電網運行與電力營銷的信息化管理

2013-12-20 10:52:17 電力信息化　點擊量：評論 (0)

摘　要：當前，電網調度自動化正面臨著信息技術蓬勃發展和電網管理機制由壟斷經營走向開放市場的變革時期。文章在介紹電網調度自動化發展過程的基礎上，就信息技術和電力市場對電網調度自動化的影響進行了分析。

摘　要：當前，電網調度自動化正面臨著信息技術蓬勃發展和電網管理機制由壟斷經營走向開放市場的變革時期。文章在介紹電網調度自動化發展過程的基礎上，就信息技術和電力市場對電網調度自動化的影響進行了分析。最后，對面向電力市嘗集在線實時運行和離線營銷管理于一體的能量信息系統(EIS)進行了討論。

關鍵詞：信息技術電力市場電網調度自動化能量信息系統
　　
　　1電網調度自動化的發展
　　電網調度自動化的技術裝備，隨技術的進步和電網管理機制的變動而不斷更新換代。

　　就技術進步而言，電網調度自動化的技術裝備已從50年代的遠動化、70年代的遠動+計算機技術、80年代開始的由計算機和通信技術組成的SCADA/EMS/DMS系統。其應用領域也從遠動化的“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調）、安全監控SCADA系統到能量管理系統(EMS)和配電管理系統(DMS)。

　　當前，標志著技術進步的EMS高級應用軟件，正從傳統的自動發電控制、狀態估計、安全分析、調度員潮流等向動態和優化方向發展，如在線穩定、優化潮流以及包括有動態特性的調度員培訓模擬等，并已突破上述精確解的范疇，進入了開發專家系統、模糊控制、神經網絡等智能型應用軟件的新領域。

　　配電管理系統(DMS)的應用發展也很快，傳統上以單項自動化林立為特征的“多島自動化”，如SCADA系統、負荷控制系統、配電管理系統、電量計費系統、環網故障識別和恢復供電系統等正在走向系統集成。用于離線輸電、變電、配電、用電管理的地理信息系統(GIS)，現已可提供在線服務，并與全球衛星定位系統(GPS)相結合發展了流動作業管理系統(MCMS)，有效地承擔了正常運行中計劃檢修、停電管理中的排除故障以及用戶報裝中的業擴施工等任務。

　　至于電網管理機制的變動問題，莫過于當前電力市場的興起了。
　　應該說，從賣出第一度電起電力的交易就開始了。即使在廠網壟斷經營時期、技術進步發展到SCADA/EMS系統的階段，EMS高級應用軟件中也包含有關電力交易的程序。如滿足負荷預報、水電計劃、聯絡線交易、檢修計劃、發電儲備要求以及電力系統安全的開停機計劃(UC,unitcommitment)，協調水火電機組在24h或長達一周期間內發電的水火電計劃(HTS,hydro-thermalscheduling)，在滿足系統總要求下向系統外售電的交換計劃(IS,interchangescheduling)，負責發電的調度員在不修正原先制定的開停機計劃情況下,和鄰網電力公司進行功率交換交易的A類電費估價(EAP,economyApricing)，需對原先制定的開停機計劃加以修正、用來評估和鄰網電力公司進行聯絡線功率交換交易時經濟上和運行上是否可行的B類電費交易(EBT,economyBtransaction)等。

　　可見，主要任務在于保證網內安全、經濟、優質運行的能量管理系統，還承擔網際聯絡線之間的能量（關口電量）交易。但這些交易軟件反映的是電力公司壟斷經營的特點，如開停機計劃是以總的生產費用最小為目標函數，而不象開放的電力市場那樣需要考慮參與交易各方的歲入利益。

　　1985年，筆者隨“四大網”調度自動化代表團參觀位于瑞士勞芬堡的西歐聯調中心時，就曾見到彼此透明而實時進行的關口電量交易。當時的西歐聯合電網包括奧地利、比利時、西德、法國、意大利、南斯拉夫、西班牙等10國,并通過海底電纜（直流）與英國相聯。聯網以后提高了全網的可靠性和頻率質量，降低了備用容量和發電成本，事故時還可以起到相互支援的作用。勞芬堡電力公司(EGL)為瑞士6家電力公司之一，具有較為實用的能量管理系統。它對內起瑞士國家調度中心的作用，對外承擔西歐聯調的任務，主要就是算帳。

