摘要：智能变电站作为智能电网中最为主要的构成部分，主要负责监测变电设备运行状况，更新电网运行数据，同时采集电网数据信息和发布相关的任务指令，智能变电站还负责对电网进行实时控制和调节各类高级应用，使得智能变电站与相邻变电站、电源、用户之间实现了较强的协同互动关系。本文对于智能变电站的关键技术进行论述，从软件、硬件、信息管理以及标准等方面进行全面的分析。
关键词：智能变电站；硬件集成；软件构建；信息管理
1引言
近来年，电力需求出现了高速增长的态势，同时，数字经济的迅猛发展也使得环境监管变得日益严格，伴随着国际能源政策趋于逐步调整和改善，电网在同电力市场以及客户之间的关系也逐渐变得密不可分。与此同时，传统的电力网络已经很难满足客户对于电能质量的追求，目前，我国的电力系统已经逐渐由集中式能源供应向分布式能源供应转变，因此，加大智能电网建设力度，以期进一步实现电力供应过程中高效持续、安全稳定、绿色环保以及持续发展的基本目标。
2智能变电站的特征
本文对智能变电站的定义主要来源于《智能变电站技术导则》，《智能变电站技术导则》中对智能变电站的定义，主要指通过一系列先进、可靠、低碳、集成、环保的设备整合，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，采取自动化系统完成信息采集、测量、控制、保护、计量和观测等基本工作，同时根据实际需要对电网实施控制、调节、分析、决策、协同互动等高级应用功能的变电站，其主要特征体现在以下几个方面：
第一，具有高度的可靠性。高度的可靠性被认为是智能变电站运用在智能电网系统当中最为基本的条件之一，众所周知，变电站稳定的性能首先有利于保证站内设备和变电站本身的平稳运行，充分发挥出智能变电站本身所具备的自我诊断和自治功能，这对于解决设备运行过程中的故障问题进行提早预防和预警，更为主要的是在站内设备发生故障的最短时间内迅速对其做出决策，这无疑有利于减少因故障所引起的供电损失。
第二，具有较强的交互性。智能电网可以通过智能变电站获得较为充分可靠、实时准确和安全信息的基本功能，然而，如果想要达到智能变电站对智能电网进行科学运行和控制的基本目标，这就需要智能变电站在采集相关的信息的同时能够在电网内部进行共享，也就是说智能变电站和智能电网内的高级应用对象之间应该存在一种良性的互动关系，使得智能变电站能够充分的为各高级应用系统安全稳定的运行提供一个基本的信息保障。
第三，具有高集成度的特点。所谓高度集成，就是智能变电站除了与原有的变电站技术实现融合之外，还必须要与现代通信技术等各类先进技术实现高度的整合利用，同时还要兼容微网和虚拟电厂技术，进一步优化变电站的数据信息获取方式，从而搭建起一个高度融合的电网信息平台，最终实现智能电网中一系列高级技术应用。图1智能一次设备的集成结构图
第四，具有先进的环保理念。智能变电站所体现出的环保特征主要为：首先，从智能变电站的硬件设施来看，其内部使用的是光纤而非传统的电缆；其次，智能变电站具有高集成度的特点且功耗较低，加上目前电子元件在变电站内各种电子设备中得到了较为广泛的普及和应用；最后，智能变电站采用的是电子式互感器而不是传统充油式互感器。通过上述技术的应用可知，智能变电站实际上是对传统的变电站进行了优化，在一定程度上增加了变电站的基本功能，同时，先进材料的应用有利于减少变电站内部的电磁污染、噪声、辐射和电磁干扰等污染问题，本质上体现出了较为先进的环境保护理念。
3智能变电站关键技术
