变电站互连不同的电压水平，构成传输、分配和耗费之间的要害环节。坐落变电站开关站的电力变压器、断路器和断路开关等首要设备可维护和办理电网电源。维护继电器和终端器材等辅佐器材一般远离操控室面板内的开关站，维护、操控和监控首要器材。
丈量传统变电站中的电气参数
比如电压互感器（PT）和电流互感器（CT）的惯例外表变压器丈量流经主器材的高压和电流。铜线将变压器的模仿输出衔接到辅佐器材，铜线的数量依据运用而添加。
图1所示为用于维护、操控和监控的独立CT和PT，由于铜线多而导致装置和维护复杂性，并导致更高本钱的潜在毛病添加。此外，运用多个变压器使得器材内的初级电流和电压数字值不同，然后约束了体系功用和牢靠性。
数字化变电站
数字化变电站是二级体系的一部分，包含与首要进程相关的一切维护、操控、丈量、状况监测、记载和监督体系。
图1运用铜线的传统变电站中的CT和PT布线。
数字化变电站运用一些光纤电缆替代了开关站和智能电子器材（IED）之间数百（有时数千）米的铜线。运用光纤电缆进行通讯的数字化变电站运用传统或非惯例外表变压器（NCIT）和兼并单元将与正在丈量的进程参数相关的数据数字化。运用更少的铜使数字化变电站更简易、更紧凑、更高效。
图2.数字化变电站架构
数字化变电站架构
依据世界电工委员会（IEC）61850规范的界说，数字化变电站架构包含三个等级：进程级、托架级和站级，如图2所示。
每个等级履行特定功用，且运用程序一起作业，以履行数字子站功用。
进程级包含电力变压器、外表变压器和开关器材。
进程级是首要器材和辅佐（维护和操控）器材之间的接口。在传统的变电站中，接口选用铜缆布线硬连线；电流和电压以可接受的规范化辅佐信号电平通到维护和操控面板，而操控电缆发送和接纳状况信息。在数字化变电站中，一切数据 – 模仿和二进制 – 都接近信号源进行数字化，并运用IEC 61850-9-2协议经过光纤电缆发送到IED。
托架级包含辅佐器材或IED，如托架操控器、维护继电器、毛病记载器和电表。IED不再具有模仿输入，由于数据收集产生在进程级。兼并输入还可以削减或消除对二进制输入的需求，然后完成一般仅占传统一半占用空间的紧凑型器材。IED处理维护和操控算法和逻辑，拟定跳闸/不跳闸决议计划，以及为较低（进程）和上部（站）级以太网供给依据IEC 61850的通讯才能。通讯网络冗余是一种典型要求，可保证最高的可用性和牢靠性。两种IEC 62439规范 – 高可用性无缝冗余（HSR）和并行冗余协议（PRP） – 促进IED互操作性以及从不同供货商到变电站网络的集成。
站级包含变电站计算机、以太网交流机和网关。除传统的监控和数据收集（SCADA）总线外，变电站总线还供给了额定的通讯功用，由于它答应多个客户端交流数据；支撑点对点器材通讯；并链接到变电站间、广域通讯的网关。站级器材可包含变电站人机界面（HMI）、IED拜访的工程作业站或电力体系数据的本地集中和存档、SCADA网关，至长途HMI的代理服务器链接或操控器。
运用兼并单元丈量电参数
兼并单元将外表变压器输出转化为规范化的依据以太网的数据输出，并完成IEC 61850。
图3。带有传统变压器的兼并单元
在数字变电站中，不是将传感器输出衔接到托架级的维护和操控器材，而是将兼并单元放置在衔接到进程级的主器材的传感器邻近。
兼并单元将模仿信号（电压、电流）转化为依据IEC 61850-9-2的采样值，用于维护、丈量和操控，并经过数字通讯与变电站中的IED通讯，如图3所示。一些要害的兼并单元功用包含模数转化、重采样、与全球时刻基准的同步，样本转化为IEC 61850-9-2协议以及运用光纤以太网接口与IED通讯。
兼并单元履行必要的处理，以依据IEC 61850-9-2规范生成准确的、按时刻摆放的采样值输出数据流。该处理包含模仿值的采样；准确的实时参阅；音讯格局化为采样值；并将单一数据源发布到丈量、维护和操控器材。
兼并单元的要害技术推进要素：
•具有超卓的AC功用规范、高输入阻抗、较低的丈量精度漂移和较低功耗的高功用精细ADC。
•用于实时处理采样值和完成规范变电站通讯协议才能的一种信号处理器。
•具有光纤接口的高速以太网物理层（一般为100 Mbps，移至1 Gb）。
•准确时刻同步（微秒），包含依据GPS的每秒一次脉冲输入和IEEE 1588准确时刻协议。
•运用更安全和准确的NCIT。
•IEC 61850规范，包含IEC 61850-8-1、通用面向对象的变电站事情音讯和IEC 61850-9-2LE的样本值。
•IEC 62439-3冗余，包含用于冗余环架构的HSR和用于冗余星型架构的PRP。
•保证安全通讯和增强安全性的网络安全。
规划兼并单元面对的首要应战
在规划兼并单元时存在多种应战。影响架构和功用的一些要害应战包含：
•挑选可缩放采样率并将采样与准确大局时序参阅同步的ADC。
•将多个ADC衔接到主处理器并实时捕获数据，以添加模仿输入通道的数量。
•实时捕获采样，以满意维护和丈量采样要求。
•运用带光纤接口的以太网通讯。
•依据IEC 61850-9-2完成通讯协议，并使采样数据可以与多个用户通讯，而不会丢掉数据包。
•使协议栈可用于完成冗余协议，包含依据电气和电子工程师协会（IEEE）1588准确时刻协议（PTP）的HSR、PRP和时刻同步。
•完成多个I/O，包含二进制输入（16个或更多输入），掩盖宽AC和DC输入和DC传感器输入和输出，并具有扩展选项。
•在恶劣的开关站环境中牢靠运转，具有高瞬态、更高的环境温度和磁场。
