金振東
摘要：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)自誕生至今，一直在發(fā)展著。推動(dòng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)不斷發(fā)展的因素，主要可歸納為下列四方面。
(1)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行和高質(zhì)量供電；
(2)不斷降低電能生產(chǎn)和電能傳輸費(fèi)用；
(3)提高電網(wǎng)整體效益，使電網(wǎng)盡可能運(yùn)行在其物理極限而又不發(fā)生冒險(xiǎn)的狀態(tài)下，從而推遲新投資和降低造價(jià)；
(4)適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中不斷出現(xiàn)的要求。
由于電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接線的日益復(fù)雜，對(duì)供電可靠性的要求不斷提高，電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則的不斷修改，應(yīng)綜合實(shí)現(xiàn)上述四方面要求的難度也在不斷增大。這四項(xiàng)要求中，最重要的是第一項(xiàng)。由于電力網(wǎng)絡(luò)巨大而廣闊，任何一處故障都會(huì)導(dǎo)致停電，任何局部故障都有可能導(dǎo)致大面積停電。近年來，國(guó)際上著名的大停電都是從一處故障發(fā)展成大面積停電。另一方面，由于現(xiàn)代化的生產(chǎn)和人民生活對(duì)供電可靠性的依賴已越來越高，有些企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)是不允許停電。1995年日本已做到每產(chǎn)每年停電不超過6min，九州電力公司已實(shí)現(xiàn)用戶每年停電不超過1 min。我國(guó)國(guó)家電力公司也已提出大中城市中心區(qū)的供電可靠率要從1999年的每戶平均停電12h降低為每戶每年停電不超過53min，顯然這是十分艱巨的任務(wù)。在現(xiàn)代化復(fù)雜電網(wǎng)的運(yùn)行中要實(shí)現(xiàn)上述四方面的要求，除改善一次系統(tǒng)和一次設(shè)備、提高繼電保護(hù)裝置和其他自動(dòng)化裝置的性能外，也應(yīng)不斷發(fā)展調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。目前調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已越出了傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的范圍[1]。
為了研究這一領(lǐng)域今后的發(fā)展方向，現(xiàn)從該領(lǐng)域動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)構(gòu)成兩方面的發(fā)展來進(jìn)行分析。
1 從數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)的出現(xiàn)到向能量管理系統(tǒng)的發(fā)展
開展電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的初期，上世紀(jì)50年代，為解決電網(wǎng)的工況監(jiān)視和電網(wǎng)頻率調(diào)整，電網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)調(diào)頻技術(shù)開始發(fā)展。當(dāng)時(shí)主要注意力集中在通過電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)頻裝置維持電網(wǎng)頻率恒定和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上。上世紀(jì)60年代中期，在美國(guó)東北部大停電事故發(fā)生后，各國(guó)電力公司研究了這一事故造成的教訓(xùn)，感到多年的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益遠(yuǎn)抵不上一次大停電事故帶來的損失，就將注意力轉(zhuǎn)到保證電網(wǎng)安全上。采取的關(guān)鍵措施，就是將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入調(diào)度中心與遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)系統(tǒng)，這是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的飛躍。在SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)后，發(fā)電機(jī)組及傳輸線的有功功率和無功功率均已由SCADA系統(tǒng)采集，向各電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)調(diào)節(jié)命令的功能也已由SCADA系統(tǒng)的遙控、遙調(diào)功能覆蓋，原來由模擬計(jì)算機(jī)承擔(dān)的電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)頻和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算更可由SCADA系統(tǒng)主站的數(shù)字計(jì)算機(jī)取代。因而在SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)后不久，電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)頻和機(jī)組功率經(jīng)濟(jì)分配包括線損修正的主站端的AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)功能就完全集成到SCADA系統(tǒng)中而形成SCADA／AGC系統(tǒng)，這一過程在70年代早期就已完成。
