國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析引言在新型電力系統(tǒng)加速構(gòu)建與“雙碳”目標(biāo)深入推進(jìn)的背景下，變電站作為電力系統(tǒng)“發(fā)-輸-變-配-用”環(huán)節(jié)的核心樞紐，其自動(dòng)化水平直接關(guān)乎電網(wǎng)的安全、高效與低碳運(yùn)行。從早期常規(guī)變電站依賴人工監(jiān)控，到數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，再到智能變電站廣泛部署，國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)歷經(jīng)多階段迭代，正朝著更智能、更協(xié)同、更綠色的方向演進(jìn)。本文基于行業(yè)實(shí)踐與技術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，系統(tǒng)剖析變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)，為電力行業(yè)從業(yè)者、科研人員及相關(guān)決策者提供參考。一、發(fā)展現(xiàn)狀：從數(shù)字化到智能化的跨越國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化發(fā)展可追溯至20世紀(jì)90年代，歷經(jīng)“常規(guī)監(jiān)控—數(shù)字化改造—智能變電站”三個(gè)階段。當(dāng)前，智能變電站已實(shí)現(xiàn)全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，IEC____標(biāo)準(zhǔn)的全面推廣為設(shè)備間互操作提供了技術(shù)支撐。例如，華東地區(qū)500kV智能變電站通過(guò)合并單元、智能終端與保護(hù)裝置協(xié)同，實(shí)現(xiàn)故障毫秒級(jí)定位與隔離；配電網(wǎng)領(lǐng)域10kV智能變電站試點(diǎn)項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)“即插即用”式設(shè)備接入，大幅縮短電網(wǎng)升級(jí)改造周期。然而，現(xiàn)有技術(shù)仍面臨多維度挑戰(zhàn)：新能源大規(guī)模并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行特性復(fù)雜化，傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)“被動(dòng)響應(yīng)”模式難以適配源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)需求；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)碎片化問(wèn)題突出，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與價(jià)值挖掘能力不足；網(wǎng)絡(luò)安全威脅從傳統(tǒng)IT領(lǐng)域向工控系統(tǒng)滲透，變電站信息安全防護(hù)體系亟待升級(jí)。二、技術(shù)趨勢(shì)：多維度創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)（一）智能化與自主化：從“輔助決策”到“自主運(yùn)行”變電站智能化正從“設(shè)備層智能”向“系統(tǒng)層自主”進(jìn)階。智能巡檢機(jī)器人搭載激光雷達(dá)、紅外熱成像與AI視覺(jué)算法，可自動(dòng)識(shí)別設(shè)備外觀缺陷（如絕緣子裂紋、導(dǎo)線松股）與熱缺陷（如接頭過(guò)熱），部分變電站已實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)“無(wú)人化”執(zhí)行；無(wú)人機(jī)巡檢通過(guò)多旋翼或固定翼機(jī)型協(xié)同作業(yè)，完成復(fù)雜地形下變電站全景掃描，結(jié)合三維點(diǎn)云技術(shù)生成設(shè)備臺(tái)賬動(dòng)態(tài)更新模型。更深層次突破在于“自主運(yùn)行”能力構(gòu)建。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署使變電站具備本地?cái)?shù)據(jù)處理與決策能力，例如基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的電壓無(wú)功優(yōu)化算法，可根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷、新能源出力自動(dòng)調(diào)整變壓器分接頭與電容器投切，減少人工干預(yù)的同時(shí)提升電壓質(zhì)量。極端工況下，變電站“黑啟動(dòng)”邏輯已從預(yù)設(shè)策略向“自學(xué)習(xí)、自決策”演進(jìn)，通過(guò)模擬不同故障場(chǎng)景應(yīng)對(duì)方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障后快速自愈。（二）數(shù)字化與信息融合：數(shù)字孿生重構(gòu)運(yùn)維范式數(shù)字孿生技術(shù)深度應(yīng)用，正將變電站從“物理實(shí)體”拓展為“虛實(shí)共生”的智慧體。