与传统变电站不同的是，智能变电站高度融合了变电站内部的各种优势和功能，并通过现代科学技术的运用将变电站融入到全自动化的应用系统当中，与此同时，智能变电站还充分实现了电站内部主要信息的实时获取和共享，可以说目前已经较为充分的实现了对传统变电站结构上布局和功能上的改造。更为重要的是，智能变电站不仅利用现代科技重塑了传统变电站的内部结构，而且还进一步加深了站内设备的信息共享程度，这主要得益于采用分层分布的控制管理方式来进一步优化变电站的内部资源结构，极大的提高了变电站在实际运行过程中的可靠性和安全性。虽然智能变电站在对传统变电站的改造上已经迈出了坚实的一步，但是就目前智能变电站的技术成熟程度来看，仍然还不足以支撑智能变电站建立所需的部分技术要求，出现这种局面的根本原因在于科学技术之间存在一定的专业壁垒，而这种专业壁垒在一定程度上限制了智能变电站核心技术的发展，因此，如果将来要实现智能变电站的技术飞跃和突破，有必要打破专业上层层阻碍和限制，使得智能变电站所需的关键技术得以扩展和延伸，这样才有可能使得智能变电站建设面向智能化、集成化、信息化发展。
3.1硬件的集成技术
中央处理器与外围芯片或设备的配合主要用于解决传统变电站信息数据的计算和逻辑分析，与此同时，中央处理器还会集中处理一些高级应用功能，这也意味着，变电站各种功能实现的速度与质量主要取决于中央处理器性能的高低程度，传统变电站使用的中央处理器主要是DSP（Digital Signal Processing），ARM（Advanced RISC Machines）或CPU（Central Processing Unit）等。传统变电站信息处理和设计存在一些不足之处：首先，一般而言，中央处理器自身集成资源通常比较有限，由此导致无法适应智能变电站递增式的数据信息处理要求，这也是智能变电站建设技术难以突破的原因之一；其次，处理器本身的信息处理能力无法达到智能变电站部分应用的基本要求，由此导致了无形的资源闲置或者浪费；最后，由于处理器采用的嵌入式操作系统存在一定的复杂性，由此导致在实际操作过程中较为繁琐，这在某种程度上增加了系统测试的难度和错误发生的可能性。
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图2智能组件工作原理图
现代电子学的兴起和发展使得硬件系统的设计表现出模型化、集成化、自动化等特征，这也有助于促进硬件设备在实际设计过程中实现具体功能的模块化，同时还有助于固化设备内部那些具有固定逻辑处理的智能应用，从而实现软件功能与硬件功能之间的转化，采用该类设计有利于节省信息传输时硬件资源的开销，保证逻辑处理的实时性、可靠性和准确性，变电站设备的集成度大大提高将有助于智能设备的修理更换与更新升级。
3.2软件的构件技术
对信息的监测和管理是智能变电站的基本功能之一，智能变电站主要将相量测量单元（PMU）、录波等相关功能进行集成，从而有利于站内状态估计、区域集控、状态监测、远程维护、电能质量评估以及智能管理等高级功能的实现，同时，根据工程配置文件生成系统工程数据，实现变电站系统和设备系统模型的自动重构等功能，当然，上述功能的实现需要依托现代软件的构件技术。
从软件构件的核心定义来看，它主要指具有一定功能、能够独立工作或同其他构件装配起来协调工作的程序体，构件技术需要借助复用技术进行实现，其关键技术难题在于怎样提取出可复用构件以及如何组装成系统并能实现互操作。
要想实现实时软件系统必须以软件构件技术作为基础，而实现功能集成也必须要借助相应的软件构件技术，如果想实现软件构件技术的应用，那么则需要良好的软件结构体系与之相配套。现阶段，借助软件构件技术有助于实现智能变电站内各种高级应用功能的有效集成以及重构，同时也面临着一系列技术难题，例如，需要对软件体系结构、构件模型、构件接口、构件粒度、构件的获取、管理、组装与布置等许多问题进行全方位的考虑。