SCADA系統(tǒng)給電網(wǎng)調(diào)度人員掌握電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況及處理事故以極大的幫助，但不能告知電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)(開關(guān)操作，事故跳閘)時(shí)的后果。為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，提出了將電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)從單純的對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全監(jiān)視功能提高到對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行作安全預(yù)測(cè)的要求。
要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全預(yù)測(cè)，需對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行不斷進(jìn)行潮流計(jì)算、功角及電壓穩(wěn)定性計(jì)算，分析電網(wǎng)在發(fā)生故障時(shí)穩(wěn)定破壞的可能性。但要做到這一點(diǎn)并不像從SCADA到SCADA／AGC的發(fā)展那樣簡(jiǎn)單。其一是由于電網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)因各種原因造成的誤差，導(dǎo)致潮流計(jì)算不收斂；其二是功角和電壓穩(wěn)定計(jì)算則還有快速算法未解決的問題。為解決這兩個(gè)問題，各國(guó)電力系統(tǒng)的學(xué)者經(jīng)歷了長(zhǎng)期的努力，開發(fā)了稱為實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析(NA)的高級(jí)應(yīng)用軟件(PAS)，其中包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、外部網(wǎng)絡(luò)等值、可觀察性分析到狀態(tài)估計(jì)等一系列基礎(chǔ)算法，將實(shí)時(shí)采集到的生數(shù)據(jù)，變?yōu)榭煽康膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并開發(fā)了適用于不同類型電網(wǎng)參數(shù)的潮流計(jì)算方法，從而解決了實(shí)時(shí)潮流計(jì)算的難題，并開發(fā)了電網(wǎng)n—1的靜態(tài)安全分析的算法和各種相關(guān)算法。使電網(wǎng)因正常操作及事故跳閘的后果就可通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析預(yù)計(jì)出來，調(diào)度員可據(jù)此來調(diào)整運(yùn)行方式，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)功能集成至電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，就使電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)SCADA／AGC發(fā)展到能量管理系統(tǒng)(EMS)，電網(wǎng)調(diào)度也由單純依靠調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)來保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度提高到對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行分析計(jì)算，以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的分析型調(diào)度，這是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中的第二次飛躍。這一過程國(guó)外在70年代大約花了10年時(shí)間。我國(guó)則是在80年代中至90年代完成了這方面的開發(fā)并開始工程實(shí)踐。但對(duì)第二個(gè)問題已花了更長(zhǎng)的時(shí)間去進(jìn)行探索。出現(xiàn)了快速計(jì)算功角穩(wěn)定分析的暫態(tài)能量函數(shù)法(美國(guó))、勢(shì)能邊界面法(日本)等各種學(xué)派，但從理論到實(shí)踐均尚未完全解決這一難題。80年代后期，我國(guó)學(xué)者薛禹勝院士提出了擴(kuò)展等面積法(EEAC)，將電網(wǎng)大擾動(dòng)時(shí)多機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)功角擺動(dòng)關(guān)系歸結(jié)為同調(diào)的兩機(jī)群關(guān)系，從而將復(fù)雜的多機(jī)功角搖擺的微分方程簡(jiǎn)化成代數(shù)方程，并提出了在電網(wǎng)事故跳閘后電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化時(shí)自動(dòng)搜索兩機(jī)群的動(dòng)態(tài)EEAC等一系列算法。