电网运行与电力营销的信息化管理

2013-12-20 10:52:17 电力信息化　点击量：评论 (0)

摘　要：当前，电网调度自动化正面临着信息技术蓬勃发展和电网管理机制由垄断经营走向开放市场的变革时期。文章在介绍电网调度自动化发展过程的基础上，就信息技术和电力市场对电网调度自动化的影响进行了分析。

摘　要：当前，电网调度自动化正面临着信息技术蓬勃发展和电网管理机制由垄断经营走向开放市场的变革时期。文章在介绍电网调度自动化发展过程的基础上，就信息技术和电力市场对电网调度自动化的影响进行了分析。最后，对面向电力市尝集在线实时运行和离线营销管理于一体的能量信息系统(EIS)进行了讨论。

关键词：信息技术电力市场电网调度自动化能量信息系统
　　
　　1电网调度自动化的发展
　　电网调度自动化的技术装备，随技术的进步和电网管理机制的变动而不断更新换代。

　　就技术进步而言，电网调度自动化的技术装备已从50年代的远动化、70年代的远动+计算机技术、80年代开始的由计算机和通信技术组成的SCADA/EMS/DMS系统。其应用领域也从远动化的“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）、安全监控SCADA系统到能量管理系统(EMS)和配电管理系统(DMS)。

　　当前，标志着技术进步的EMS高级应用软件，正从传统的自动发电控制、状态估计、安全分析、调度员潮流等向动态和优化方向发展，如在线稳定、优化潮流以及包括有动态特性的调度员培训模拟等，并已突破上述精确解的范畴，进入了开发专家系统、模糊控制、神经网络等智能型应用软件的新领域。

　　配电管理系统(DMS)的应用发展也很快，传统上以单项自动化林立为特征的“多岛自动化”，如SCADA系统、负荷控制系统、配电管理系统、电量计费系统、环网故障识别和恢复供电系统等正在走向系统集成。用于离线输电、变电、配电、用电管理的地理信息系统(GIS)，现已可提供在线服务，并与全球卫星定位系统(GPS)相结合发展了流动作业管理系统(MCMS)，有效地承担了正常运行中计划检修、停电管理中的排除故障以及用户报装中的业扩施工等任务。

　　至于电网管理机制的变动问题，莫过于当前电力市场的兴起了。
　　应该说，从卖出第一度电起电力的交易就开始了。即使在厂网垄断经营时期、技术进步发展到SCADA/EMS系统的阶段，EMS高级应用软件中也包含有关电力交易的程序。如满足负荷预报、水电计划、联络线交易、检修计划、发电储备要求以及电力系统安全的开停机计划(UC,unitcommitment)，协调水火电机组在24h或长达一周期间内发电的水火电计划(HTS,hydro-thermalscheduling)，在满足系统总要求下向系统外售电的交换计划(IS,interchangescheduling)，负责发电的调度员在不修正原先制定的开停机计划情况下,和邻网电力公司进行功率交换交易的A类电费估价(EAP,economyApricing)，需对原先制定的开停机计划加以修正、用来评估和邻网电力公司进行联络线功率交换交易时经济上和运行上是否可行的B类电费交易(EBT,economyBtransaction)等。

　　可见，主要任务在于保证网内安全、经济、优质运行的能量管理系统，还承担网际联络线之间的能量（关口电量）交易。但这些交易软件反映的是电力公司垄断经营的特点，如开停机计划是以总的生产费用最小为目标函数，而不象开放的电力市场那样需要考虑参与交易各方的岁入利益。

　　1985年，笔者随“四大网”调度自动化代表团参观位于瑞士劳芬堡的西欧联调中心时，就曾见到彼此透明而实时进行的关口电量交易。当时的西欧联合电网包括奥地利、比利时、西德、法国、意大利、南斯拉夫、西班牙等10国,并通过海底电缆（直流）与英国相联。联网以后提高了全网的可靠性和频率质量，降低了备用容量和发电成本，事故时还可以起到相互支援的作用。劳芬堡电力公司(EGL)为瑞士6家电力公司之一，具有较为实用的能量管理系统。它对内起瑞士国家调度中心的作用，对外承担西欧联调的任务，主要就是算帐。