各國電網每天僅將送變電關系向EGL報告，輸送功率的電費雙方商定，但價錢并不告訴EGL。EGL每天作出24h以后的送受電日計劃，向網下達。以后任務就是監視聯絡線功率，控制由各公司自己負責。如果計劃輸送功率與實際輸送功率有差額，則按合同罰款；如系故障時的相互支援，則在次日同時償還（如遇周末則在下一周末的同時償還）。

　　我國在“四大網”能量管理系統引進時，主要引進SCADA/AGC和EMS的支撐軟件，EMS的應用軟件由自己開發。但自動發電控制(AGC)中已包括聯絡線量測（tielinemeasurement）和交易計劃（transactionscheduling）功能，只是由于商業化運營條件尚不具備而未使用。

　　電力壟斷經營時期，電力公司和廣大用戶的關系主要反映在單向聯系的電量計費系統上，不存在雙向通信的交易問題。

　　電網調度自動化的發展與技術進步和電網管理機制密切相關。
　　(1)從技術的進步來看，電網調度自動化發展到當前的SCADA/EMS/DMS，已與計算機和通信技術密不可分了。而且，國外某些EMS/DMS開發廠家的興衰史還表明，超越計算機和通信技術的發展單獨去開發必然事倍功半，甚至以失敗告終。反過來如不緊跟計算機和通信技術的發展，就將失去大量市常當代計算機和通信技術發展的標志，就是以信息的有效使用和高度共享為特征的信息技術(IT，informationtechnology)。
信息來源:www.365zhanlan.com

　　(2)從電網管理機制的變動來看，和技術進步不同，面臨著從壟斷經營走向開放市場的變革時期。放開傳統上按電網規律進行的管理(de-regulation)，而引入市場競爭機制的電力市場(powermarket)，不僅影響對傳統EMS/DMS的改造和新應用的開發，而且重要的是將突破電網調度自動化傳統的世襲陣地，在電力市場的帶動下，把傳統上屬于在線運行的電網調度自動化和離線的營銷管理統一起來。

　　信息技術和電力市場的綜合作用，必將推動傳統EMS/DMS的變革，向集電網運行和電力營銷于一體的信息化管理方向發展。

　　 2電力行業中的信息技術
　　計算機和通信技術(含GPS)的發展，導致信息時代的到來，已眾所周知。但信息技術進入電力行業，從離線信息管理、在線穩態識別，直到捕捉瞬變過程，覆蓋日常管理的管理信息系統(MIS)、地理信息系統(GIS)、電力市場所需的開放訪問同時信息系統(OASIS)以及電網運行的實時信息系統，全面反映電力行業的信息化特點，卻并不廣為人知。

　　電力行業中的信息技術，可概括為實時信息、準實時信息和管理信息。它們依靠通信、GPS和計算機技術來實現信息的傳送、同步、管理和應用。
　　2.1實時信息
　　電網實時運行的電工信息(如電流、電壓、有功、無功、電度、頻率等)，是調度管理、EMS/DMS分析計算和能量交易的基矗

　　這些純屬物理量的電工信息，早期都是通過變送器進入信息技術領域的。現在，隨著數字信號處理技術(DSP)在電力系統中的應用，它們可通過對電流電壓波形直接采樣、傅立葉變換分析和計算出電工參數直接進入信息技術領域。

　　信息技術的特點是信息的有效利用和高度共享。DSP在電力系統中的應用，充分反映了信息化的這一特點。

電力系統中的各種綜合自動化，首先是從遠動專業免變送器RTU的問世開始的。免變送器RTU的問世，不僅使隨一次設備分散布置的分散式RTU很快地發展起來，而且還提供了強有力的功能綜合優化手段。如電壓、功率和電度的測量，以前需要通過3種不同的變送器來實現，而免變送器RTU通過直接交流采樣和分析計算，不僅可以得出電壓、有功無功功率和有功無功電度，還可分出基波諧波值，進一步計算出功率因數、頻率及零序負序參數等。同理，變電站各種繼電保護和重合閘、故障測距、故障錄波等傳統自動裝置，也可通過交流采樣和分析計算而實現保護和各種自動裝置功能的綜合，并與分散布置的免變送器RTU單元和承擔變電站級監控及軟件閉鎖的中央單元一起，組成變電站的自動化。

