對電力系統(tǒng)調(diào)度自動化技術(shù)探討
 何偉鵬
摘　要：筆者綜述了目前電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)技術(shù)中的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，并對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的未來需求和發(fā)展方向進(jìn)行了有益的探索，與供參考。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)　調(diào)度自動化 發(fā)展方向
一、技術(shù)背景
能量管理系統(tǒng)（EMS）是一套為電力系統(tǒng)控制中心提供數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)視和優(yōu)化，為電力市場提供交易計劃安全分析服務(wù)的計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的總稱，它包括為上層電力應(yīng)用提供服務(wù)的支撐軟件平臺和為發(fā)電和輸電設(shè)備安全監(jiān)視和控制、經(jīng)濟(jì)運行提供支持的電力應(yīng)用軟件，其目的是用最小成本保證電網(wǎng)的供電安全性。
到目前為止，電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)三代，第一代系統(tǒng)為70年代基于專用機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，第二代系統(tǒng)為80年代基于通用計算機(jī)和集中式的SCADA/EMS系統(tǒng)，部分EMS應(yīng)用軟件開始進(jìn)入實用化，第三代系統(tǒng)為90年代基于RISC/UNIX的開放分布式EMS系統(tǒng)（含SCADA應(yīng)用），采用的是商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和先進(jìn)的圖形顯示技術(shù)，EMS應(yīng)用軟件更加豐富和完善，第三代系統(tǒng)已經(jīng)有十幾年的發(fā)展歷史。
隨著電力系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展和以安全為主的一體化經(jīng)營的電力生產(chǎn)、輸送、分配和消費過程，逐步走向以安全和經(jīng)濟(jì)為同等目標(biāo)的開放電力市場的要求，第四代基于INTERNET技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、通信中間件和數(shù)據(jù)庫中間件技術(shù)、Internet技術(shù)，統(tǒng)一考慮能量管理系統(tǒng)、電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)需求的EMS/TMR/TMS一體化平臺建設(shè)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)成熟。
二、電力企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)互連現(xiàn)狀
電力企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)互連、數(shù)據(jù)共享、軟件互操作是開放性系統(tǒng)發(fā)展和建設(shè)的趨勢。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和電力企業(yè)自動化需求的不斷提高，電力企業(yè)自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的不斷更新和換代，目前的電力企業(yè)自動化水平有了顯著的提高，大多數(shù)電力企業(yè)或多或少的配備或正在建設(shè)以下實時或非實時系統(tǒng)（R/NR），如EMS系統(tǒng)（R/NR）、TMR系統(tǒng)（R/NR）、TMS系統(tǒng)（R/NR）、DMS系統(tǒng)（R/NR）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)（NR）、AM/FM/GIS系統(tǒng)（NR）、MIS系統(tǒng)（NR）等，這些系統(tǒng)分別承擔(dān)著電力企業(yè)的輸配電網(wǎng)運行和控制、維護(hù)、管理、規(guī)劃、用戶服務(wù)、計劃編制等任務(wù)，根據(jù)建設(shè)的時間和服務(wù)的領(lǐng)域不同，目前這些系統(tǒng)具有以下共同的異構(gòu)特征：
（1）多種計算機(jī)硬件平臺，包括SUN、COMPAQ、IBM、HP等公司的UNIX服務(wù)器、UNIX工作站和一系列的PC機(jī)等；
（２）多種操作系統(tǒng)平臺，包括Solaris UNIX、Tru64 UNIX、AIXUNIX、NT、LIN UX等；
（3）多種商用數(shù)據(jù)庫平臺，包括Oracle、Sybase、DB2、SQL Server等；
（4）多種構(gòu)件技術(shù)，包括公用對象請求代理體系結(jié)構(gòu)（CORBA）技術(shù)、分布式公用對象管理（DCOM）技術(shù)、企業(yè)JavaBean（EJB）技術(shù)；
（5）大型主機(jī)模式、客戶/服務(wù)器（C/S）模式、Wed瀏覽器/服務(wù)器（b/s）模式；
（6）多種開發(fā)語言，如C、C＋＋、Java、Power Builder等。