各国电网每天仅将送变电关系向EGL报告，输送功率的电费双方商定，但价钱并不告诉EGL。EGL每天作出24h以后的送受电日计划，向网下达。以后任务就是监视联络线功率，控制由各公司自己负责。如果计划输送功率与实际输送功率有差额，则按合同罚款；如系故障时的相互支援，则在次日同时偿还（如遇周末则在下一周末的同时偿还）。

　　我国在“四大网”能量管理系统引进时，主要引进SCADA/AGC和EMS的支撑软件，EMS的应用软件由自己开发。但自动发电控制(AGC)中已包括联络线量测（tielinemeasurement）和交易计划（transactionscheduling）功能，只是由于商业化运营条件尚不具备而未使用。

　　电力垄断经营时期，电力公司和广大用户的关系主要反映在单向联系的电量计费系统上，不存在双向通信的交易问题。

　　电网调度自动化的发展与技术进步和电网管理机制密切相关。
　　(1)从技术的进步来看，电网调度自动化发展到当前的SCADA/EMS/DMS，已与计算机和通信技术密不可分了。而且，国外某些EMS/DMS开发厂家的兴衰史还表明，超越计算机和通信技术的发展单独去开发必然事倍功半，甚至以失败告终。反过来如不紧跟计算机和通信技术的发展，就将失去大量市常当代计算机和通信技术发展的标志，就是以信息的有效使用和高度共享为特征的信息技术(IT，informationtechnology)。
信息来源:www.365zhanlan.com

　　(2)从电网管理机制的变动来看，和技术进步不同，面临着从垄断经营走向开放市场的变革时期。放开传统上按电网规律进行的管理(de-regulation)，而引入市场竞争机制的电力市场(powermarket)，不仅影响对传统EMS/DMS的改造和新应用的开发，而且重要的是将突破电网调度自动化传统的世袭阵地，在电力市场的带动下，把传统上属于在线运行的电网调度自动化和离线的营销管理统一起来。

　　信息技术和电力市场的综合作用，必将推动传统EMS/DMS的变革，向集电网运行和电力营销于一体的信息化管理方向发展。

　　 2电力行业中的信息技术
　　计算机和通信技术(含GPS)的发展，导致信息时代的到来，已众所周知。但信息技术进入电力行业，从离线信息管理、在线稳态识别，直到捕捉瞬变过程，覆盖日常管理的管理信息系统(MIS)、地理信息系统(GIS)、电力市场所需的开放访问同时信息系统(OASIS)以及电网运行的实时信息系统，全面反映电力行业的信息化特点，却并不广为人知。

　　电力行业中的信息技术，可概括为实时信息、准实时信息和管理信息。它们依靠通信、GPS和计算机技术来实现信息的传送、同步、管理和应用。
　　2.1实时信息
　　电网实时运行的电工信息(如电流、电压、有功、无功、电度、频率等)，是调度管理、EMS/DMS分析计算和能量交易的基矗

　　这些纯属物理量的电工信息，早期都是通过变送器进入信息技术领域的。现在，随着数字信号处理技术(DSP)在电力系统中的应用，它们可通过对电流电压波形直接采样、傅立叶变换分析和计算出电工参数直接进入信息技术领域。

　　信息技术的特点是信息的有效利用和高度共享。DSP在电力系统中的应用，充分反映了信息化的这一特点。

电力系统中的各种综合自动化，首先是从远动专业免变送器RTU的问世开始的。免变送器RTU的问世，不仅使随一次设备分散布置的分散式RTU很快地发展起来，而且还提供了强有力的功能综合优化手段。如电压、功率和电度的测量，以前需要通过3种不同的变送器来实现，而免变送器RTU通过直接交流采样和分析计算，不仅可以得出电压、有功无功功率和有功无功电度，还可分出基波谐波值，进一步计算出功率因数、频率及零序负序参数等。同理，变电站各种继电保护和重合闸、故障测距、故障录波等传统自动装置，也可通过交流采样和分析计算而实现保护和各种自动装置功能的综合，并与分散布置的免变送器RTU单元和承担变电站级监控及软件闭锁的中央单元一起，组成变电站的自动化。