經(jīng)過不斷地進(jìn)行工程實(shí)用的完善，90年代初，基于EEAC的暫態(tài)功角安全分析軟件包在我國(guó)東北電網(wǎng)投入實(shí)用。90年代末，快速動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定計(jì)算及安全調(diào)度分析計(jì)算方法問世，相應(yīng)的離線應(yīng)用軟件包首先在山東省電網(wǎng)中應(yīng)用。將其在線化后，可綜合到能量管理系統(tǒng)中，構(gòu)成在線動(dòng)態(tài)電壓安全分析，用以預(yù)測(cè)電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)在不同運(yùn)行方式下的電壓穩(wěn)定裕度，并可指出調(diào)整電網(wǎng)中無功電源出力的措施。功角穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定的安全預(yù)測(cè)功能的開發(fā)，使能量管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)安全分析功能完整化[刨。
在EMS出現(xiàn)后，就為原來在70年代末開發(fā)的獨(dú)立的調(diào)度員培訓(xùn)仿真器(DTS)集成到EMS中提供了條件，DTS與EMS相結(jié)合后，可共享系統(tǒng)中SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。用實(shí)際電網(wǎng)的場(chǎng)景來培訓(xùn)調(diào)度員，從而大大發(fā)揮了DTS的作用，提高調(diào)度員正常運(yùn)行和事故處理的能力。DTS集成為EMS的一個(gè)子系統(tǒng)，是在80年代完成的。
在EMS實(shí)時(shí)安全分析功能發(fā)展的同時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度的另一重要分支——發(fā)電計(jì)劃功能在算法上也得到了快速的發(fā)展，包括負(fù)荷預(yù)報(bào)、開停機(jī)計(jì)劃、優(yōu)化潮流計(jì)算、無功電壓優(yōu)化、水電計(jì)劃、水火電聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度等。
2 EMS的系統(tǒng)構(gòu)成從集中式到分布的發(fā)展
90年代以前，EMS的應(yīng)用功能不斷發(fā)展和綜合。但其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)本身一直停留在以專用計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的集中式體系結(jié)構(gòu)上。在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)相應(yīng)發(fā)展時(shí)，就出現(xiàn)如下重大不足：一是擴(kuò)充數(shù)據(jù)量和新應(yīng)用增加時(shí)，主計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)越來越重，響應(yīng)速度不斷降低；二是各種應(yīng)用必須在一個(gè)機(jī)房中進(jìn)行，限制了更多人員的應(yīng)用；三是計(jì)算機(jī)改型時(shí)EMS的軟件資源及歷史數(shù)據(jù)很難得到有效保護(hù)。為解決這些問題，基于80年代后期國(guó)際開放式計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，90年代開始，各國(guó)EMS的開發(fā)商都轉(zhuǎn)向基于國(guó)際開放式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分布式EMS的開發(fā)，由集中式結(jié)構(gòu)發(fā)展至分布式結(jié)構(gòu)，這是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)的重大發(fā)展。
由于應(yīng)用功能的不斷集成和新功能不斷開發(fā)，EMS所用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的日益復(fù)雜，要求開發(fā)人員在精通計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和EMS技術(shù)之后再去開發(fā)應(yīng)用功能是不現(xiàn)實(shí)的。為保證應(yīng)用開發(fā)人員能方便地將所開發(fā)的應(yīng)用軟件較方便地集成到EMS中，而不必去研究計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)，將EMS的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成多層次軟件結(jié)構(gòu)，即在應(yīng)用層與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核層之間增加一個(gè)支持軟件層，認(rèn)為這是開放式系統(tǒng)的重要標(biāo)志[3j。其主要組成部分是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、圖形管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信管理系統(tǒng)三部分。采用該結(jié)構(gòu)可使應(yīng)用功能開發(fā)人員集中力量研究和開發(fā)應(yīng)用軟件，而無需研究計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)本身，從而方便了應(yīng)用開發(fā)人員的工作。
