作自动检同期， 按VQC原理调节变压器挡
式微机测控装置得以广泛应用， 保护与测控 装置相对独立， 通过通信管理单元能够将各 自 信息送到后台和远方调度。特点是继电保
护( 包括安全自动装置 )、 按功能划分的测控
装置独立运行，应用了现场总线和网线技 术， 通过数据通信进行信息交换。此系统电 缆互联仍较多，扩展性功能不强。 c 面向间隔、面向对象设计的分层分布 式结构模式。 这一阶段始于20世纪90年代中 期， 随着计算机技术， 网络及通信技术的飞速 发展， 采用按间隔为对象设计， 各保护装置、
电力系统自动化技术的应用现状及发展趋势
电力系统自动化技术的应用现状及发展趋势电力系统自动化技术是指通过计算机、通信和控制技术实现电力系统运行的自动化和智能化，具有节能、安全、高效、可靠的优点。
本文从应用现状和发展趋势两个方面探讨电力系统自动化技术。
一、应用现状1、智能变电站智能变电站利用计算机、网络通信、控制技术等手段，实现对变电站的监测、控制和自动化管理，以及对变电站设备状态的实时监测，包括开关、变压器、电缆等。
同时，智能变电站还能根据网络负荷情况和能源调度指令进行自动控制和调度。
2、智能配网智能配网利用计算机、通信和控制技术实现基础设施的自动化智能化，能够实时监测设备状态和供电质量，呈现出配网的全过程，支持实时控制和经营管理决策。
3、智能电力安全监测智能电力安全监测是指利用计算机、通信和控制技术实现对电力系统的安全监测，包括电力网络在线监测、电力设备在线监测等。
4、数字化变电设备数字化变电设备是将变电设备实现信息化，通过数字化技术将实际信号传递到计算机，并对数据进行分析计算，并进行对策控制，从而对电力系统进行自动化控制。
二、发展趋势1、物联网技术应用随着物联网技术的发展，电力系统自动化技术的应用将进一步推广。
物联网技术可实现设备和系统的互联互通，其基本优势在于实现高效的智能化监控和数据分析。
2、人工智能技术应用人工智能技术可实现大量数据的学习和计算，从而实现对电力系统的系统分析和故障诊断，提高电力系统的效率和可靠性。
3、大数据技术应用大数据技术可以实现多个数据源的集成，通过数据挖掘、分析和决策，深挖数据价值，达到实时预警、健康管理、节能减排、成本控制等目的，进一步提高电力系统的水平。
4、云计算平台应用云计算平台可实现设备和系统的在线监测和云化管理和控制等一系列业务服务，推动电力系统的智能化和自动化，减轻维护的负担，提高了效率和可靠性，并实现了经济效益的最大化。
综上所述，电力系统自动化技术已经广泛应用，未来还有很大的发展空间。
随着科技的快速发展，电力系统将不断提高能源效率、降低能源消耗，实现更加智慧、安全、可靠的运营。
变电站综合自动化的技术及发展
维普资讯
科苑 论谈 ｌ【 【
赵 立 民
科 Βιβλιοθήκη 变 电站综 合 自动化 的技术及发展
（ 双鸭 山矿 业 集 团供 电公 司 ， 龙 江 双 鸭 山 １５ ０ ） 黑 ５ １ ０
摘 要： 变电站综合 自动化是将 变电站二次设备（ 包括测量仪表 、 信号 系统 、 电保 护、 继 自动装置和运动装置等） 经过功能的组合和优化设计， 利 ， 用先 进 的 计 算机 技 术 现代 电子技 术 、 信 技 术 和 信 号 处 理技 术 ， ， ／ 通 实现 对 全 变 电站 的 主要 设备 和 输 、 线 路 的 自动监 视 、 配 测量 、 自动控 制 和 微 机 保 护 。
、
关 键 词 ： 电站 ； 合 自动 化 ； 展 变 综 发
麻 烦、 精度低 ， 维护工作量大 ， 干扰 ， 易受 扩容灵 活性差 等不足； 随着计 算机技术 、 网络技术及通 信技术 的飞跃发展 ，同时结合变 电站 的实际情 况， 各类分散式变电站 自动化系统纷纷研制成 功和投入运行 。分散式系统的特点是各现场输 入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高 压 一次设备附近 ，现场单元部件可 以是保护 和 监控功能 的二合一装置 ，用以处 理各开关单元 的继电保护和监控功能 ，也可以是现场 的微 机 保 护和监控部件分别保持其独立单元部件进行 通信联 系。通信方式大 多数通 Ｒ ． ２爪ｓ ４ ５ ｓ ４ ２ ． ８ 通信接 口相连 。但近年来推出的分散式变 电站 自动化 系统更 多地采 用了 网络技术 ，如 Ｌ Ｎ Ｏ ＷＯ Ｋ Ｒ Ｓ和 Ｃ Ｎ等现场总线型网。