淺析電網調度自動化系統技術

李旭東

（四川青神供電有限責任公司，四川 眉山620460）

前言

隨著計算機硬件技術、通信技術、數據庫技術、Internet技術的發展，電網調度系統涌現了大量應用新技術，其中包括國際流行的CORBA中間件平臺技術、公用信息模塊（CIM）技術、可視化技術、電力市場交易與安全分析一體化的技術、Internet信息服務技術等。新一代電網調度自動化系統應滿足國際標準，兼具開發性與擴展性，并符合未來電網調度自動化系統安全生產和經濟調度的需求。

1．技術背景

能量管理系統（EMS）是一套為電力系統控制中心提供數據采集、監視、控制和優化，以及為電力市場提供交易計劃安全分析服務的計算機軟硬件系統的總稱，它包括為上層電力應用提供服務的支撐軟件平臺和為發電和輸電設備安全監視和控制、經濟運行提供支持的電力應用軟件，其目的是用最小成本保證電網的供電安全性。

到目前為止，電網能量管理系統的發展已經歷經三代，第一代系統為70年代基于專用機和專用操作系統的SCADA系統，第二代系統為80年代基于通用計算機和集中式的SCADA/EMS系統，部分EMS應用軟件開始進入實用化，第三代系統為90年代基于RISC/UNIX的開放分布式EMS系統（含SCADA應用），采用的是商用關系型數據庫和先進的圖形顯示技術，EMS應用軟件更加豐富和完善，第三代系統已經有十年的發展歷史。

近年來，隨著計算機通信技術、網絡技術、數據庫技術、面向對象技術、INTERNET技術以及軟件標準化技術的飛速發展，電網調度自動化系統作為電力生產、輸送、分配、消費一體化監視、控制的系統，其更高的開放性、可移植性、可擴展性以及可靠性要求有了技術上的保證。此外，在電力系統內部，隨著電力系統新技術的發展和以安全為主的一體化經營的電力生產、輸送、分配和消費過程，逐步走向以安全和經濟為同等目標的開放電力市場的要求，第四代基于INTERNET技術、面向對象技術、通信中間件和數據庫中間件技術、Internet技術的考慮能量管理系統、電力市場技術支持系統、電能量計量系統需求的EMS/TMR/TMS一體化平臺建設的基礎條件已經成熟。

2．電力企業應用系統互連現狀

電力企業應用系統互連、數據共享、軟件互操作是開放性系統發展和建設的趨勢。隨著計算機軟硬件技術的飛速發展和電力企業自動化需求的不斷提高，電力企業自動化系統產品的不斷更新和換代，目前的電力企業自動化水平有了顯著的提高，大多數電力企業或多或少的配備或正在建設以下實時或非實時系統（R/NR），如 EMS 系 統 （R/NR）、TMR 系 統（R/NR）、TMS系統（R/NR）、DMS系統（R/NR）、企業資源規劃（ERP）系統（NR）、AM/FM/GIS系統（NR）、MIS系統（NR）等，這些系統分別承擔著電力企業的輸配電網運行和控制、維護、管理、規劃、用戶服務、計劃編制等任務，根據建設的時間和服務的領域不同，目前這些系統具有以下共同的異構特征：

圖1 電力企業自動化應用系統互連現狀

1）多種計算機硬件平臺，包括SUN、COMPAQ、IBM、HP等公司的UNIX服務器、UNIX工作站和一系列的PC機等；

2）多種操作系統平臺，包括SolarisUNIX、Tru64UNIX、AIXUNIX、NT、LINUX等；

3）多種商用數據庫平臺，包括Oracle、Sybase、DB2、Informix、SQLServer等；

4）多種構件技術，包括公用對象請求代理體系結構（CORBA）技術、分布式公用對象管理（DCOM）技術、企業JavaBean（EJB）技術；

5）大型主機模式、客戶/服務器（C/S）模式、Web瀏覽器/服務器（B/S）模式；

6）多種開發語言，如 C、C++、Java、Power-Builder等。

為了使不同廠家、不同時期建設的電力企業自動化應用系統能夠做到數據共享、軟件互連，目前國內系統通常的做法是：1）跨部門收集各個應用系統的數據；2）根據需要開發點對點的系統接口（如圖1所示）。以上方法缺點是缺乏一種標準的數據庫訪問接口，同時新建的系統雖然暫時避免了成為“自動化系統的孤島”，但是不會建立一種企業自動化系統共享的、高效的分布式數據平臺，其結果是給未來的電力市場或數據倉庫的建立，創建了更多的“自動化孤島”。