在開放式分布式EMS的開發(fā)中，除了全系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)外，有兩個(gè)重要問題是用戶關(guān)注的，即系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和系統(tǒng)的可維護(hù)性。國(guó)內(nèi)外的EMS開發(fā)商都在改善管理軟件和降低局域網(wǎng)的負(fù)載上做工作，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)性。系統(tǒng)的易維護(hù)性方面國(guó)內(nèi)的開發(fā)已走在國(guó)外的前面，突出的例子是國(guó)內(nèi)稱為“圖模庫(kù)同步生成"L4J，國(guó)外公司稱為“圖象數(shù)據(jù)登錄(GraphicDataEntry)”的維護(hù)工具軟件。ABB在1999年的香港CLP工程中完成了這一工具的工程應(yīng)用[5j，而國(guó)內(nèi)電力自動(dòng)化研究院在1996年就已投入實(shí)用。
3 21世紀(jì)新一代的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)
綜合上世紀(jì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，可看出電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展表現(xiàn)在主站功能和主站系統(tǒng)構(gòu)成兩方面：主站新功能的開發(fā)并一體化；主站軟件的開放化。這是當(dāng)前的新一代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。
3．1 主站新應(yīng)用功能的一體化
由于電網(wǎng)是一個(gè)整體，EMS中來自各廠站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)以及經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用處理過的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)(熟數(shù)據(jù))等信息都應(yīng)由電網(wǎng)中各調(diào)度部門共享，各種網(wǎng)絡(luò)分析及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軟件等資源也可共用。因此，將電網(wǎng)調(diào)度所各種原理上相關(guān)的孤立計(jì)算軟件的應(yīng)用集成到統(tǒng)一的平臺(tái)上，這是發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前正在開發(fā)集成電網(wǎng)運(yùn)行方式計(jì)算，包括檢修計(jì)劃的制定的EMS。電力市場(chǎng)在90年代初由英國(guó)電力部門提出，各國(guó)正在開發(fā)電力市場(chǎng)系統(tǒng)，我國(guó)也在進(jìn)行試點(diǎn)。由于商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入，它研究的問題具有很大的特點(diǎn)，原則上它屬于另一范疇。但是，從已試用的發(fā)電側(cè)電力市場(chǎng)系統(tǒng)來看，它與現(xiàn)有的EMS也有著密不可分的關(guān)系。國(guó)內(nèi)外已開發(fā)的發(fā)電側(cè)電力市場(chǎng)系統(tǒng)包含有發(fā)電報(bào)價(jià)管理、交易管理、計(jì)劃處理、信息發(fā)布，結(jié)算及合同管理等環(huán)節(jié)。其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是包括次日及當(dāng)日的各時(shí)段發(fā)電計(jì)劃處理，它是根據(jù)預(yù)測(cè)的電網(wǎng)日負(fù)荷及各電廠機(jī)組各時(shí)段的報(bào)價(jià)，用邊際電價(jià)原則決定參加競(jìng)價(jià)上網(wǎng)各機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃。現(xiàn)有獨(dú)立開發(fā)的電力市場(chǎng)系統(tǒng)中，計(jì)劃管理子系統(tǒng)需用到的短期負(fù)荷預(yù)報(bào)(次日)、超短期負(fù)荷預(yù)報(bào)(下一小時(shí))、水電計(jì)劃、靜態(tài)安全分析校核、暫態(tài)功角安全分析校核、電壓安全分析校核等都是EMS中成熟的軟件包，系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷及機(jī)組實(shí)際出力的測(cè)量值、旋轉(zhuǎn)備用容量的監(jiān)視等均來自EMS，各機(jī)組出力的線損修正計(jì)算也來自EMS。計(jì)劃處理子系統(tǒng)安排的發(fā)電計(jì)劃曲線(次日及當(dāng)日)，將被送至EMS，由EMS的AGC子系統(tǒng)發(fā)令到各臺(tái)發(fā)電機(jī)組執(zhí)行。從以上分析看出，作為電力市場(chǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的計(jì)劃處理子系統(tǒng)與EMS工程中的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析子系統(tǒng)、自動(dòng)發(fā)電子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制子系統(tǒng)、發(fā)電計(jì)劃(包括水電計(jì)劃)子系統(tǒng)之間有著密不可分的關(guān)系。這兩者如果完全割裂開，不僅要開發(fā)復(fù)雜的通信接口，且很難維護(hù)。因此，電力市場(chǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——計(jì)劃管理子系統(tǒng)應(yīng)和EMS在統(tǒng)一平臺(tái)下一體化設(shè)計(jì)。國(guó)外的EMS開發(fā)商正在朝這一方向做。