至于变 电站 Ａ 自动化 的功能 ， 如遥测 、 遥信 、 采集及处理 ， 控 遥 命令执行和继电保护功能等均由现场单元部 件 独立完成 ，并将这些信息通过网络送 至后 台主 计算机 ， 而变电站 自动化的综 合功能均 由后 台 主计算机系统承担。分散式面向对象 的变 电站 综 合 自动化 系统 由于大 大缩小 了主控 室的面 积， 可靠性 高 ， 组态灵 活 ， 检修 方便 ， 降低 总投 资， 目前 已成为发展趋 ≈ 。 ２实现变电站综合 自动化的基本过程 ２ ． １数字量的输入与输出 。在变电站综合 职 、 不 相联 。 互 自动化系统中 ， 需采集的信 息很多 ， 但从它们 的 １２远动 Ｒ Ｕ方 式。２ ． Ｔ ０世纪 ８ Ｏ年代 中、 性 质来 分 ， 可分为模 拟量 、 开关量 、 冲量和广 脉 后期 ， 随着微处理器和通信技术 的发展 ， 利用微 义读表数等 ４大类。一般来说 ，针对计算机而 型机 构成 的远动 装置 （ 简称 Ｒ Ｕ） Ｔ 的功能 和性 言 ， 理的都是数字量 ， 处 对模拟量 的处理 ， 也是 能有很大提高 ，该方式在原 常规有人值班变 电 必须先转换成数字量才能处理。 站的基础上 在 Ｒ Ｕ中增加了遥控 、遥调功能 ， Ｔ ２２模 拟量 的输入 与输出 。 电站 的电流、 ． 变 站 内仍保 留传统的控制屏 、 指示仪表 、 光字牌等 电压 、 温度等均属模拟量 ， 这些模拟量都是随时 设备。 所有信号由 Ｒ Ｕ集中采集 ， Ｔ 遥控 、 遥凋指 间连续变化的物理量 ，由于计算机只能识别数 令通过 Ｒ Ｕ装置硬接点输出 ， Ｔ 由控制电缆引入 字量。因此 ，模 拟信 号必须通过模拟量输入通 控制回路 ， 与数字保护不能交换信息 ， 保护动作 道 ，转换为相应 的数字信 号才能输入到计算机 另一方面 ， 为了实现对生产过程的 信号仍需通过继电器接点采集 。采用这种方式 中进行处理。 使二次设备增加 ， 二次回路更复杂 ， 它适用于已 控制 ， 有时还需要输 出模拟信号 ， 通过模拟量输 建变电站 的自动化改造 。如桂林的１ 雉山变电 出通道去驱动模拟调节执行机构工作。这就涉 日 站等 。 及到模拟量输 入／ 输出通道 的组成 、数膜 转换 １ ． ３综合 自动化方式 。 ． １集 中式 自动化 器 、 数转换 器、 １． ３ 模／ 多路转换 器 、 采样 保持 器、 高 系统 ２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年代数字保护技术 （ 即是 微机 集成度的数据采集 系统 、 采样方式等 。 保 护） 的广泛应 用， 使变电站 自动化取得 实质性 ２３交 流采样常用算法分析。微机保护和 ＿ 的进展 。２ ０世纪 ９ Ｏ年代初研制出 的变 电站 自 微机监控的基本原理类似 ，都是把经 过电流互 动化系统是在变电站控制室内设置计算 机系统 感器 Ｔ Ａ和电压互 感器 Ｔ ｖ变换后 的电流、 电压 作为变电站 自动化 的心脏 ，另设 置一数据采集 等模 拟信号 转化为数字信号 ， 后通 过数学 运 然 和控制部件用以采集数据和发出控制命令 。微 算 得到所需 的电流 、电压 的有效 值和相位 以及 机保护柜除保护部件外 ，每个柜有一个管理单 有 功功率 、 无功功率等量 ， 或者算 出它们 的序 分 元 ，其串行 口和变电站 自动化 系统 的数据采集 量 ， 或者线路和元件的视在阻抗 ， 或者某次谐 波 和控制部 件相连 ，传送保护装置 的各种信息 和 的大小和相位等 。交流采样是指直接对 经过 装 参数 ， 整定 和显示保护定值 ， 停保护装置 。 投， 此 置 内部小 Ｔ 小 Ｔ Ａ、 Ｖ转换后形成 的交流 电压信 类集中式变 电站 自动化系统结构 紧凑 、 体积小 、 号 进行采 样 、 持和 Ａ Ｄ转换 ， 后在 软件 中 保 ／ 然 造价低 ，尤其适 合 ３ Ｖ或 规模 较小 的变电 通过各种算法计算 出所需要的电量 。交流采 样 ５ｋ 站 ，ｎ ｐ ￣＠ 州箭盘变电站等。１ ． ｚ ．２分散式 自动化 常用算法有基于正弦函数模型 、 ３ 周期 函数模型 、 系统 由于集 中式结构存在软件复杂 ． 系统调试 随机 函数模型的算法和解微分方程算法等 。面
科苑 论谈 ｌ【 【
赵 立 民
科 Βιβλιοθήκη 变 电站综 合 自动化 的技术及发展