　　當前，類似的綜合自動化正處于發展之中。如面向電力市場的集量測、負控、計量、通信、結算于一體的電量計費系統，配電系統集量測、控制、保護和自動裝置于一體的環網故障識別及恢復供電系統，輸電系統集測量、同步、監控于一體的線路功角監控系統等。

　　此外，通過小波變換取代傅立葉變換，DSP的應用已從識別和攝取電工穩態波形進入到識別和捕捉瞬變過程，開拓了電力系統動態過程進入信息技術的新局面。小波變換的應用已在行波測距中取得了誤差僅100m的成績，目前正向動態保護的方向發展。

　　2.2準實時信息
　　電網實時運行的電工和計量信息，除提供電網調度運行管理以及EMS/DMS分析計算以保證電網的安全經濟和質量的運行外，還必須提供給日常管理和能量交易使用。

　　為了確保實時系統運行的絕對安全，管理和交易所需的實時信息，一般是通過信關定時(如電工信息每1min、計量信息每15min)由實時數據庫轉儲到管理數據庫，故稱為準實時信息。有關的管理/交易服務器和工作站，只能訪問管理數據庫中的準實時信息而不能直接訪問實時數據庫。

　　因此，從管理工作站電網接線圖上看到的實時信息，相當于最近的歷史數據，較調度工作站上看到的稍有延遲。但重要的實時信息均帶有秒級誤差的實時時標(如電量計費系統中的計量信息)，并不影響實際的應用。
　　電力市場中，有關交易各方都能通過電網經營企業所建立的開放訪問同時信息系統(OASIS)，訪問所需的電網輸電信息、查閱電網可輸容量和輸電儲備實況等。這里，大量使用的就是這種準實時信息。

　　2.3管理信息
　　電力行業中，使用管理信息和媒體類型較多的是供用電系統。包括含輸變配用電管理、營銷服務和檢索決策在內的管理信息系統，支持自動繪圖、設備管理、負荷預測、規劃設計、流動作業和投訴熱線處理的地理信息系統，面向地區小水火電和配電市場支持網絡交易的能量交易系統，辦公自動化，以及監視無人值班站、支持電話電視會議的圖象音響服務等。

　　內聯網/因特網(intranet/internet)不僅可以取代或集成傳統的管理信息系統(MIS)、地理信息系統(GIS)和辦公自動化(OA)，而且還有力地支持電力市場的ETS。此外，基于因特網技術的應用于企業信息管理、能量交易和交換平臺的企業內聯網，還具有技術成熟、投資較孝收效較快、易于實施等特點。

　　企業內聯網的數據服務器，定時接收實時系統轉儲過來的準實時信息，用以支持日常管理和能量交易。

　　 3電力市場的實時運行和營銷管理
　　電力市場對參與交易的各方應提供“公平、公正、公開”的競爭環境。該市場交易的是以電網安全運行為基礎的電力產品，具有發、供、用同步完成的特點。隨電網實時運行的電量計費系統和通過網絡交易的營銷管理系統也包含有實時運行和網絡管理兩個方面。