電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制的一個(gè)重要前提是電能量計(jì)量系統(tǒng)，它以一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)中已裝了不同類型的電能量計(jì)量系統(tǒng)。但目前的這種獨(dú)立的電能量計(jì)量系統(tǒng)采集的電能量數(shù)據(jù)作為電力市場(chǎng)的結(jié)算來說都存在不少問題。例如要根據(jù)各時(shí)段發(fā)電機(jī)電能量結(jié)算中不僅需要準(zhǔn)確的電能量記錄數(shù)值，且必須結(jié)合各時(shí)段的各機(jī)組出力和聯(lián)絡(luò)線傳輸功率偏離合同規(guī)定的數(shù)值及延續(xù)時(shí)間，以及當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)頻率等來進(jìn)行結(jié)算。這需要與EMS同步采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并存貯下來，才能進(jìn)行。又如線路開關(guān)檢修、旁路開關(guān)帶路時(shí)的電能量計(jì)量，也必須在EMS采集到的信息綜合處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷。綜上所述，若要求電能量計(jì)量系統(tǒng)采集的電能量數(shù)據(jù)能成為真正可進(jìn)行結(jié)算的依據(jù)，只有與EMS集成在一起。
因此，21世紀(jì)開發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)將是應(yīng)用功能集成度更高的系統(tǒng)。
3．2 系統(tǒng)構(gòu)成的開放化
3．2．1 問題的提出
90年代開發(fā)的開放式分布式的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其與90年代前的封閉式的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)相比，是重大的進(jìn)步。但開放式指的都是計(jì)算機(jī)產(chǎn)品概念上的開放，并不涉及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)本身的軟件系統(tǒng)的開放，所以不同系統(tǒng)間的信息交換很困難，第三方開發(fā)的軟件接人已開發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)并不方便，關(guān)鍵是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化接口(CCAPl)問題[5]。
電力市場(chǎng)開放化運(yùn)營(yíng)，意味著電力市場(chǎng)參與者可根據(jù)自己的判斷進(jìn)行電能交易，這可能導(dǎo)致互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行的不安全。為解決這一問題，電網(wǎng)調(diào)度部門必須及時(shí)了解互聯(lián)電網(wǎng)電力市場(chǎng)的信息；另一方面，電力市場(chǎng)的參與者為能順利進(jìn)行電能交易，亦應(yīng)及時(shí)了解電網(wǎng)的運(yùn)行情況。因而，要保證互聯(lián)電網(wǎng)安全運(yùn)行條件下的電力市場(chǎng)的順利運(yùn)營(yíng)，前提是信息的及時(shí)交換。為此，美國(guó)在1995年后，由聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)領(lǐng)導(dǎo)，建立了北美區(qū)域間安全網(wǎng)絡(luò)(NAISN，North America Inter-RigionalSecu rityNetwork)和開放化進(jìn)入同時(shí)信息系統(tǒng)(OASIS，Oven Access Same time lnformation System)。前看是在互聯(lián)電網(wǎng)間交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來進(jìn)行電網(wǎng)之間的安全評(píng)估，后者則是給電力市場(chǎng)參與者以各種輸電網(wǎng)的信息，包括線路的可用傳輸能力、總輸電能力，從而進(jìn)行輸電和輔助服務(wù)的預(yù)定及進(jìn)行網(wǎng)上輸電交易[5)。EMS是電力系統(tǒng)中的另一類信息系統(tǒng)。上面所說的信息交換，就是在這三類信息系統(tǒng)間的交換。這里矛盾的焦點(diǎn)是EMS，一則它是實(shí)時(shí)信息源，另外兩類系統(tǒng)必須與它連接；二則它是由多個(gè)開發(fā)商開發(fā)的，各不相同。為了解決這個(gè)問題，美國(guó)電力研究所提出了CCAPI，為國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)TC-57接受，確定它作為IEC的EMS接口標(biāo)準(zhǔn)IEC61970 EMS-APl，其包括公用信息模型(CIM)(61970-300)、元件接口規(guī)范(CIS)(61970-400和61970-500)。目前1970-300已正式公布，其他的還在草案階段。但國(guó)外的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)商已按照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)。國(guó)內(nèi)的EMS開發(fā)單位也在同步進(jìn)行。