通過(guò)三維建模軟件（如3DMAX、Unity）構(gòu)建高精度數(shù)字模型，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（如溫度、振動(dòng)、電氣參數(shù)），可在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全生命周期映射。運(yùn)維人員通過(guò)數(shù)字孿生平臺(tái)，既能模擬極端天氣（如臺(tái)風(fēng)、覆冰）對(duì)變電站的影響，提前優(yōu)化設(shè)備布置與防護(hù)措施；也能在設(shè)備故障前通過(guò)“數(shù)字預(yù)演”定位隱患，例如基于數(shù)字孿生的變壓器油色譜分析，可結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與故障案例庫(kù)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)絕緣老化趨勢(shì)。多源信息融合是數(shù)字化的核心支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及使變電站實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”，從一次設(shè)備SF6氣體密度監(jiān)測(cè)，到二次設(shè)備光模塊性能檢測(cè)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的傳感器構(gòu)成數(shù)據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)；大數(shù)據(jù)與AI算法結(jié)合則打破數(shù)據(jù)壁壘，例如基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)拓?fù)浞治?，可自?dòng)識(shí)別隱性故障（如電纜接頭局部放電），并通過(guò)知識(shí)圖譜關(guān)聯(lián)設(shè)備歷史缺陷與運(yùn)維記錄，為檢修策略提供量化依據(jù)。（三）綠色低碳與節(jié)能降耗：適配新型電力系統(tǒng)需求雙碳目標(biāo)下，變電站自動(dòng)化技術(shù)正從“安全可靠?jī)?yōu)先”向“安全、效率、低碳協(xié)同”轉(zhuǎn)變。設(shè)備層面，節(jié)能型變壓器（如非晶合金鐵芯變壓器）、低損耗斷路器推廣，使變電站自身能耗降低15%以上；系統(tǒng)層面，變電站作為“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”交互節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)能量管理模塊，可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分布式光伏、儲(chǔ)能與柔性負(fù)荷互動(dòng)，例如午間光伏大發(fā)時(shí)段，自動(dòng)調(diào)度儲(chǔ)能充電或工業(yè)負(fù)荷消納，提升清潔能源消納率。低碳運(yùn)維成為新方向?；跀?shù)字孿生的虛擬調(diào)試技術(shù)，可在設(shè)備投運(yùn)前完成功能驗(yàn)證，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試能耗與碳排放；無(wú)人機(jī)巡檢替代人工登塔作業(yè)，每年可降低單座變電站運(yùn)維碳排放約0.5噸。此外，變電站“零碳改造”試點(diǎn)已啟動(dòng)，通過(guò)屋頂光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)與智能微電網(wǎng)集成，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)能源自給自足，部分變電站已達(dá)成“綠電供應(yīng)+零碳運(yùn)維”目標(biāo)。（四）安全可靠與網(wǎng)絡(luò)安全：構(gòu)建“主動(dòng)防御”體系工控安全威脅倒逼變電站自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)防護(hù)架構(gòu)。傳統(tǒng)“防火墻+殺毒軟件”模式已難以應(yīng)對(duì)APT攻擊，零信任架構(gòu)（ZeroTrust）引入使變電站實(shí)現(xiàn)“永不信任、持續(xù)驗(yàn)證”的訪問(wèn)控制：所有設(shè)備（包括IED、服務(wù)器、移動(dòng)終端）需通過(guò)身份認(rèn)證、設(shè)備健康檢測(cè)與行為審計(jì)，才能接入生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)；區(qū)塊鏈技術(shù)為關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如操作指令、故障錄波）提供不可篡改存儲(chǔ)，例如智能變電站遙控操作中，區(qū)塊鏈分布式賬本可追溯每一步操作的發(fā)起者、時(shí)間與結(jié)果，防止惡意指令注入。硬件冗余與災(zāi)備能力同步強(qiáng)化。5G+北斗雙模通信方案，使變電站在光纖中斷時(shí)仍能通過(guò)無(wú)線鏈路傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)；邊緣云與云端雙活架構(gòu)，確保主站系統(tǒng)故障時(shí)，變電站可自主維持基本運(yùn)行功能。此外，基于數(shù)字孿生的“攻防演練”平臺(tái)，可模擬勒索病毒、工控協(xié)議攻擊等場(chǎng)景，提升運(yùn)維人員應(yīng)急處置能力。