0 引言
變電站綜合自動化系統技術經過10余年的發展，目前已經基本成熟，得到了廣泛的工程應用，獲得了巨大的成功。但是綜自系統采用傳統的互感器及開關設備，需要鋪設大量的采集和控制、信號等二次電纜，數據采集環節冗余，各子系統的功能重復配置，不僅造成浪費，而且與一次設備的電纜接線復雜，系統可靠性受二次電纜影響比較大，二次回路的檢修工作量很大，裝置問缺乏整體協調和優化，信息對象未統一建模導致信息共享難，系統擴展復雜。為了解決以上問題，數字化變電站各項新技術得到了飛速發展和應用。
數字化變電站是以IEC61850系列標準為先導牽引，以OCVT/ECVT等非常規互感器、智能斷路器技術發展為突破口，以網絡技術發展為支撐的系統化工程。與傳統變電站相比，具有八大主要技術特征，引入了過程層的概念，信息應用模式發生了根本變化，基于網絡的信息交互更加廣泛，更加智能化的一次設備與二次設備的界限變得模糊，一次和二次設備實現了初步的融合，這也符合未來的技術發展趨勢。
IEC61850系列標準、非常規互感器、智能斷路器、高速工業以太網這四大新技術領域的創新就像四個有力的引擎推動著傳統的變電站自動化系統進入到全新的數字化變電站發展階段。
由于歷史的原因，四大技術領域的發展也是不均衡的，是有先后順序的；國內和國外的側雨點也有差異。另外，根據歷史的經驗，新技術領域的發展也必將對傳統行業(如電網生產運營管理、電力裝備制造)的管理模式或市場格局帶來巨大沖擊和深遠的影響，本文試對幾大技術領域的發展現狀及其對行業的影響進行分析和探討，以圖拋磚引玉。
1 四大新技術的發展現狀
1.1 IEC61850通信及建模標準
IEC61850通信及建模體系不同于以往的傳統規約，是一套完整的體系，包含了10個標準文本；自2004年第一版頒布后，我國電力標委會積極跟蹤研究并轉化為國內DL/T860系列行業標準，并與2007年11月提出了《DL/T860系列標準工程化實施技術規范》，以規范在我國的實際工程應用。IECTC57工作組也在不斷地補充和完善IEC61850系列標準，推出的IEC61850-9-2/LE版是IEC61850-9-2的更為明確定義的限定性、實例化的配套規范；IEC61850的第二版即將于2009年發布，這一新版本主要是解決第一版存在的問題，如標準內容本身前后不一致的、表述模糊導致各廠家理解不一致的、被廠家在開發產品的過程中發現且TC57工作組確認是需要解決的問題等，針對SCL的應用情況還拓展出了SED、IID等相關標準，還規范了變電站與變電站間，變電站與控制中心間的IEC61850-90標準，此外還會增加一些新的邏輯節點類。未來的第三版將重點關注通信的安全性，在其它領域如風電，水電，新能源發電等領域的擴展應用。
由于制定該系列標準時采用了先進的面向對象建模理念和分層、映射的策略，使該系列標準與傳統的其他規約標準相比具有突出的優勢。對變電站自動化及其相近系統通過統一建模的方式規范信息內容，這部分標準采用了通信服務和通信映射相分離的策略，確保了其內容的長期穩定性，通過分層和映射的策略使得標準能夠適應網絡通信等技術的快速發展，內核是穩定的，外部的大多數變化只影響系列標準的一小部分，使該系列標準獲得更好的穩定性與適應性。
目前，已有越來越多的新建變電站監控系統要求支持IEC61850MMS協議，對間隔層的邏輯互鎖功能要求用GOOSE機制來實現。IEC61850系列標準適用的業務領域也在拓展，比如風電等新能源領域、低壓智能配電、工業自動化等領域，相關的探索和研究應用也在快速開展。可以預見IEC61850未來會擴展到更廣泛的工業領域，真正實現“一個世界，一個標準，一個技術”的偉大構想。
1.2 光電互感器
傳統電磁感應式電流和電壓互感器除了固有的磁飽和、鐵磁諧振、動態范圍小、暫態特性差等缺點外，隨著現代電力系統逐漸向大容量、高電壓等級方向發展，傳統互感器的絕緣、體積、重量和安裝等問題也越來越突出。對非常規互感器的需求更加迫切，這也是國內外關注的熱點之一。IEC60044-7/8是電子式互感器的國際標準，定義了設計要求、接口標準和測試要求等。