3．2．2公用信息模型
要使EMS之間以及EMS與其他信息系統(tǒng)之間能夠方便地交換信息，應(yīng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。IEC規(guī)定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型——公用信息模型(IEC61970-300)，包括301公用信息模型基礎(chǔ)、302財(cái)務(wù)和發(fā)電計(jì)劃、303 SCADA。301定義了公用信息基本軟件包的集合，提供了EMS信息物理方面的邏輯視圖；302定義了財(cái)務(wù)和能量計(jì)劃(交易計(jì)劃)的邏輯視圖；303定義了SCADA邏輯視圖。CIM表示了電力企業(yè)的所有主要對(duì)象的信息模型，包括這些對(duì)象的類、屬性以及它們之間的關(guān)系。CIM是整個(gè)EMS-APl標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這一標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同EMS之間及與其他
有關(guān)系統(tǒng)之間能不依賴于信息內(nèi)部的表示而交換信息。但是CIM的使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它在EMS中應(yīng)用的范圍。
CIM采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)定義，CIM規(guī)范用統(tǒng)一建模語言(UML)表達(dá)方法，將CIM定義成一組包，每個(gè)包包含一個(gè)或多個(gè)類圖，用圖形的方式表示出該包中所有類及相互間的關(guān)系，再根據(jù)類的屬性及其他類的關(guān)系，用文字形式定義各個(gè)類。CIM包括實(shí)體對(duì)象類、管理類、運(yùn)行管理類等。IEC規(guī)定的CIM分成15個(gè)包，即300描述的核心包、拓?fù)浒�、電線包、停運(yùn)包、保護(hù)包、量測(cè)包、負(fù)荷模型包、儲(chǔ)備包、域包、發(fā)電包(包括生產(chǎn)子包和發(fā)電動(dòng)態(tài)子包)，302中描述的財(cái)務(wù)包、財(cái)產(chǎn)包、能量計(jì)劃(交易計(jì)劃)包，以及303中描述的SCADA包。每個(gè)包中又包括若干個(gè)類，每個(gè)類都給出了類模型信息的完全的描述。EMS根據(jù)CIM規(guī)定的方式進(jìn)行信息建模后，在EMS之間及與其他系統(tǒng)之間交換信息時(shí)，只要根據(jù)約定的名字就可交換信息，這樣設(shè)計(jì)的EMS就成為開放化的nuIS。
CIM中描述的對(duì)象實(shí)質(zhì)上是抽象的，可用于任何需要公用電力系統(tǒng)模型的領(lǐng)域，而不局限于EMS。目前CIM的標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)部分已為變電站自動(dòng)化、配電自動(dòng)化等領(lǐng)域所采用。
3．2．3 基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言的互操作
為了在按CIM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的EMS之間，在不了解對(duì)方系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下交換信息，IECTC-57建議采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML)(Extensible Markup Language)。在IECTC-57和美國(guó)EPRI推動(dòng)下，自2000年起，在美國(guó)的主要EMS開發(fā)商ABB、SIEMENS、ESCA等紛紛提出自己的測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了基于XML的互操作試驗(yàn)，即各自按XML將測(cè)試系統(tǒng)的信息編程后導(dǎo)出至另一個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)入后，再由后者導(dǎo)出送至原系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算驗(yàn)證傳輸?shù)恼_性。我國(guó)在國(guó)(家電網(wǎng)調(diào)度通信中心組織下，各EMS開發(fā)單位也利用國(guó)外提供的測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了互操作測(cè)試工作。對(duì)于現(xiàn)有的非基于CIM的EMS來說，也可將已有的數(shù)據(jù)信息用XML描述，進(jìn)行初步的信息交換。
3．2．4 基于CORBA的局域網(wǎng)開放化EMS