　　当前，类似的综合自动化正处于发展之中。如面向电力市场的集量测、负控、计量、通信、结算于一体的电量计费系统，配电系统集量测、控制、保护和自动装置于一体的环网故障识别及恢复供电系统，输电系统集测量、同步、监控于一体的线路功角监控系统等。

　　此外，通过小波变换取代傅立叶变换，DSP的应用已从识别和摄取电工稳态波形进入到识别和捕捉瞬变过程，开拓了电力系统动态过程进入信息技术的新局面。小波变换的应用已在行波测距中取得了误差仅100m的成绩，目前正向动态保护的方向发展。

　　2.2准实时信息
　　电网实时运行的电工和计量信息，除提供电网调度运行管理以及EMS/DMS分析计算以保证电网的安全经济和质量的运行外，还必须提供给日常管理和能量交易使用。

　　为了确保实时系统运行的绝对安全，管理和交易所需的实时信息，一般是通过信关定时(如电工信息每1min、计量信息每15min)由实时数据库转储到管理数据库，故称为准实时信息。有关的管理/交易服务器和工作站，只能访问管理数据库中的准实时信息而不能直接访问实时数据库。

　　因此，从管理工作站电网接线图上看到的实时信息，相当于最近的历史数据，较调度工作站上看到的稍有延迟。但重要的实时信息均带有秒级误差的实时时标(如电量计费系统中的计量信息)，并不影响实际的应用。
　　电力市场中，有关交易各方都能通过电网经营企业所建立的开放访问同时信息系统(OASIS)，访问所需的电网输电信息、查阅电网可输容量和输电储备实况等。这里，大量使用的就是这种准实时信息。

　　2.3管理信息
　　电力行业中，使用管理信息和媒体类型较多的是供用电系统。包括含输变配用电管理、营销服务和检索决策在内的管理信息系统，支持自动绘图、设备管理、负荷预测、规划设计、流动作业和投诉热线处理的地理信息系统，面向地区小水火电和配电市场支持网络交易的能量交易系统，办公自动化，以及监视无人值班站、支持电话电视会议的图象音响服务等。

　　内联网/因特网(intranet/internet)不仅可以取代或集成传统的管理信息系统(MIS)、地理信息系统(GIS)和办公自动化(OA)，而且还有力地支持电力市场的ETS。此外，基于因特网技术的应用于企业信息管理、能量交易和交换平台的企业内联网，还具有技术成熟、投资较孝收效较快、易于实施等特点。

　　企业内联网的数据服务器，定时接收实时系统转储过来的准实时信息，用以支持日常管理和能量交易。

　　 3电力市场的实时运行和营销管理
　　电力市场对参与交易的各方应提供“公平、公正、公开”的竞争环境。该市场交易的是以电网安全运行为基础的电力产品，具有发、供、用同步完成的特点。随电网实时运行的电量计费系统和通过网络交易的营销管理系统也包含有实时运行和网络管理两个方面。