（ 双鸭 山矿 业 集 团供 电公 司 ， 龙 江 双 鸭 山 １５ ０ ） 黑 ５ １ ０
摘 要： 变电站综合 自动化是将 变电站二次设备（ 包括测量仪表 、 信号 系统 、 电保 护、 继 自动装置和运动装置等） 经过功能的组合和优化设计， 利 ， 用先 进 的 计 算机 技 术 现代 电子技 术 、 信 技 术 和 信 号 处 理技 术 ， ， ／ 通 实现 对 全 变 电站 的 主要 设备 和 输 、 线 路 的 自动监 视 、 配 测量 、 自动控 制 和 微 机 保 护 。
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关 键 词 ： 电站 ； 合 自动 化 ； 展 变 综 发
麻 烦、 精度低 ， 维护工作量大 ， 干扰 ， 易受 扩容灵 活性差 等不足； 随着计 算机技术 、 网络技术及通 信技术 的飞跃发展 ，同时结合变 电站 的实际情 况， 各类分散式变电站 自动化系统纷纷研制成 功和投入运行 。分散式系统的特点是各现场输 入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高 压 一次设备附近 ，现场单元部件可 以是保护 和 监控功能 的二合一装置 ，用以处 理各开关单元 的继电保护和监控功能 ，也可以是现场 的微 机 保 护和监控部件分别保持其独立单元部件进行 通信联 系。通信方式大 多数通 Ｒ ． ２爪ｓ ４ ５ ｓ ４ ２ ． ８ 通信接 口相连 。但近年来推出的分散式变 电站 自动化 系统更 多地采 用了 网络技术 ，如 Ｌ Ｎ Ｏ ＷＯ Ｋ Ｒ Ｓ和 Ｃ Ｎ等现场总线型网。至于变 电站 Ａ 自动化 的功能 ， 如遥测 、 遥信 、 采集及处理 ， 控 遥 命令执行和继电保护功能等均由现场单元部 件 独立完成 ，并将这些信息通过网络送 至后 台主 计算机 ， 而变电站 自动化的综 合功能均 由后 台 主计算机系统承担。分散式面向对象 的变 电站 综 合 自动化 系统 由于大 大缩小 了主控 室的面 积， 可靠性 高 ， 组态灵 活 ， 检修 方便 ， 降低 总投 资， 目前 已成为发展趋 ≈ 。 ２实现变电站综合 自动化的基本过程 ２ ． １数字量的输入与输出 。在变电站综合 职 、 不 相联 。 互 自动化系统中 ， 需采集的信 息很多 ， 但从它们 的 １２远动 Ｒ Ｕ方 式。２ ． Ｔ ０世纪 ８ Ｏ年代 中、 性 质来 分 ， 可分为模 拟量 、 开关量 、 冲量和广 脉 后期 ， 随着微处理器和通信技术 的发展 ， 利用微 义读表数等 ４大类。一般来说 ，针对计算机而 型机 构成 的远动 装置 （ 简称 Ｒ Ｕ） Ｔ 的功能 和性 言 ， 理的都是数字量 ， 处 对模拟量 的处理 ， 也是 能有很大提高 ，该方式在原 常规有人值班变 电 必须先转换成数字量才能处理。 站的基础上 在 Ｒ Ｕ中增加了遥控 、遥调功能 ， Ｔ ２２模 拟量 的输入 与输出 。 电站 的电流、 ． 变 站 内仍保 留传统的控制屏 、 指示仪表 、 光字牌等 电压 、 温度等均属模拟量 ， 这些模拟量都是随时 设备。 所有信号由 Ｒ Ｕ集中采集 ， Ｔ 遥控 、 遥凋指 间连续变化的物理量 ，由于计算机只能识别数 令通过 Ｒ Ｕ装置硬接点输出 ， Ｔ 由控制电缆引入 字量。因此 ，模 拟信 号必须通过模拟量输入通 控制回路 ， 与数字保护不能交换信息 ， 保护动作 道 ，转换为相应 的数字信 号才能输入到计算机 另一方面 ， 为了实现对生产过程的 信号仍需通过继电器接点采集 。采用这种方式 中进行处理。 使二次设备增加 ， 二次回路更复杂 ， 它适用于已 控制 ， 有时还需要输 出模拟信号 ， 通过模拟量输 建变电站 的自动化改造 。如桂林的１ 雉山变电 出通道去驱动模拟调节执行机构工作。这就涉 日 站等 。 及到模拟量输 入／ 输出通道 的组成 、数膜 转换 １ ． ３综合 自动化方式 。 ． １集 中式 自动化 器 、 数转换 器、 １． ３ 模／ 多路转换 器 、 采样 保持 器、 高 系统 ２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年代数字保护技术 （ 即是 微机 集成度的数据采集 系统 、 采样方式等 。 保 护） 的广泛应 用， 使变电站 自动化取得 实质性 ２３交 流采样常用算法分析。微机保护和 ＿ 的进展 。