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【摘 要】随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术也得到迅速发展。本文主要对变电站综合自动化系统不同的结构和特点进行对比分析。并介绍的各种结构的适用情况。
【关键词】变电站综合自动化；集中式结构；分布式结构
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、优化设计，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。
通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。
1、集中式结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。
集中式系统的主要特点有：
（1）能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。
（2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。
（3）结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积。
（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。
（5）实用性好。
集中式的主要缺点有：
（1）每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。
（2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
（3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。
（4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。
2、分布式结构
该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
3、分布分散（层）式结构
分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：
（1）间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。
（2）包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。
（3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。
（4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。
（5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
（6）分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。
4、新型变电站综合自动化系统结构
1、系统结构
计算机、通信及网络数据库技术的发展使变电站信息综合管理成为可能。将计算机局域网（LAN）技术引入变电站综合自动化管理系统，提出了一种在500kV变电站引入信息管理的方案，它将变电站各IED设备通过专用网关设备直接接入以太网，站内各监控机、服务器、工作站接入同一网络。但这种方案价格昂贵，技术复杂，协调困难，对不同接口需要进行通信协议转换，维护工作量较大。作为一种新模式的尝试，参照IEC提出的3层标准结构，可将原有的过程层、间隔层、站级层细化为过程层、二次设备控制层、通信管理层和信息管理层4层。结合面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型的变电站自动化系统体系4层结构。其系统功能主要体现在：
实现底层二次设备的控制智能化和数字化；
实现变电站常规远动功能；
实现变电站的信息集中管理和监控。系统结构示意图如图4所示。
2、系统分层及其功能
系统共分4层，即信息管理层、通信管理层、二次设备控制层和生产过程层。生产过程层由变电站一次设备组成，是系统的最底层；二次设备控制层则由各智能设备（IED）组成，实现对各自对象（母线、馈线、主变压器、电容器等）的控制和保护功能；通信管理层由连接IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成，是系统的通信枢纽，负责站内数据采集、连接站级计算机、连接远动系统等；信息管理层是系统的最高层，主要由站级计算机组成，包括服务器、工作站等，形成站内计算机局域网，运行变电站SCADA/EMS（Supervisory Control and Data Acquisi-tion/ Energy Management System） 系统，实现数据库管理、站级控制、人机接口等功能；面向变电站所有设备的历史数据、参数数据在主/备服务器中的创建，而每个操作员工作站节点中均建有实时数据库，可采用双以太网冗余结构构建。
【关键词】变电站综合自动化；集中式结构；分布式结构
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、优化设计，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。
通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。
1、集中式结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。
集中式系统的主要特点有：
（1）能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。
（2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。
（3）结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积。
（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。
（5）实用性好。
集中式的主要缺点有：
（1）每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。
（2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
（3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。
（4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。
2、分布式结构
该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
3、分布分散（层）式结构
分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分布分散式结构的主要优点有：
（1）间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。
（2）包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。
（3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。
（4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。
（5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
（6）分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。
4、新型变电站综合自动化系统结构
1、系统结构
计算机、通信及网络数据库技术的发展使变电站信息综合管理成为可能。将计算机局域网（LAN）技术引入变电站综合自动化管理系统，提出了一种在500kV变电站引入信息管理的方案，它将变电站各IED设备通过专用网关设备直接接入以太网，站内各监控机、服务器、工作站接入同一网络。但这种方案价格昂贵，技术复杂，协调困难，对不同接口需要进行通信协议转换，维护工作量较大。作为一种新模式的尝试，参照IEC提出的3层标准结构，可将原有的过程层、间隔层、站级层细化为过程层、二次设备控制层、通信管理层和信息管理层4层。结合面向对象的分层分布式结构设计，提出了一种新型的变电站自动化系统体系4层结构。其系统功能主要体现在：
实现底层二次设备的控制智能化和数字化；
实现变电站常规远动功能；
实现变电站的信息集中管理和监控。系统结构示意图如图4所示。
2、系统分层及其功能
系统共分4层，即信息管理层、通信管理层、二次设备控制层和生产过程层。生产过程层由变电站一次设备组成，是系统的最底层；二次设备控制层则由各智能设备（IED）组成，实现对各自对象（母线、馈线、主变压器、电容器等）的控制和保护功能；通信管理层由连接IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成，是系统的通信枢纽，负责站内数据采集、连接站级计算机、连接远动系统等；信息管理层是系统的最高层，主要由站级计算机组成，包括服务器、工作站等，形成站内计算机局域网，运行变电站SCADA/EMS（Supervisory Control and Data Acquisi-tion/ Energy Management System） 系统，实现数据库管理、站级控制、人机接口等功能；面向变电站所有设备的历史数据、参数数据在主/备服务器中的创建，而每个操作员工作站节点中均建有实时数据库，可采用双以太网冗余结构构建。