　　因此，這就決定了支持市場交易的能量交易系統和保證電網安全運行的能量/配電管理系統應該分設，有關的電網實時運行信息和電力營銷交易信息又必須實現高度共享。

　　可供交易各方使用的能量交易系統(ETS)，一般包括交易、信息、分析幾個部分。

　　(1)交易子系統能支持各種主流的能量市場模型。如基于電子商務的開放市嘗基于供需優化匹配服務的封閉市嘗基于供方主動的拍賣市場和基于供需直接談判的雙邊談判市場等。

　　交易系統支持每時、每天、每周和每月的能量交易計劃，以及有關權威方面和電網經營企業所指定的能量產品（含輔助服務交易），并允許部分交易和取消已建交易。

　　交易過程中，分別對買賣雙方提供實時刷新的市場監視畫面，使交易者能夠監視交易中的各個方面，并可通過鼠標方便地獲取要價、出價或有關交易的完整信息。

　　一旦買賣成交或類似要求交易者注意的事件發生，即可通過可視和音響報警通知交易人。并形成交易流程報告，以便交易者對其交易活動進行回顧和小結。

　　最后，對所有交易提供會計結算服務。自動生成帳單，分項列出所有的交易參數，如買方帳單、支付賣方費用、輸電費用等，并自動通過E-mail通知買賣雙方。

　　可見，交易子系統是一個處理交易的電力營銷管理系統。
　　(2)信息子系統除收集、整理和顯示交易信息外，用戶還可通過本系統訪問有關的信息源以支持他們的交易活動，而無需每次注冊訪問。
　　這里，主要是來自電網實時運行系統(OASIS)所提供的電網運行信息、計量信息及可輸容量數據等。

　　為了兼顧OASIS的公開和安全，交易者應事先對OASIS提出申請，建立和分配交易注冊標志，才能參與交易、共享有關電網運行和電力交易信息。

　　信息子系統實時提供各方報價的一覽數據，要價出價分列、并按優價優先排序，幫助交易者選擇合適的價格。以近乎實時速度刷新市場指數，按不同時段和峰谷情況對買方、賣方和交易之間的報價和能量數據進行分項顯示。

　　通過鼠標操作，可以方便地訪問來自開放電網同時信息系統的在線“輸電減載”報告和“可輸容量”數據；查閱ETS上各公司和聯營電網的電價模型。交易完成時，系統將繼續監視下一時段各交易公司的計劃報告。由于商業、法律或其他原因，用戶不想與某些交易人進行商業活動時，可以斷開（必要時還可接上）和他們的聯系。

　　可見，信息子系統負責溝通電網運行的實時信息和電力營銷的管理信息。

　　(3)分析子系統電力產品“發供用同步完成”的特點，決定了電力營銷和電網運行的不可分性。買賣雙方的電力交易是否可行，與電網運行的狀況密切相關。因此，交易各方都需要根據從OASIS得到的電網信息，使用一些與交易有關的分析工具，藉以提高成交的可能性和自已的競爭能力。

　　這些分析程序名目繁多，在能量交易環境下運行的應用程序主要是“阻塞管理程序”和“輔助服務程序”。阻塞管理程序用以識別那些對電網潮流極為敏感的交易。此時，程序通知暫停交易，并提出另一不致引起過負荷的交易機會。輔助服務程序支持運行和旋轉備用、系統調控等開放市場的輔助服務，以及優化實施這些服務所需的工具軟件。

　　其他的分析程序還有：提供1～168h高精度的負荷預報值的“短期負荷預報程序”；提供電網任何兩點之間價格最低的優化路徑，并詳細列出路徑各段的費用和網損的“輸電路徑優化程序”；根據用戶意愿選擇最好的售主，用以優化交易過程的“招標自動匹配程序”；根據市場當前場景執行模擬交易“what-if”分析，通過“沖突計算程序”評價阻塞和可輸容量情況下各種交易的沖突情況，并選擇電網經營企業“輸電減載”報告生效后存活率最大的交易方案，以及幫助交易人在使用能量期貨時減少價格風險，在交易執行中減少未交付風險的“風險管理程序”等。

　　可見，分析子系統同時要用到電網運行的實時信息和電力營銷的管理信息。

　　此外，ETS與EMS在能量交易環境下的應用分析軟件，數據同出一源、方法亦可共用(有的目標函數和約束條件不同)。如ETS的“阻塞管理”和電網經營企業在阻塞情況下提出的“輸電減載”報告，都是采用優化潮流的方法來解決過負荷問題。因此，ETS分析應用軟件的開發和EMS應用軟件的改造既可分別進行，也可由同一開發廠家來完成。

