对电力系统调度自动化技术探讨

对电力系统调度自动化技术探讨
何伟鹏
摘　要：笔者综述了目前电网调度自动化系统技术中的现状及未来发展趋势进行分析，并对电网调度自动化系统的未来需求和发展方向进行了有益的探索，与供参考。
关键词：电力系统　调度自动化发展方向
一、技术背景
能量管理系统（EMS）是一套为电力系统控制中心提供数据采集、控制、监视和优化，为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称，它包括为上层电力应用提供服务的支撑软件平台和为发电和输电设备安全监视和控制、经济运行提供支持的电力应用软件，其目的是用最小成本保证电网的供电安全性。
到目前为止，电网能量管理系统的发展已经历经三代，第一代系统为70年代基于专用机和专用操作系统的SCADA系统，第二代系统为80年代基于通用计算机和集中式的SCADA/EMS系统，部分EMS应用软件开始进入实用化，第三代系统为90年代基于RISC/UNIX的开放分布式EMS系统（含SCADA应用），采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术，EMS应用软件更加丰富和完善，第三代系统已经有十几年的发展历史。
随着电力系统新技术的发展和以安全为主的一体化经营的电力生产、输送、分配和消费过程，逐步走向以安全和经济为同等目标的开放电力市场的要求，第四代基于INTERNET技术、面向对象技术、通信中间件和数据库中间件技术、Internet技术，统一考虑能量管理系统、电力市场技术支持系统、电能量计量系统需求的EMS/TMR/TMS一体化平台建设的基础条件已经成熟。
二、电力企业应用系统互连现状
电力企业应用系统互连、数据共享、软件互操作是开放性系统发展和建设的趋势。随着计算机软硬件技术的飞速发展和电力企业自动化需求的不断提高，电力企业自动化系统产品的不断更新和换代，目前的电力企业自动化水平有了显著的提高，大多数电力企业或多或少的配备或正在建设以下实时或非实时系统（R/NR），如EMS系统（R/NR）、TMR系统（R/NR）、TMS系统（R/NR）、DMS系统（R/NR）、企业资源规划（ERP）系统（NR）、AM/FM/GIS系统（NR）、MIS系统（NR）等，这些系统分别承担着电力企业的输配电网运行和控制、维护、管理、规划、用户服务、计划编制等任务，根据建设的时间和服务的领域不同，目前这些系统具有以下共同的异构特征：
（1）多种计算机硬件平台，包括SUN、COMPAQ、IBM、HP等公司的UNIX服务器、UNIX工作站和一系列的PC机等；
（２）多种操作系统平台，包括Solaris UNIX、Tru64 UNIX、AIXUNIX、NT、LIN UX等；
（3）多种商用数据库平台，包括Oracle、Sybase、DB2、SQL Server等；
（4）多种构件技术，包括公用对象请求代理体系结构（CORBA）技术、分布式公用对象管理（DCOM）技术、企业JavaBean（EJB）技术；
（5）大型主机模式、客户/服务器（C/S）模式、Wed浏览器/服务器（b/s）模式；
（6）多种开发语言，如C、C＋＋、Java、Power Builder等。
为了使不同厂家、不同时期建设的电力企业自动化应用系统能够做到数据共享、软件互连，目前国内系统通常的做法是：1）跨部门收集各个应用系统的数据；2）根据需要开发点对点的系统接口（如图1.1所示）。以上方法缺点是缺乏一种标准的数据库访问接口，同时新建的系统虽然暂时避免了成为“自动化系统的孤岛”，但是不会建立一种企业自动化系统共享的、高效的分布式数据平台，其结果是给未来的电力市场或数据仓库的建立，创建了更多的“自动化孤岛”。

电力企业应用系统互连现状
电力企业一体化系统的建设包括两层的含义，一是数据一体化，即企业的众多系统的数据模型接合到一个较小的、更合理的使其能够提供决策支持的数据集合；二是提供一种公用的方法进行自动通讯。虽然我们通过创建一个中心数据库使CIM能够与所有的应用程序连接，但这是一种脆弱的和不能伸缩的解决方案。我们可以用CORBA 或DCOM 连接遗留的应用程序，但是这些技术要求一种公用的安全领域的内容、功能调用协定、二进制数据类型和一种定位和激活远程应用程序的方式。特别是通用的CORBA或DCOM 技术不能满足实时EMS、DMS数据一致性的要求。
电力企业自动化系统一体化要求建立应用程序的封装层，如图1.2所示，封装是以一种与公用的方法兼容的方式暴露被封装的应用程序的功能。这种方法的最重要的好处是它的技术核心和遗留的应用程序不必重新编写。