２ ０世纪 ９ Ｏ年代初研制出 的变 电站 自 微机监控的基本原理类似 ，都是把经 过电流互 动化系统是在变电站控制室内设置计算 机系统 感器 Ｔ Ａ和电压互 感器 Ｔ ｖ变换后 的电流、 电压 作为变电站 自动化 的心脏 ，另设 置一数据采集 等模 拟信号 转化为数字信号 ， 后通 过数学 运 然 和控制部件用以采集数据和发出控制命令 。微 算 得到所需 的电流 、电压 的有效 值和相位 以及 机保护柜除保护部件外 ，每个柜有一个管理单 有 功功率 、 无功功率等量 ， 或者算 出它们 的序 分 元 ，其串行 口和变电站 自动化 系统 的数据采集 量 ， 或者线路和元件的视在阻抗 ， 或者某次谐 波 和控制部 件相连 ，传送保护装置 的各种信息 和 的大小和相位等 。交流采样是指直接对 经过 装 参数 ， 整定 和显示保护定值 ， 停保护装置 。 投， 此 置 内部小 Ｔ 小 Ｔ Ａ、 Ｖ转换后形成 的交流 电压信 类集中式变 电站 自动化系统结构 紧凑 、 体积小 、 号 进行采 样 、 持和 Ａ Ｄ转换 ， 后在 软件 中 保 ／ 然 造价低 ，尤其适 合 ３ Ｖ或 规模 较小 的变电 通过各种算法计算 出所需要的电量 。交流采 样 ５ｋ 站 ，ｎ ｐ ￣＠ 州箭盘变电站等。１ ． ｚ ．２分散式 自动化 常用算法有基于正弦函数模型 、 ３ 周期 函数模型 、 系统 由于集 中式结构存在软件复杂 ． 系统调试 随机 函数模型的算法和解微分方程算法等 。面
变电站自动化技术的现状与未来
变电站自动化技术的现状与未来在现代电力系统中，变电站作为电力传输和分配的关键节点，其自动化技术的发展对于提高电力系统的可靠性、稳定性和运行效率具有至关重要的意义。
随着科技的不断进步，变电站自动化技术也在不断革新和完善，为电力行业带来了诸多变革。
一、变电站自动化技术的现状（一）智能化的一次设备如今，智能化的一次设备在变电站中得到了广泛应用。
例如，智能变压器能够实时监测自身的运行状态，包括油温、油位、绕组温度等参数，并通过智能传感器将这些数据传输至控制系统，实现对变压器的智能化控制和保护。
此外，智能断路器具备自动检测故障电流、快速切断故障等功能，大大提高了电力系统的故障处理能力。
（二）先进的二次设备二次设备是变电站自动化系统的核心组成部分。
目前，微机保护装置、测控装置等二次设备的性能不断提升。
这些设备具有高精度的测量、快速的运算处理能力和强大的通信功能，能够实现对变电站内各种电气量的精确测量和控制。
同时，基于数字信号处理技术的继电保护装置，能够更准确地识别故障类型和位置，提高保护动作的可靠性。
（三）通信技术的发展通信技术是实现变电站自动化的关键。
当前，以太网、光纤通信等高速通信技术在变电站中得到了广泛应用。
通过这些通信技术，变电站内的各种设备能够实现高速、可靠的数据传输，为实现变电站的智能化控制和管理提供了有力支持。
此外，IEC 61850 标准的推广应用，使得不同厂家的设备之间能够实现无缝通信和互操作，进一步提高了变电站自动化系统的开放性和兼容性。
（四）监控与管理系统变电站的监控与管理系统也日益完善。
通过计算机监控系统，运行人员可以实时掌握变电站内设备的运行状态、电气参数和告警信息，并能够远程控制设备的操作。
同时，管理系统能够对变电站的运行数据进行分析和处理，为设备的维护检修、运行管理提供决策依据。
二、变电站自动化技术面临的挑战（一）数据安全与隐私保护随着变电站自动化程度的提高，大量的敏感数据在网络中传输和存储，数据安全和隐私保护成为了一个重要问题。
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1.2.5 当前变电站综合自动化已成为新建变 电站和老站改造的首选。
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国外变电站综合自动化的早期发展概况
80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来 越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、 GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变 电站自动化产品。2019年西门子公司的变电站自动 化系统LSA678在我国已有十多个工程。