迄今為止，上世紀(jì)90年代前后開始的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的開放化，較符合IEEEPOSIXl003．1開放化標(biāo)準(zhǔn)的是UNIX操作系統(tǒng)，由于主要計(jì)算機(jī)制造廠商的UNIX版本各不相同，并未實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)在同一局域網(wǎng)上能用不同版本操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，駐留在不同型式計(jì)算機(jī)上的各種應(yīng)用可通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)和資源的調(diào)用。EMS的研究中就設(shè)想用另一渠道來實(shí)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外EMS的廠商正在研究利用CORBA(Comomon Objeot Request Broker Archetecture)，也就是將EMS支持軟件中的網(wǎng)絡(luò)通信由CORBA來支持。由于CORBA支持不同的操作系統(tǒng)版本，通過它的支持，與CIM相結(jié)合、分布在局域網(wǎng)上的由不同類型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品構(gòu)成的EMS就可實(shí)現(xiàn)完全的開放，這方面還在開發(fā)中。
4．2．5 通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化
在電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)條件下，由于保證電網(wǎng)特別是巨型電網(wǎng)之間的安全要求，各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)之間的信息交換將會(huì)內(nèi)容更多、更加頻繁。如在進(jìn)行電網(wǎng)安全分析時(shí)，需獲得相連的外部電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，上下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度之間需交換更多內(nèi)容的信息等。廠站RTU和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與不同的上級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站用網(wǎng)絡(luò)方式通信已成當(dāng)前的趨勢(shì)。因而通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化就是研究的一個(gè)熱點(diǎn)。通信協(xié)議分成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站與廠站及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)之間兩部分。前者遵循IEC 60870-5系列通信協(xié)議，后者則遵循IEC 60870-6(TASE 2)通信協(xié)議。但情況也在不斷變化。草案階段的IEC61850"變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)”已提出要將現(xiàn)有的60870-5系列通信協(xié)議改為統(tǒng)一的通信協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)通過后，它將成為廠站側(cè)子站與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站間通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。前已提到，61850標(biāo)準(zhǔn)制定中已采納了61970CIM的規(guī)定進(jìn)行信息建模，其目的是使子站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)與主站系統(tǒng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)一致。這就提供了一種可能性，即在系統(tǒng)維護(hù)時(shí)按照CIM建模的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站與各個(gè)按照CIM建模的子站間通過XML編程通信，主站將各子站的數(shù)據(jù)庫(kù)的有關(guān)部分采集而直接構(gòu)成主站的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而減少了主站建庫(kù)的重復(fù)勞動(dòng)，簡(jiǎn)化了維護(hù)工作，并保證了主站與子站數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性。
4 結(jié)束語
電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)研究領(lǐng)域，自問世至今一直在發(fā)展，以適應(yīng)電網(wǎng)不斷發(fā)展的需要。我國(guó)電網(wǎng)自改革開放以來，20年中發(fā)展迅速，現(xiàn)在全國(guó)聯(lián)網(wǎng)正在進(jìn)行。電力市場(chǎng)機(jī)制也將在全國(guó)電網(wǎng)中運(yùn)營(yíng)。因而按照電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向，加快一體化、標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)，是當(dāng)前的需要。類、屬性以及它們之間的關(guān)系。CIM是整個(gè)EMS-APl標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這一標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同EMS之間及與其他有關(guān)系統(tǒng)之間能不依賴于信息內(nèi)部的表示而交換信息。