光效應的電流/電壓互感器(OCT/OVT)和羅氏線圈電流互感器是兩大主流技術。由于成本的原因，OCT/OVT應用于110kV及以上有優勢，OCT在高壓系統中獲得突破的可能性最大；羅氏線圈電流互感器應用于中低壓為宜，國內也有廠家研制出了組合式小信號互感器，直接安裝在緊湊型開關柜中。有關傳感器的幾個關鍵問題如其電子部分的壽命問題、與二次保護測量等設備接口問題已解決，工藝問題和環境適應性問題上也已有突破，已從實驗室階段逐漸走上工程應用。國外公司在123kV、170kV、345kV、420kV、525kV系統中進行了大范圍的工程試驗，積累了一定的運行經驗。我國有廠家解決了法拉第磁旋光效應光學電流互感器精度溫漂問題和運行穩定性問題，通過了武漢高雎研究院的型式試驗，并在多個電壓等級(最高500kV)上已掛網運行。但由于運行經驗少，要得到用戶廣泛認可還需要假以時日，在有些科研項目中采用了新型光電式互感器，輸出的是數字量，集中到合并單元再通過IEC61850-9-1/2上送到間隔層的保護測控裝置去，同時基于G00SE通信機制實現網絡跳合閘及信號傳輸。但是也有不少地方采取保守的策略，還采用傳統的互感器，只在站控層規約上采用IEC61850，在過程層用智能接口通過GOOSE報文實現網絡跳合閘及信號傳輸。
1.3 智能斷路器技術
IEC62603標準中定義了智能斷路器：“具有較高性能的斷路器和控制設備，配有電子設備、傳感器和執行器，不僅具有斷路器的基本功能，還具有附加功能，尤其在監測和診斷方面。”
隨著電力電子技術的應用使得操作能量大幅減少，開閉斷路器可由電力電子和微機型智能接口來完成，代替常規機械結構的輔助開關和輔助繼電器，并可按電壓波形控制跳合閘角度，精確控制過程時間，減少瞬時過電壓幅值，保障電網安全，也能大大延長開關設備壽命，經濟效益町觀；再配上可監測設備缺陷和故障并告警的獨立的新型傳感器，實現在線狀態檢修，將上述功能集成在一起實現的斷路器就是智能斷路器。近年來國外制造商陸續推出智能斷路器相關技術，基于ECT/EVT的組合電器未來的前景看好。
由于電力系統斷路器發生故障后造成的破壞和影響巨大，所以對斷路器的動作速度和可靠性要求都極高，在實際的應用過程非常慎重，因而該領域的進展相對緩慢。
利用IEC61850GOOSE通信機制實現網絡化的跳閘功能和設備本體狀態信息的網絡化傳輸，這一塊的應用進展還比較快。
1.4 網絡通信技術
從早期的串行通信到現場總線，從現場總線再到工業以太網通信，近年來工業以太網技術取得了飛速的發展，帶寬的提高和交換技術等新技術的發展，使通信實時性得到了保障：
IEEE802.3x全雙工技術減少通信沖突。
IEEE802.1p優先級隊列保障重要信息準時到達。
IEEE802.1QVLAN分區隔離提高通信效率。
IEEE802.1w快速生成樹協議構建網絡冗余結構，提供快速恢復的能力。
IGMPSnooping/組播過濾保證數據只被需要的設備接收，降低網絡帶寬占用，提高了設備的響應性能。
在網絡化的IEC61850數字化變電站系統中，基于上述技術的交換式以太網，解決了基于HUB的共享式以太網沖突檢測機制造成的丟包問題和交換式以太嘲的實時性不確定問題，以太網交換機除了用于構建各種網絡架構和傳輸各種控制命令和監測數據以外，還通過網絡傳輸間隔設備之間的跳閘命令和閉鎖信號。因此，對工業以太網交換機在IEC61850系統中的應用提出更高的要求，它已經成為組成變電站綜自系統其中極為重要的設備。但是在目前已有的實際工程應用中，這些交換機還存在著部分問題，如電源損壞率高，部分嚴酷情況下會出現丟包現象等，在設計中必須考慮采用符合IEC61850-3標準的產品，應滿足與安裝在變電站間隔層就地的保護測控裝置一樣的環境、機械以及電磁兼容的要求。通信容量更大、實時性更高、可靠性更高的需求影響著未來通信技術的發展方向。
1.5 對應用中若干問題的探討
爭議較大的是光學互感器的精度穩定性問題、間隔層功能下放后依賴于網絡通信的町靠性和實時性問題、數據同步問題。
由于對OCT的精度穩定性的擔心，法拉第效應光學互感器的應用在謹慎地推進。