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我国第一套变电站综合自动化系统
● 望岛变电站是一个35kV/10kV城市变电站， 有2回35kV进线，2台主变，8回10kV出线，2 组电容器。
● 系统功能: 该系统担负全变电站安全监控、 微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。 按功能分为3个子系统：（1）安全监控子系 统；（2）微机保护子系统；（3）电压、无 功控制子系统。
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图1. SDCS-1结构框图
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日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1
SDCS-1型由13台微机组成，安装于77kV/6.6kV 的变电站,该站3台主变，4回77kV进线，36回6.6kV 馈线。
分为三个子系统： ① 继电保护子系统：有8个保护部件 ② 测量子系统 ③ 控制子系统
1.5 变电站综合自动化和变电站自动化
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1.1 变电站综合自动化是技术发展
的必然趋势
1.1.1 当前电力系统发展的要求
(1) 全国联网的发展方向,对电力系统的可靠性提出更高要求 国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度工作会议上
明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互联的发展方向 不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力 资源主要集中在西部和西南部，这两地区可开发电量占全国 82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占80%；而负荷中心集 中在中部和东部沿海，这两地区的经济总量占全国82%，电 力消费占78%。
4 结束语
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1 变电站综合自动化的基本概念
1.1 变电站自动化是技术发展的必然趋势
1.1.1 当前电力系统发展的要求 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供 了必要的条件
1.2 变电站综合自动化系统发展的回顾 1.3 变电站综合自动化的内涵 1.4 IEC对变电站自动化系统的定义
国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十 分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。
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1.2.2 我国变电站自动化的发展过程
我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期。 1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情 的综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功地投入运 行。该系统由3台微机组成，其系统结构如图2.
(2) 微处理器为核心的智能自动装置阶段。
70年代微处理器的问世和微计算机技术的迅速 发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手 段。
这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内的自 动化孤岛。
(3) 变电站综合自动化的发展，全面促进变电 站技术水平和运行管理水平的提高。
80年代中、后期开始。
