一個變電站綜合自動化系統中各種子系統（例如微機保護子系統）的典型硬件結構主要包括：
模擬量輸入/輸出迴路、微型機系統、開關量輸入/輸出迴路、人機對話接口迴路、通信迴路和電源。
存儲器
常見的存儲器包括：EPROM（紫外線擦除可編程只讀存儲器）、EEPROM(電擦除可編程只讀存儲器)、SRAM(靜態隨機存儲器)、FLASH(快擦寫存儲器)以及NVRAM(非易失性隨機存儲器)等。
變電站綜合自動化裝置運行程序和一些固定不變的數據通常保在EPROM中，這是由於EPROM的可靠性較高，通常只有紫外線長時間照射纔可以擦除保存在其中的內容；而EEPROM可以在運行時在線改寫，且掉電後又可以保證內容不丟失，因此在變電站綜合自動化裝置中，通常用來保存整定值。SRAM主要作用是保存程序運行過程中臨時需要暫存的數據。NVRAM和FLASH由於掉電後數據不丟失，而且讀寫簡單方便，常用來保存故障數據，以便事後分析事故用。還有一些新的變電站綜合自動化裝置將FLASH替代EPROM作爲保存運行程序和固定參數用。現在有不少CPU將SRAM、FLASH、EPROM等集成在一起，一方面降低了CPU外圍電路的複雜性，另一方面也加強了整個系統的抗干擾能力。
watchdog
當裝置受到干擾導致運行程序出軌後，系統可能陷入癱瘓。watchdog作用就是監視程序的運行情況，當程序正常運行時，不斷髮出CLR清除脈衝信號，使看門狗的脈衝發生器沒有輸出，該輸出引導微機系統的復位端。當運行程序受干擾失控後，無法按時發出CLR脈衝信號，於是脈衝發生器產生輸出，復位微機系統。
電壓形成電路
裝置要從電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)取得信息，一般採用中間變換器將由一次設備電壓互感器二次側引來的電壓進一步降低，將一次設備電流互感器二次側引來的電流變成交流電壓。再經低通濾波器及雙向限幅電路將經中間變換器降低或轉換後的電壓變成後面環節中A/D轉換芯片所允許的電壓範圍。
開關量輸入及輸出電路
在變電站中，除模擬信號外，還有大量的以二進制數字變化位特點的信號，如斷路器、隔離開關的狀態，某些數值的限內或越界、斷路器的觸點以及人機聯繫的功能鍵的狀態等。
輸出電路主要是將CPU送出的數字信號或數據進行顯示、控制或調節，如斷路器跳閘命令和光子牌、報警信號燈。
開關量輸入電路的基本功能是將變電站內需要的狀態信號引入微機系統，如輸電線路斷路器狀態、繼電保護信號等。
開關量信號都是成組並行輸入（出）微型機系統的，每一組一般爲微型機系統的字節，對於斷路器、隔離開關等開關量的狀態，體現在開關量信號的每一位上，如斷路器的分、合兩種工作狀態，可用0、1表示。
現場開關量與邏輯電路之間要採用電隔離技術，主要因爲：1、使低壓輸入電路與大功率的電源隔離；2、外部現場器件與傳輸線同數字電路隔離，以免計算機受損；3、限制地迴路電流與地線的錯接而帶來的干擾；4、多個輸入電路之間的隔離。
常用的方法有以下兩種：
1、光電隔離 2、繼電器隔離
脈衝量輸入電路
電能脈衝的到來是隨機的，計數器可能隨時要計數，讀取計數器累計值時不應妨礙正常的計數工作，因而一般採用兩套計數器。主計數器對輸入的脈衝進行計數，副計數器平時隨主計數器更新，兩者的數據保持一致。在收到統一讀數的“電能凍結”命令時，副計數器就停止更新，保持當時的數據不變，而主計數器仍照常計數。因此數據可從副計數器讀取，反映的是“凍結”時的數據。等“解凍”命令到達時，副計數器又重新計數，保持與主計數器的數據一致。脈衝計數器需要使用“凍結”措施的原因是：爲使讀取的同時性好；保證讀數的正確性。
屏幕顯示電路
即CRT顯示器，是微機實現人機對話的重要工具，能夠把各種數據和信息變成直觀的文字和圖像，幫助操作人員隨時瞭解變電站的實時接線圖以及各種運行參數等。CRT爲了得到一幅圖像，必須有水平和垂直兩種掃描信號。一個字符在屏幕上由點陣的光點組成，電子束自左至右和自上至下地逐行掃描。畫面至少以每秒50次的頻率重複掃描才能得到穩定的圖像。
所以，要使CRT顯示出一幅穩定的圖像，要有圖像信號（視頻）、同步信號（水平和垂直）、消隱信號，三者缺一不可。
液晶顯示電路
LCD顯示器。監控子系統、微機保護子系統等的裝置屏上，都含有液晶顯示電路，便於裝置的就地操作和控制。液晶顯示電路以菜單形式顯示出各個鍵盤操作及執行結果，給使用人員調試和檢修微機裝置提供方便。根據需要將要輸出的數據或信息轉換成顯示符代碼後，輸出給不同的顯示位上。
多機通信和巡檢開關
多微處理器即多CPU系統。人機對話微型機系統用於協調和指揮其他的微型機系統，各個功能專用的微型機系統通過串行接口相互聯繫，用於人機對話微型機系統通過串行接口相互通信。通信方式採用異步通信。串行口的作用：
微機型裝置工作在調試方式下，將鍵盤操作命令傳送至各功能CPU，CPU再將執行的結果利用串行口送給人機對話CPU，並通過打印機輸出；
正常運行時，輪流對功能CPU1~CPU4發出巡檢命令。當四個CPU系統都投入運行位置時，應將四個巡檢開關設置爲“投入”位置；當某一個系統退出運行時，則應將對應的巡檢開關設置在“退出”位置。這樣人機對話微型機系統不再對退出運行的CPU系統進行檢測；
在電力系統發生故障時，還可以將故障報告通過此串口傳遞到人機對話微型機系統，再由打印機輸出。