間隔層的部分功能下放，比如取消了數據采集的AD部分、位置信號的開關量輸入和跳閘出口，通過光纖網絡數字化的采樣值和基于GOOSE通信機制實現了網絡跳合閘及信號傳輸。與過去不同的是間隔層不再是獨立的一個體系，而成為一個體系中的一個環節，間隔層對過程層設備和網絡設備的依賴性太大了，可靠性很大程度上依賴于光纖通信網絡的可靠性，一旦網絡出現故障，全站所有保護控制功能都將失效，后果是非常嚴重的，所以對網絡設備的可靠性要求很高，還要考慮更完善的保護控制功能的閉鎖機制。由于通過網絡就可以發送跳合閘命令，一旦出現了非法入侵等信息安全方面的問題，必將產生災難性后果。
另外一方面，合并單元與間隔層保護測控裝置的通信標準經歷了FT3和IEC61850-9-1后有漸漸統一到IEC61850-9-2上來的趨勢。采用了基于網絡的數字化采樣值傳送后，系統對相關設備的時鐘同步技術提出了非常高的要求。這個問題在網絡方式的IEC61850-9-2采樣值傳輸方面顯得尤為重要。
盡管有以卜爭議，但是帶來的好處也顯而易見，這些問題需要實踐中進一步完善和驗證，終將得到解決。
2 對產業影響
符合IEC61850標準的數字化變電站未來必定會得到推廣和廣泛應用，因為這是世界的標準，用戶、檢測機構、制造廠家共同參與的標準，推廣應用該系列標準是提升經濟效益的原動力使然，是需求和技術兩駕馬車相互作用的必然結果。
數字化變電站技術的應用使得變電站的工程設計、運行維護管理模式、設備制造技術都發生了重大的變革。數字化變電站的推廣將創造出新的市場需求，變電站自動化系統涉及的產品種類繁多，無論一次設備還是二次設備廠商都不得不適應新的競爭環境，捕捉新的市場機會的同時，也承受著新的風險，數字化變電站技術全面推廣必將使產業結構發生較大的變化。
由于數字化變電站的應用涉及到多個技術領域和行業，如自動化系統、工業以太網交換機、高壓開關、互感器、GPS、測試校驗等，因此要全面推進不僅需要保護及電力自動化相關廠商的努力，還要一次設備產品也支持IEC61850標準，現有的電力系統運行管理模式也需要做相應的改進。
多個行業要同步是需要時間的，技術要成熟、觀念要轉變都需要時間，這意味著數字化變電站的深化實施和推廣還需要進一步的努力，數字化變電站的應用必將是一個分階段、分步驟的實踐過程。
2.1 電網企業
隨著我國電網規模、系統容量不斷擴大，電壓等級不斷提高，網架結構加強，廠網分離的運營方式，電網企業從單純重視安全生產管理轉變到全面關注綜合社會經濟效益的運營管理；從變電站建設的“一型三化”，無人值班、集中控制、專業管理融合，到對變電站資產全壽命周期管理理論的實踐應用都體現了這個內在的轉變。社會經濟綜合效益是電網食業對變電站持續技術投入的內在的驅動力。只有提高自動化水平，才能提高運行管理水平，才能提高可靠性、安全性和勞動生產率，最終達到提升綜合效益水平的目標。
由于數字化變電站系統采用組合式智能電器，大大縮小了開關場占地面積；采用光電互感器和光纖網絡通信技術，取代了傳統綜自系統大量的二次電纜，控制室面積，控制屏個數，屏上端子數等大幅減少，原來基于硬接線的信號聯絡方式轉變為基于光纖網絡的軟接線方式。先進性、可靠性給電網企業帶來極大的經濟效益。
符合IEC61850標準的數字化變電站技術產品雖然有待完善，但更具有傳統產品不可比擬的許多優點，數字化變電站的數據網絡化使得用戶可以采取一些創新的方案來解決許多應用問題，提高可靠性，提高經濟效益，帶動整個電力系統運行管理水平上升到新高度，所以電網企業的積極性很高；電網企業主動參于標準的制定，主動組織互操作試驗，主動開展數字化變電站的科研試點，又對數字化變電站推廣應用發揮了巨大作用。電網企業是受益者，也是有力的推動者。
國網公司為打造智能、高效的數字化電網，在2007年頒布了《數字化電網關鍵技術研究框架》，其中，數字化變電站相關技術和應用是其重點之一，是數字化電網的基礎。
數字化變電站的推廣和深化，將對整個電網的運行和控制產生深遠的影響。
2.2 二次設備廠家
按照IEC61850的劃分，變電站自動化系統分為站控層、問隔層和過程層三層結構，過程層做為一次設備在二次系統中的映射，使得一次設備和二次設備聯系更加緊密，界限逐漸模糊。數字化變電站技術發展對該行業產品的影響是巨大的：
由于數據采集數字化，現在的微機保護的模擬量輸入回路和開關量輸入輸出回路都不復存在；
功能的自由分布，使得裝置功能也在分化組合，有些原有裝置的功能被多個現有裝置通過網絡分擔而化為無形；