　　因此，这就决定了支持市场交易的能量交易系统和保证电网安全运行的能量/配电管理系统应该分设，有关的电网实时运行信息和电力营销交易信息又必须实现高度共享。

　　可供交易各方使用的能量交易系统(ETS)，一般包括交易、信息、分析几个部分。

　　(1)交易子系统能支持各种主流的能量市场模型。如基于电子商务的开放市尝基于供需优化匹配服务的封闭市尝基于供方主动的拍卖市场和基于供需直接谈判的双边谈判市场等。

　　交易系统支持每时、每天、每周和每月的能量交易计划，以及有关权威方面和电网经营企业所指定的能量产品（含辅助服务交易），并允许部分交易和取消已建交易。

　　交易过程中，分别对买卖双方提供实时刷新的市场监视画面，使交易者能够监视交易中的各个方面，并可通过鼠标方便地获取要价、出价或有关交易的完整信息。

　　一旦买卖成交或类似要求交易者注意的事件发生，即可通过可视和音响报警通知交易人。并形成交易流程报告，以便交易者对其交易活动进行回顾和小结。

　　最后，对所有交易提供会计结算服务。自动生成帐单，分项列出所有的交易参数，如买方帐单、支付卖方费用、输电费用等，并自动通过E-mail通知买卖双方。

　　可见，交易子系统是一个处理交易的电力营销管理系统。
　　(2)信息子系统除收集、整理和显示交易信息外，用户还可通过本系统访问有关的信息源以支持他们的交易活动，而无需每次注册访问。
　　这里，主要是来自电网实时运行系统(OASIS)所提供的电网运行信息、计量信息及可输容量数据等。

　　为了兼顾OASIS的公开和安全，交易者应事先对OASIS提出申请，建立和分配交易注册标志，才能参与交易、共享有关电网运行和电力交易信息。

　　信息子系统实时提供各方报价的一览数据，要价出价分列、并按优价优先排序，帮助交易者选择合适的价格。以近乎实时速度刷新市场指数，按不同时段和峰谷情况对买方、卖方和交易之间的报价和能量数据进行分项显示。

　　通过鼠标操作，可以方便地访问来自开放电网同时信息系统的在线“输电减载”报告和“可输容量”数据；查阅ETS上各公司和联营电网的电价模型。交易完成时，系统将继续监视下一时段各交易公司的计划报告。由于商业、法律或其他原因，用户不想与某些交易人进行商业活动时，可以断开（必要时还可接上）和他们的联系。

　　可见，信息子系统负责沟通电网运行的实时信息和电力营销的管理信息。

　　(3)分析子系统电力产品“发供用同步完成”的特点，决定了电力营销和电网运行的不可分性。买卖双方的电力交易是否可行，与电网运行的状况密切相关。因此，交易各方都需要根据从OASIS得到的电网信息，使用一些与交易有关的分析工具，藉以提高成交的可能性和自已的竞争能力。

　　这些分析程序名目繁多，在能量交易环境下运行的应用程序主要是“阻塞管理程序”和“辅助服务程序”。阻塞管理程序用以识别那些对电网潮流极为敏感的交易。此时，程序通知暂停交易，并提出另一不致引起过负荷的交易机会。辅助服务程序支持运行和旋转备用、系统调控等开放市场的辅助服务，以及优化实施这些服务所需的工具软件。

　　其他的分析程序还有：提供1～168h高精度的负荷预报值的“短期负荷预报程序”；提供电网任何两点之间价格最低的优化路径，并详细列出路径各段的费用和网损的“输电路径优化程序”；根据用户意愿选择最好的售主，用以优化交易过程的“招标自动匹配程序”；根据市场当前场景执行模拟交易“what-if”分析，通过“冲突计算程序”评价阻塞和可输容量情况下各种交易的冲突情况，并选择电网经营企业“输电减载”报告生效后存活率最大的交易方案，以及帮助交易人在使用能量期货时减少价格风险，在交易执行中减少未交付风险的“风险管理程序”等。

　　可见，分析子系统同时要用到电网运行的实时信息和电力营销的管理信息。

　　此外，ETS与EMS在能量交易环境下的应用分析软件，数据同出一源、方法亦可共用(有的目标函数和约束条件不同)。如ETS的“阻塞管理”和电网经营企业在阻塞情况下提出的“输电减载”报告，都是采用优化潮流的方法来解决过负荷问题。因此，ETS分析应用软件的开发和EMS应用软件的改造既可分别进行，也可由同一开发厂家来完成。