為了使不同廠家、不同時期建設(shè)的電力企業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)能夠做到數(shù)據(jù)共享、軟件互連，目前國內(nèi)系統(tǒng)通常的做法是：1）跨部門收集各個應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；2）根據(jù)需要開發(fā)點對點的系統(tǒng)接口（如圖1.1所示）。以上方法缺點是缺乏一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫訪問接口，同時新建的系統(tǒng)雖然暫時避免了成為“自動化系統(tǒng)的孤島”，但是不會建立一種企業(yè)自動化系統(tǒng)共享的、高效的分布式數(shù)據(jù)平臺，其結(jié)果是給未來的電力市場或數(shù)據(jù)倉庫的建立，創(chuàng)建了更多的“自動化孤島”。

電力企業(yè)一體化系統(tǒng)的建設(shè)包括兩層的含義，一是數(shù)據(jù)一體化，即企業(yè)的眾多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型接合到一個較小的、更合理的使其能夠提供決策支持的數(shù)據(jù)集合；二是提供一種公用的方法進(jìn)行自動通訊。雖然我們通過創(chuàng)建一個中心數(shù)據(jù)庫使CIM能夠與所有的應(yīng)用程序連接，但這是一種脆弱的和不能伸縮的解決方案。我們可以用CORBA 或DCOM 連接遺留的應(yīng)用程序，但是這些技術(shù)要求一種公用的安全領(lǐng)域的內(nèi)容、功能調(diào)用協(xié)定、二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型和一種定位和激活遠(yuǎn)程應(yīng)用程序的方式。特別是通用的CORBA或DCOM 技術(shù)不能滿足實時EMS、DMS數(shù)據(jù)一致性的要求。
電力企業(yè)自動化系統(tǒng)一體化要求建立應(yīng)用程序的封裝層，如圖1.2所示，封裝是以一種與公用的方法兼容的方式暴露被封裝的應(yīng)用程序的功能。這種方法的最重要的好處是它的技術(shù)核心和遺留的應(yīng)用程序不必重新編寫。


圖1.2　一體化應(yīng)用系統(tǒng)的互連趨勢
隨著CORBA/DCOM標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，以及IEC 61970CIM/CIS標(biāo)準(zhǔn)的不斷豐富和完善，新一代電力企業(yè)自動化系統(tǒng)（EMS、TMR、TME、DMS、RDS、AM/FM/GIS等）的建設(shè)必須考慮到系統(tǒng)一體化平臺建設(shè)的需要。在電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)要求的推動下，電力企業(yè)自動化系統(tǒng)一體化平臺的建設(shè)和開放的應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)（如圖1.2）將是今后電力企業(yè)自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
三、EMS新技術(shù)和發(fā)展趨勢
隨著計算機(jī)領(lǐng)域計算機(jī)硬件技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Internet技術(shù)的發(fā)展，以及電力企業(yè)電力市場化進(jìn)程的不斷加快，作為適應(yīng)電力企業(yè)新的業(yè)務(wù)（電力市場）和一體化建設(shè)（EMS/TMR/TMS或EMS/TMR/DMS）需求的EMS系統(tǒng)支撐平臺和EMS應(yīng)用軟件必然采用如下新的技術(shù)：
（1）CORBA中間件平臺技術(shù)
CORBA技術(shù)作為對象管理組織（OMG）推出的軟件系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，自九十年代初提出第一版以來，作為解決分布式異構(gòu)環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)互連和互操作的標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)被眾多的廠家和用戶所接受，并成為新一代EMS系統(tǒng)應(yīng)用軟件互操作和與其它系統(tǒng)進(jìn)行透明操作和數(shù)據(jù)共享的軟件平臺標(biāo)準(zhǔn)。由于CORBA獨立于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、獨立于編程語言、獨立于軟硬件平臺，因而成為目前最有生命力的跨平臺技術(shù)。特別是OMG組織1998年公布了CORBA2.3版之后，CORBA技術(shù)日臻完善。目前CORBA3.0版本已經(jīng)推出并應(yīng)用于眾多的中間件產(chǎn)品中。遵循CORBA標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的EMS中間件平臺，能夠更容易滿足企業(yè)自動化系統(tǒng)一體化應(yīng)用集成的需要。
（2）公用信息模型（CIM）
為使EMS應(yīng)用軟件之間的交互正確無誤，需要對交換的數(shù)據(jù)信息達(dá)成一致，即提供標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)級的模型和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口（APLs）。國際電工委員會近十年逐漸完善了能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口標(biāo)準(zhǔn)和模型定義工作，并號召ＥＭＳ生產(chǎn)廠家積極采用（兼容）該標(biāo)準(zhǔn)。在IEC　61970的CIM部分給出了電力對象的確切定義和域描述。