新型繼電保護原理應用，如暫態保護的應用，基于網絡的分布式保護的應用；對錄波、計量的影響，可能集成到智能設備，智能設備變成多功能合一設備；
出現合并單元和智能操作箱、一體化智能開關等產品；
發展新型測試儀器和精度校驗設備。
二次設備領域在220kV及以上的高端市場的行業集中度較高，中低端市場還比較分散。IEC61850會重新使行業洗牌，行業演變可能會朝著兩端走：大企業集團方向，產品線涵蓋了一次、二次，發揮一體化優勢，做系統集成更好滿足客戶的需求；專業化技術型公司會得到發展，如為其中某一塊提供核心技術，做其中的外包服務等。那些不能適應市場與技術快速變化的公司和那些基礎技術研發能力較弱的公司會淡出市場。
2.3 一次設備廠家
一次設備的穩定度高，壽命周期長，更新速度慢，廠家變革的速度和動力都不及二次系統設備廠家。
數字化變電站技術發展，尤其是以監測和自診斷的附加功能為特征的智能化開關設備的發展對行業產生影響，另外，組合型開關電器的發展使得與多個配套行業與開關行業的聯系緊密了。
數字化變電站技術發展對該行業產品的影響：
促進新型傳感器的發展，不僅包括電流和電壓測量的互感器，還包括非電量互感器如溫度、壓力、密度、位移、弧光、濕度和位置等傳感器；
促進基于ECT/EVT或OCT/OVT的組合電器應用；
與二次系統聯結部分的智能接口，操作箱的發展。
行業演變可能會：
由于高電壓等級的一次設備投入較大，所以有一定的準入門檻，高端的市場格局不易輕易打破。
中壓開關柜面向的行業眾多，市場集中度不高，眾多企業普遍存在核心技術缺失，競爭力不強的弱點，如果利用此次機會推出符合未來數字化變電站方向的性價比高的產品，有可能隨著數字化變電站的推廣獲得大的發展。
一次和二次企業通過行業聯合體(合作、合資)進行合作，實現技術短板互補，應對數字化變電站技術的發展，或者通過資本市場參股或購并而完成。
2.4 電力用互感器廠家
數字化變電站技術發展對該行業產品的影響是顛覆性的，所以該行業未來受到的沖擊是最大的。
部分傳統互感器廠家適應后生存、發展；
部分傳統互感器廠家會衰落乃至消失；
新的電子式互感器廠家出現。
2.5 通信設備廠家
網絡通信技術是數字化變電站系統的關鍵支撐技術，是整個系統的神經網絡。
隨著未來數字化變電站的大規模推廣，電力行業將成為工業以太網交換機應用的重要行業之一，對交換式工業以太網交換機的需求會劇增，對通信設備廠家是一個機遇。
交換機是做為通信設備被集成到監控系統中的，通信設備廠家必須和二次設備廠家緊密合作，根據需求及時改進完善產品，把握住機會才能得到發展。
2.6 輔助設備廠家
原來的為綜自系統配套的一些小廠家生產部分輔助產品：小電流接地選線裝置，無功補償裝置，消諧裝置等，這些廠家由于技術力量相對薄弱，實現設備對IEC61850的支持有一定技術難度。而且隨著過程層采樣值傳送方式及數字化跳合閘技術的推廣應用，大的二次設備廠家會陸續推出同類產品，所以原來這些輔助產品會逐步退出市場，這些廠家可能面臨產品升級或轉型。
2.7 新產品的出現
合并器產品：標準尚在制定，傳統的二次設備廠家、互感器廠家可能都在做，因為和自動化系統關聯度高，所以傳統的二次設備廠家做有技術優勢。
智能操作箱產品：傳統二次設備廠家、開關廠家在做，由于智能操作箱一般集成在一次設備中，所以開關廠家有優勢。
一次設備的狀態檢修產品，比如變壓器和開關的狀態檢修，由于專業化特征明顯，制造商一般都采用外購和系統集成的方式。
其他還有網絡安全性產品，網絡化時間同步類，如支持PTP1588和SNTP的對時服務器等產品。
3 結語
數字化變電站技術的發展本身和對行業的影響用6個字描述，就是“開放、創新、整合”。隨著設備量的增加，電網企業對設備少維護免維護的要求會逐漸提高，對數字化變電站全壽命周期管理的需要越來越強烈，設備制造商應該更加關注市場需求，敏銳感覺，快速響應，從研發規劃階段就要考慮使得系統在全壽命周期的總經濟效益最優，這是對制造商對需求把握能力、技術響應能力，資源整合能力的考驗。要想在數字化變電站帶來的新機遇和新挑戰中獲勝，就必須在擁有核心技術的基礎上開放胸懷，做好研發模式創新、營銷模式創新和商業模式創新。