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1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件
变电站自动化技术的发展过程与相关学科的 发展密切相关。
变电站自动化发展过程有三个阶段：
(1) 变电站分立元件的自控装置阶段。 *电磁式的自动装置 *晶体管式的自动装置 *集成电路式的自动装置
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6Leabharlann 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件
这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显著的经济 效益和社会效益。其成功的投入运行，证明了我国完全可 以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电 站综合自动化系统。
90年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技 术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济 效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院 校，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为热门话题。
变电站综合自动化技术的 发展方向
清华大学电机系 黄益庄 Tel. (010)62784706 13701073392
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提纲
１变电站综合自动化的基本概念 ２变电站综合自动化系统的内涵 ３变电站自动化技术发展的趋势
3.1 保护和控制集成系统的发展 3.2 电子式互感器的应用将促进全数字化变电站自动化系统的实现 3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求 3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平 3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 3.6 传输规约和传输网络标准化
要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电 厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。
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1.1.1 当前电力系统发展的要求
(2)老式变电站存在的问题
★ 安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需 求。
★ 不适应电力系统快速计算和实时性要求。 ★ 供电质量缺乏科学的保证。 ★ 不利于提高运行管理水平。 ★ 占地面积大，增加征地投资。
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图2 我国第一套变电站综合自动化系统 结构框图
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我国变电站自动化的发展过程
1.2.3 90年代中期，在中、低压变电站推 广无人值班
但这阶段对变电站综合自动化的威力和可行性 认识不统一。强调实现无人值班不一定要实现综合 自动化。
1.2.4 90年代末期，变电站综合自动化已 成为热门的话题。
7
1.2 变电站综合自动化系统的发展回顾
1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况
国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。70年 代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置 都是微机型的. 变电站综合自动化的研究工作，于70年代 中、后期开始.