CIM定義為提供用于電、水、氣工業(yè)的生產(chǎn)、傳輸、分配、市場和零售系統(tǒng)相互操作和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)對象。在電力行業(yè)，CIM定義了電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對象模型，用于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)工程、規(guī)劃、管理、運行和商務(wù)等應(yīng)用的開發(fā)和集成，它提供了描述電力對象及其關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)。CCAPI的CIM 部分提交給IEC形成了IEC　61970的三個部分。在IEC　61970中，CIM用統(tǒng)一建模語言（UML）描述，對象用公共類、屬性及對象間的關(guān)系來描述，對象之間的靜態(tài)關(guān)系有：聚集、歸一化和關(guān)聯(lián)。為方便起見，CIM 被劃分為許多子系統(tǒng)或包，包括：核心包、拓?fù)浒�、電網(wǎng)包、保護(hù)包、量測包、負(fù)荷模型包、發(fā)電包、域包、能量計劃包、備用包、資產(chǎn)包和SCADA包等。
各個EMS應(yīng)用內(nèi)部可以有各自的信息描述，但只要在應(yīng)用程序（或構(gòu)件）接口語義級上基于公共的信息模型，不同廠商開發(fā)的應(yīng)用程序或不同系統(tǒng)的應(yīng)用軟件間就可以以同樣的方式（如XML）訪問公共數(shù)據(jù)，實現(xiàn)正確的信息交換。
公用信息模型的采用將使EMS真正走向開放和標(biāo)準(zhǔn)化，使企業(yè)的自動化系統(tǒng)一體化平臺的建設(shè)有了共同遵循的國際標(biāo)準(zhǔn)。
（3）可視化技術(shù)
隨著計算機(jī)技術(shù)和電網(wǎng)安全分析技術(shù)的發(fā)展，可視化的在線監(jiān)控軟件已經(jīng)成為調(diào)度員和電力市場交易員的迫切需求，可視化技術(shù)的應(yīng)用，可以將傳統(tǒng)的用數(shù)字、表格等方式表達(dá)的離線信息，轉(zhuǎn)換為通過先進(jìn)的圖形技術(shù)、顯示技術(shù)表達(dá)的圖形信息，例如潮流的可視化技術(shù)、電壓穩(wěn)定的可視化技術(shù)、暫態(tài)穩(wěn)定安全域的可視化技術(shù)、負(fù)荷預(yù)測的可視化技術(shù)、電力市場電量競價計劃的可視化安全分析技術(shù)等，將電力系統(tǒng)的潮流、電壓穩(wěn)定域、不穩(wěn)定區(qū)域和暫態(tài)穩(wěn)定域用形象直觀的可視圖形表達(dá)，能夠更加滿足運行人員監(jiān)視、控制的需要。
（4）電力市場交易與安全分析一體化的技術(shù)
隨著電力市場的發(fā)展，EMS作為電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)的一個有機(jī)組成部分，除了承擔(dān)傳統(tǒng)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制任務(wù)外，其EMS應(yīng)用軟件作為電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)的有機(jī)組成部分將更多的承擔(dān)電力市場交易的電網(wǎng)安全分析任務(wù)，從而改變了傳統(tǒng)EMS的工作領(lǐng)域，要求對眾多的ＥＭＳ應(yīng)用軟件的接口和分析技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計，即EMS/電力市場應(yīng)用軟件的統(tǒng)一設(shè)計，分別實施。電力市場交易與安全分析一體化的設(shè)計為安全、經(jīng)濟(jì)的電力市場的開展提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
（5）Internet信息服務(wù)技術(shù)
Internet不但為遠(yuǎn)程維護(hù)提供了全新的手段，而且將傳統(tǒng)的電網(wǎng)參數(shù)和實時SCADA的數(shù)據(jù)瀏覽擴(kuò)展到AGC功能、EMS應(yīng)用功能（狀態(tài)估計、安全分析、最優(yōu)潮流等）的瀏覽，使得EMS應(yīng)用軟件的實用化水平的提高得到了進(jìn)一步的保證，延伸了EMS系統(tǒng)的對外窗口，進(jìn)一步提高了EMS系統(tǒng)的服務(wù)水平。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高和網(wǎng)絡(luò)速度的加快，網(wǎng)上遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)將會得到進(jìn)一步的發(fā)展，Internet將會提供更全面的信息服務(wù)。
四、結(jié)語
隨著計算機(jī)硬件技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Internet技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)涌現(xiàn)了大量應(yīng)用新技術(shù)，其中包括國際流行的CORBA中間件平臺技術(shù)、公用信息模塊（CIM）技術(shù)、可視化技術(shù)、電力市場交易與安全分析一體化的技術(shù)、Internet信息服務(wù)技術(shù)等。新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，兼具開發(fā)性與擴(kuò)展性，并符合未來電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的需求。
 

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