（五）標(biāo)準(zhǔn)化與互聯(lián)互通：打破“信息孤島”國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)融合加速變電站自動(dòng)化全球化協(xié)同。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的“國(guó)網(wǎng)芯”已實(shí)現(xiàn)對(duì)IEC____LE等標(biāo)準(zhǔn)兼容，支持采樣值（SV）與通用面向?qū)ο笞冸娬臼录℅OOSE）國(guó)產(chǎn)化傳輸；新一代電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML）推廣，使不同廠商設(shè)備模型可在數(shù)字孿生平臺(tái)中無(wú)縫對(duì)接。跨領(lǐng)域協(xié)同方面，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)正與配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)深度融合，例如通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“變電站-臺(tái)區(qū)-用戶”負(fù)荷預(yù)測(cè)與需求響應(yīng)一體化。云邊協(xié)同架構(gòu)成為主流：變電站邊緣節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（如故障快速定位），云端承擔(dān)全局優(yōu)化（如區(qū)域電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制）。這種架構(gòu)既保證實(shí)時(shí)性，又降低云端計(jì)算壓力。例如，某省級(jí)電網(wǎng)“邊云協(xié)同”試點(diǎn)中，200余座變電站邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)上傳設(shè)備狀態(tài)，云端通過(guò)聯(lián)邦學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，模型參數(shù)再下發(fā)至邊緣節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“可用不可見(jiàn)”的隱私計(jì)算。三、挑戰(zhàn)與對(duì)策：破局發(fā)展瓶頸當(dāng)前，變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)：多源數(shù)據(jù)融合算法魯棒性不足，導(dǎo)致部分AI診斷模型誤報(bào)率較高；跨廠商設(shè)備互操作仍存在“協(xié)議兼容但功能受限”問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)成本與運(yùn)維難度持續(xù)攀升；復(fù)合型人才（既懂電力系統(tǒng)又精通AI、網(wǎng)絡(luò)安全）缺口較大。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，建議從四方面破局：1.產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同：依托國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展“變電站多源數(shù)據(jù)融合”“數(shù)字孿生可靠性提升”等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；2.完善標(biāo)準(zhǔn)體系：推動(dòng)“設(shè)備模型標(biāo)準(zhǔn)化、通信協(xié)議透明化、測(cè)試認(rèn)證規(guī)范化”，建立跨廠商設(shè)備互操作認(rèn)證機(jī)制；3.加大安全投入：推廣“安全左移”理念，在設(shè)備設(shè)計(jì)階段嵌入安全功能，而非后期補(bǔ)丁式防護(hù)；4.創(chuàng)新人才培養(yǎng)：電力院校與科技企業(yè)聯(lián)合開(kāi)設(shè)“智能變電站”微專業(yè)，培養(yǎng)兼具電力系統(tǒng)知識(shí)與數(shù)字化技能的復(fù)合型人才。四、未來(lái)展望：邁向“智慧能源樞紐”展望未來(lái)，變電站自動(dòng)化技術(shù)將深度融入新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，成為“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)的核心樞紐。技術(shù)層面，量子計(jì)算應(yīng)用可能突破現(xiàn)有算法算力瓶頸，使變電站實(shí)時(shí)優(yōu)化從“分鐘級(jí)”邁向“秒級(jí)”；形態(tài)層面，變電站將從“單一供電功能”向“能源轉(zhuǎn)換+數(shù)據(jù)服務(wù)”延伸，例如通過(guò)V2G（車(chē)網(wǎng)互動(dòng)）技術(shù)，為電動(dòng)汽車(chē)提供充電服務(wù)的同時(shí)反向調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷；生態(tài)層面，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將與城市數(shù)字孿生平臺(tái)、工業(yè)園區(qū)能源管理系統(tǒng)深度耦合