图1.2　一体化应用系统的互连趋势
随着CORBA/DCOM标准和技术的不断发展，以及IEC 61970CIM/CIS标准的不断丰富和完善，新一代电力企业自动化系统（EMS、TMR、TME、DMS、RDS、AM/FM/GIS等）的建设必须考虑到系统一体化平台建设的需要。在电力市场技术支持系统要求的推动下，电力企业自动化系统一体化平台的建设和开放的应用系统的建设（如图1.2）将是今后电力企业自动化系统发展的趋势。
三、EMS新技术和发展趋势
随着计算机领域计算机硬件技术、通信技术、数据库技术、Internet技术的发展，以及电力企业电力市场化进程的不断加快，作为适应电力企业新的业务（电力市场）和一体化建设（EMS/TMR/TMS或EMS/TMR/DMS）需求的EMS系统支撑平台和EMS应用软件必然采用如下新的技术：
（1）CORBA中间件平台技术
CORBA技术作为对象管理组织（OMG）推出的软件系统开发标准，自九十年代初提出第一版以来，作为解决分布式异构环境下应用系统互连和互操作的标准目前已经被众多的厂家和用户所接受，并成为新一代EMS系统应用软件互操作和与其它系统进行透明操作和数据共享的软件平台标准。由于CORBA独立于网络协议、独立于编程语言、独立于软硬件平台，因而成为目前最有生命力的跨平台技术。特别是OMG组织1998年公布了CORBA2.3版之后，CORBA技术日臻完善。目前CORBA3.0版本已经推出并应用于众多的中间件产品中。遵循CORBA标准开发的EMS中间件平台，能够更容易满足企业自动化系统一体化应用集成的需要。
（2）公用信息模型（CIM）
为使EMS应用软件之间的交互正确无误，需要对交换的数据信息达成一致，即提供标准的元数据级的模型和标准应用程序接口（APLs）。国际电工委员会近十年逐渐完善了能量管理系统的应用程序接口标准和模型定义工作，并号召ＥＭＳ生产厂家积极采用（兼容）该标准。在IEC　61970的CIM部分给出了电力对象的确切定义和域描述。
CIM定义为提供用于电、水、气工业的生产、传输、分配、市场和零售系统相互操作和应用的标准对象。在电力行业，CIM定义了电力工业标准对象模型，用于电力系统的数据工程、规划、管理、运行和商务等应用的开发和集成，它提供了描述电力对象及其关系的标准。CCAPI的CIM 部分提交给IEC形成了IEC　61970的三个部分。在IEC　61970中，CIM用统一建模语言（UML）描述，对象用公共类、属性及对象间的关系来描述，对象之间的静态关系有：聚集、归一化和关联。为方便起见，CIM 被划分为许多子系统或包，包括：核心包、拓扑包、电网包、保护包、量测包、负荷模型包、发电包、域包、能量计划包、备用包、资产包和SCADA包等。
各个EMS应用内部可以有各自的信息描述，但只要在应用程序（或构件）接口语义级上基于公共的信息模型，不同厂商开发的应用程序或不同系统的应用软件间就可以以同样的方式（如XML）访问公共数据，实现正确的信息交换。
公用信息模型的采用将使EMS真正走向开放和标准化，使企业的自动化系统一体化平台的建设有了共同遵循的国际标准。
（3）可视化技术
随着计算机技术和电网安全分析技术的发展，可视化的在线监控软件已经成为调度员和电力市场交易员的迫切需求，可视化技术的应用，可以将传统的用数字、表格等方式表达的离线信息，转换为通过先进的图形技术、显示技术表达的图形信息，例如潮流的可视化技术、电压稳定的可视化技术、暂态稳定安全域的可视化技术、负荷预测的可视化技术、电力市场电量竞价计划的可视化安全分析技术等，将电力系统的潮流、电压稳定域、不稳定区域和暂态稳定域用形象直观的可视图形表达，能够更加满足运行人员监视、控制的需要。
（4）电力市场交易与安全分析一体化的技术
随着电力市场的发展，EMS作为电力市场技术支持系统的一个有机组成部分，除了承担传统的电网数据采集、监视和控制任务外，其EMS应用软件作为电力市场技术支持系统的有机组成部分将更多的承担电力市场交易的电网安全分析任务，从而改变了传统EMS的工作领域，要求对众多的ＥＭＳ应用软件的接口和分析技术进行重新设计，即EMS/电力市场应用软件的统一设计，分别实施。电力市场交易与安全分析一体化的设计为安全、经济的电力市场的开展提供了可靠的技术基础。
（5）Internet信息服务技术
Internet不但为远程维护提供了全新的手段，而且将传统的电网参数和实时SCADA的数据浏览扩展到AGC功能、EMS应用功能（状态估计、安全分析、最优潮流等）的浏览，使得EMS应用软件的实用化水平的提高得到了进一步的保证，延伸了EMS系统的对外窗口，进一步提高了EMS系统的服务水平。同时，随着网络带宽的提高和网络速度的加快，网上远程教育系统将会得到进一步的发展，Internet将会提供更全面的信息服务。
四、结语
随着计算机硬件技术、通信技术、数据库技术、Internet技术的发展，电网调度系统涌现了大量应用新技术，其中包括国际流行的CORBA中间件平台技术、公用信息模块（CIM）技术、可视化技术、电力市场交易与安全分析一体化的技术、Internet信息服务技术等。新一代电网调度自动化系统应满足国际标准，兼具开发性与扩展性，并符合未来电网调度自动化系统安全生产和经济调度的需求。