● 日本第一个变电站综合自动化系统
1975年关西电子公司和三菱电气公司开始研究，1979 年完成样机SDCS-1型，并安装于变电站现场试验，1980年 开始商品化生产。其结构框图见图1。
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国外变电站综合自动化的早期发展概况
80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来 越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、 GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变 电站自动化产品。2019年西门子公司的变电站自动 化系统LSA678在我国已有十多个工程。
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我国第一套变电站综合自动化系统
● 望岛变电站是一个35kV/10kV城市变电站， 有2回35kV进线，2台主变，8回10kV出线，2 组电容器。
● 系统功能: 该系统担负全变电站安全监控、 微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。 按功能分为3个子系统：（1）安全监控子系 统；（2）微机保护子系统；（3）电压、无 功控制子系统。
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图1. SDCS-1结构框图
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日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1
SDCS-1型由13台微机组成，安装于77kV/6.6kV 的变电站,该站3台主变，4回77kV进线，36回6.6kV 馈线。
分为三个子系统： ① 继电保护子系统：有8个保护部件 ② 测量子系统 ③ 控制子系统
1.5 变电站综合自动化和变电站自动化
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1.1 变电站综合自动化是技术发展
的必然趋势
1.1.1 当前电力系统发展的要求
(1) 全国联网的发展方向,对电力系统的可靠性提出更高要求 国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度工作会议上
明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互联的发展方向 不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力 资源主要集中在西部和西南部，这两地区可开发电量占全国 82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占80%；而负荷中心集 中在中部和东部沿海，这两地区的经济总量占全国82%，电 力消费占78%。
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1 变电站综合自动化的基本概念
1.1 变电站自动化是技术发展的必然趋势
1.1.1 当前电力系统发展的要求 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供 了必要的条件
1.2 变电站综合自动化系统发展的回顾 1.3 变电站综合自动化的内涵 1.4 IEC对变电站自动化系统的定义
国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十 分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。
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1.2.2 我国变电站自动化的发展过程
我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期。 1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情 的综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功地投入运 行。该系统由3台微机组成，其系统结构如图2.
(2) 微处理器为核心的智能自动装置阶段。
70年代微处理器的问世和微计算机技术的迅速 发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手 段。
这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内的自 动化孤岛。
(3) 变电站综合自动化的发展，全面促进变电 站技术水平和运行管理水平的提高。
80年代中、后期开始。
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1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件
变电站自动化技术的发展过程与相关学科的 发展密切相关。
变电站自动化发展过程有三个阶段：
(1) 变电站分立元件的自控装置阶段。 *电磁式的自动装置 *晶体管式的自动装置 *集成电路式的自动装置
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6Leabharlann 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件
这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显著的经济 效益和社会效益。其成功的投入运行，证明了我国完全可 以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电 站综合自动化系统。
90年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技 术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济 效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院 校，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为热门话题。
变电站综合自动化技术的 发展方向
清华大学电机系 黄益庄 Tel. (010)62784706 13701073392
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１变电站综合自动化的基本概念 ２变电站综合自动化系统的内涵 ３变电站自动化技术发展的趋势
3.1 保护和控制集成系统的发展 3.2 电子式互感器的应用将促进全数字化变电站自动化系统的实现 3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求 3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平 3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 3.6 传输规约和传输网络标准化
要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电 厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。
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1.1.1 当前电力系统发展的要求
(2)老式变电站存在的问题
★ 安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需 求。
★ 不适应电力系统快速计算和实时性要求。 ★ 供电质量缺乏科学的保证。 ★ 不利于提高运行管理水平。 ★ 占地面积大，增加征地投资。
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图2 我国第一套变电站综合自动化系统 结构框图
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我国变电站自动化的发展过程
1.2.3 90年代中期，在中、低压变电站推 广无人值班
但这阶段对变电站综合自动化的威力和可行性 认识不统一。强调实现无人值班不一定要实现综合 自动化。
1.2.4 90年代末期，变电站综合自动化已 成为热门的话题。
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1.2 变电站综合自动化系统的发展回顾
1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况
国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。70年 代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置 都是微机型的. 变电站综合自动化的研究工作，于70年代 中、后期开始.
● 日本第一个变电站综合自动化系统
1975年关西电子公司和三菱电气公司开始研究，1979 年完成样机SDCS-1型，并安装于变电站现场试验，1980年 开始商品化生产。其结构框图见图1。