当前如果想建立智能变电站，那么肯定离不开软件构件技术的合理运用，如果将软件构件技术运用到智能变电站的建立过程中，首先将会有助于减少智能变电站在功能软件的集成和开发活动中所造成的劳动重复，有助于提升变电站软件运行的绩效和灵敏性，同时，能够缩短智能变电站开发周期并降低智能变电站的研究开发成本，有助于加强系统功能间的相互操作性，这样一来就能够显著提高系统运行时的安全性与稳定性。
3.3信息的管理存储技术
如果具有自我恢复能力的高速局域网能够在智能变电站中进行应用，那么将有助于构建一个全站式的统一数字化信息平台，使得信息平台实现一定的自我恢复能力，从而充分改善系统在信息采集过程中的服务质量。智能变电站体现了信息集中管理的基本原则，因为通过构建统一的数字化信息平台有利于将数据信息进行统一的处理，这样不仅有助于实现各种信息模型的集成、转换和调用，而且还有助于为变电站系统内部功能的下放提供基本的信息和技术保障。
智能变电站内部信息系统高度集成表现出了良好的扩展性与经济性，建立一个统一的数字化信息平台将有助于实现资源信息的共享、扩展和分配，但是，不能忽略统一的数字化信息平台在信息采集过程中因信息量巨大所导致的传输困难。目前，虽然以太网的发展已经逐渐成熟，但是想要充分满足智能变电站对于海量通信信息的需求仍然面临诸多问题和挑战，此时，信息能否进行优先分级传输或能否就地存储就显得十分必要。关键信息优先级传输有助于保证其实时、准确、可靠传输，对于非优先级信息就地存储有利于减少网络传输负荷程度，同时还有助于为系统决策提供一定的信息依据。目前，变电站中较为常见的做法是利用虚拟化技术在变电站底层硬件和网络设备虚拟搭建一个能够进行信息交流的资源库，从而实现库内信息的储存、调取和共享，信息优先传输和信息就地存储技术的本质是将信息按不同粒度细化，从而实现信息分层分布和调配调用。现阶段，伴随着智能电网不断的发展和升级，对于电力系统内部的信息安全进行相应的防护已经变得十分迫切而重要，信息的分层管理就是一个行之有效的方法，通过不同等级的信息进行安全策略的设计，这样一来不仅有助于实现网络信息系统的安全性，而且有助于提高各级电网信息的安全性。
3.4标准的融合
内部信息数量繁多、信息采集过程较为复杂是智能电网的表征之一，而且不同的电网设计理念对于信息采集、算法、模型存在差异之处，由此导致智能电网内部的信息存在着一定的差异性，因此，要想使得智能电网之间的通讯实现无缝链接，那么就要进行标准融合，使得变电站内部各种信息和模型能够实现相互转化。
融合技术需要建立在信息模型的标准化、规范化和体系化基础之上，首先，需要开放的通信架构实现元件之间的信息实现网络化通信；其次，进一步细化信息模型，在此基础上，对模型的扩充及其扩充原则进行标准化规定；最后，依托统一的技术标准实现各种应用系统之间的无缝通信，此时，建立统一的规约库就显得十分必要。
就当前已有的标准（如IEC61850、IEC61970、IEC61968等）来看，已经在某种程度上促进力变电站信息的规范化和标准化，同时促进了电网内各种应用系统之间的通信应用，作为变电站内部的统一规约，IEC61850也是最新的全面规范智能化变电站自动化通信体系的标准。现阶段，最新颁布的标准内除了涉及变电站内部的通信模型之外，还在此基础上进行了相应的扩展，基本已经覆盖到变电站之外的所以公用电力应用领域，这在一定程度上说明目前电力自动化的通信网络系统内的通用标准又取得了巨大的进步。
参考文献
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[4] 王映辉. 软件构件与体系结构—原理、方法与技术[M].北京：机械工业出版社，2012.
论文作者:金鑫，陈辉，蒋俊
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
标签：变电站论文; 智能论文; 信息论文; 电网论文; 构件论文; 技术论文; 功能论文; 《科技中国》2017年7期论文;