　　 4电网运行和电力营销的信息化管理
　　信息技术和电力市场的推动，产生了集电网运行和电力营销于一体的信息化管理系统。该系统不仅当前可以采用技术成熟、投资较孝收效较快、易于实施的企业内联网，今后还可随着信息技术的发展而发展。

　　集电网运行和电力营销于一体的信息化管理系统，按信息的“分类、分层、分布”原则设计，最大限度地实现信息的有效使用和高度共享。

　　如第2节分析的那样，电力行业中的信息主要分为实时信息和管理信息两大类。其中，管理信息包括支持管理的准实时信息和网际交互的通信信息。一般说来，面向电网运行的实时信息通过自动化而获得，而管理信息由人工录入或通过计算机加工而成。

　　信息的分类不仅反映响应时间的不同，所采取的安全措施亦各有特色。存于实时数据库中的共享信息具有数据双重化、广播传送时的“两步提交”等安全措施。并通过信关定时将管理所需的实时信息送至管理数据库，严格控制信息的反向传送，以确保电网实时运行的高度安全。至于网际通信所需的实时信息只能由管理数据库控制转发，并使用防火墙进行信息过滤，确保管理信息的安全运行。

　　信息的分层和分布，与运行和管理机制有关。但信息的有效使用和共享程度，将反映出信息化管理水平的高低。下面以含有小水火电上网、兼有EMS/DMS功能的地区级供电网为例分析此问题。

　　如电网运行实时系统，主站以下一般按高压变电站RTU（兼作馈线自动化二级主站)、中压开闭所/馈线FTU、低压配变台区多功能表计AMR（含通过表计的需量监控实现负荷控制）分层，同层则随地域不同而分布。但如电网规模较大，就会出现是否在变电站之上增设基地站、市调之下增设配调等问题。

　　特别是在电力市场的推动下，电网运行的实时信息和电力营销的管理信息要求准实时共享，计量信息来自网际关口、上网小水火电和大中小用户等多种渠道。实时信息和管理信息的合理组织及优化，将直接影响到自动化系统和管理机制的效率及安全。因此，对信息化管理的研究显得就很重要。实际上，我国有的地区级供电网已开始对这方面的问题进行研究了。

　　 5结语
　　(1)电网调度自动化随技术的进步和电网管理机制的变动而不断更新换代，开发新的应用，当前正面临着信息技术蓬勃发展和放开常规管理机制的变革时期。

　　(2)电力工业的发展，无论是电网的实时运行和电力的营销管理均已进入信息技术领域。

　　(3)代表当代信息技术水平，支持多媒体信息、具有多种功能并能方便集成各类现有系统的内联网/因特网技术，完全能够覆盖电力行业企业管理和营销服务的各种应用，并具有技术成熟、投资较孝收效较快、易于实施等特点。

　　(4)基于网络交易的电力市场，促成了电网实时运行和电力营销管理支持系统的分设和信息的有机结合，并要求实现准实时级的信息共享,推动了集电网运行和电力营销于一体的“信息化管理”的发展。电力市场的OASIS，就兼具有电网运行实时信息和电力营销管理信息，但为了市场的公平竞争，突出强调了“同时”的原则。

　　(5)基于内联网/因特网技术，实现电网实时运行和电力营销管理的信息化管理，较好地解决了电网实时运行和电力营销管理的“分设”和“结合”问题。特别是地区级供电网，实时计量和营销管理任务繁重，实施信息化管理将有力地提高企业的管理水平。今后，随着信息技术的发展而发展，还可收到“事半功倍”和“水涨船高”之效。

　　作者简介：王明俊中国电力科学研究院咨询。
　　作者单位：中国电力科学研究院,100085北京清河
　　 6参考文献
　　1王明俊,傅书惕,吴玉生.面向对象设计的开放式能量管理系统.北京：中国电力出版社,1997
　　2王明俊,于尔铿,刘广一.配电系统自动化及其发展.北京：中国电力出版社,1998
　　3于尔铿,韩放,谢开etal.电力市场.北京：中国电力出版社,1998