　　 4電網運行和電力營銷的信息化管理
　　信息技術和電力市場的推動，產生了集電網運行和電力營銷于一體的信息化管理系統。該系統不僅當前可以采用技術成熟、投資較孝收效較快、易于實施的企業內聯網，今后還可隨著信息技術的發展而發展。

　　集電網運行和電力營銷于一體的信息化管理系統，按信息的“分類、分層、分布”原則設計，最大限度地實現信息的有效使用和高度共享。

　　如第2節分析的那樣，電力行業中的信息主要分為實時信息和管理信息兩大類。其中，管理信息包括支持管理的準實時信息和網際交互的通信信息。一般說來，面向電網運行的實時信息通過自動化而獲得，而管理信息由人工錄入或通過計算機加工而成。

　　信息的分類不僅反映響應時間的不同，所采取的安全措施亦各有特色。存于實時數據庫中的共享信息具有數據雙重化、廣播傳送時的“兩步提交”等安全措施。并通過信關定時將管理所需的實時信息送至管理數據庫，嚴格控制信息的反向傳送，以確保電網實時運行的高度安全。至于網際通信所需的實時信息只能由管理數據庫控制轉發，并使用防火墻進行信息過濾，確保管理信息的安全運行。

　　信息的分層和分布，與運行和管理機制有關。但信息的有效使用和共享程度，將反映出信息化管理水平的高低。下面以含有小水火電上網、兼有EMS/DMS功能的地區級供電網為例分析此問題。

　　如電網運行實時系統，主站以下一般按高壓變電站RTU（兼作饋線自動化二級主站)、中壓開閉所/饋線FTU、低壓配變臺區多功能表計AMR（含通過表計的需量監控實現負荷控制）分層，同層則隨地域不同而分布。但如電網規模較大，就會出現是否在變電站之上增設基地站、市調之下增設配調等問題。

　　特別是在電力市場的推動下，電網運行的實時信息和電力營銷的管理信息要求準實時共享，計量信息來自網際關口、上網小水火電和大中小用戶等多種渠道。實時信息和管理信息的合理組織及優化，將直接影響到自動化系統和管理機制的效率及安全。因此，對信息化管理的研究顯得就很重要。實際上，我國有的地區級供電網已開始對這方面的問題進行研究了。

　　 5結語
　　(1)電網調度自動化隨技術的進步和電網管理機制的變動而不斷更新換代，開發新的應用，當前正面臨著信息技術蓬勃發展和放開常規管理機制的變革時期。

　　(2)電力工業的發展，無論是電網的實時運行和電力的營銷管理均已進入信息技術領域。

　　(3)代表當代信息技術水平，支持多媒體信息、具有多種功能并能方便集成各類現有系統的內聯網/因特網技術，完全能夠覆蓋電力行業企業管理和營銷服務的各種應用，并具有技術成熟、投資較孝收效較快、易于實施等特點。

　　(4)基于網絡交易的電力市場，促成了電網實時運行和電力營銷管理支持系統的分設和信息的有機結合，并要求實現準實時級的信息共享,推動了集電網運行和電力營銷于一體的“信息化管理”的發展。電力市場的OASIS，就兼具有電網運行實時信息和電力營銷管理信息，但為了市場的公平競爭，突出強調了“同時”的原則。

　　(5)基于內聯網/因特網技術，實現電網實時運行和電力營銷管理的信息化管理，較好地解決了電網實時運行和電力營銷管理的“分設”和“結合”問題。特別是地區級供電網，實時計量和營銷管理任務繁重，實施信息化管理將有力地提高企業的管理水平。今后，隨著信息技術的發展而發展，還可收到“事半功倍”和“水漲船高”之效。

　　作者簡介：王明俊中國電力科學研究院咨詢。
　　作者單位：中國電力科學研究院,100085北京清河
　　 6參考文獻
　　1王明俊,傅書惕,吳玉生.面向對象設計的開放式能量管理系統.北京：中國電力出版社,1997
　　2王明俊,于爾鏗,劉廣一.配電系統自動化及其發展.北京：中國電力出版社,1998
　　3于爾鏗,韓放,謝開etal.電力市場.北京：中國電力出版社,1998