電力企業一體化系統的建設包括兩層的含義，一是數據一體化，即企業的眾多系統的數據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據集合；二是提供一種公用的方法進行自動通訊。雖然我們通過創建一個中心數據庫使CIM能夠與所有的應用程序連接，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連接遺留的應用程序，但是這些技術要求一種公用的安全領域的內容、功能調用協定、二進制數據類型和一種定位和激活遠程應用程序的方式。特別是通用的CORBA或DCOM技術不能滿足實時EMS、DMS數據一致性的要求。

隨著電力企業自動化系統一體化（集成）需求的增長和互聯的要求，CIM作為控制中心應用程序一體化（集成）的標準對象模型將變得越來越廣泛，電力企業自動化產品的生產廠家必須提供它們的私有對象模型和CIM之間的標準映射。其結果是CIM作為一種標準的帶有一套標準APIs集合的數據交換模型將大大減輕電力系統應用程序間的相互依賴和互操作性。電力企業自動化系統一體化要求建立應用程序的封裝層，（如圖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用程序的功能。這種方法的最重要的好處是它的技術核心和遺留的應用程序不必重新編寫。

圖2 一體化應用系統的互連趨勢

隨著CORBA/DCOM標準和技術的不斷發展，以及IEC61970CIM/CIS標準的不斷豐富和完善，新一代電力企業自動化系統（EMS、TMR、TMS、DMS、RDS、AM/FM/GIS等）的建設必須考慮到系統一體化平臺建設的需要。在電力市場技術支持系統要求的推動下，電力企業自動化系統一體化平臺的建設和開放的應用系統的建設（如圖2）將是今后電力企業自動化系統發展的趨勢。

3．EMS新技術和發展趨勢

隨著計算機領域計算機硬件技術、通信技術、數據庫技術、Internet技術的發展，以及電力企業電力市場化進程的不斷加快，作為適應電力企業新的業務（電力市場）和一體化建設（EMS/TMR/TMS或 EMS/TMR/DMS） 需求的EMS系統支撐平臺和EMS應用軟件必然采用如下新的技術：

3.1．CORBA中間件平臺技術

CORBA技術作為對象管理組織（OMG）推出的軟件系統開發標準，自九十年代初提出第一版以來，作為解決分布式異構環境下應用系統互連和互操作的標準目前已經被眾多的廠家和用戶所接受，并成為新一代EMS系統應用軟件互操作和與其它系統進行透明操作和數據共享的軟件平臺標準。由于CORBA獨立于網絡協議、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。特別是OMG組織1998年公布了CORBA2.3版之后，CORBA技術日臻完善。目前CORBA3.0版本已經推出并應用于眾多的中間件產品中。遵循CORBA標準開發的EMS中間件平臺，能夠更容易滿足企業自動化系統一體化應用集成的需要。

3.2．公用信息模型（CIM）

為使EMS應用軟件之間的交互正確無誤，需要對交換的數據信息達成一致，即提供標準的元數據級的模型和標準應用程序接口（APIs）。國際電工委員會近十年逐漸完善了能量管理系統的應用程序接口標準和模型定義工作，并號召EMS生產廠家積極采用（兼容）該標準。在IEC61970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、氣工業的生產、傳輸、分配、市場和零售系統相互操作和應用的標準對象。在電力行業，CIM定義了電力工業標準對象模型，用于電力系統的數據工程、規劃、管理、運行和商務等應用的開發和集成，它提供了描述電力對象及其關系的標準。CCAPI的CIM部分提交給IEC形成了IEC61970的三個部分。在IEC61970中，CIM用統一建模語言（UML）描述，對象用公共類、屬性及對象間的關系來描述，對象之間的靜態關系有：聚集、歸一化和關聯。為方便起見，CIM被劃分為許多子系統或包，包括：核心包、拓撲包、電網包、保護包、量測包、負荷模型包、發電包、域包、能量計劃包、備用包、資產包和SCADA包等。

各個EMS應用內部可以有各自的信息描述，但只要在應用程序（或構件）接口語義級上基于公共的信息模型，不同廠商開發的應用程序或不同系統的應用軟件間就可以以同樣的方式（如XML）訪問公共數據，實現正確的信息交換。

公用信息模型的采用將使EMS真正走向開放和標準化，使企業的自動化系統一體化平臺的建設有了共同遵循的國際標準。

3.3．可視化技術

隨著計算機技術和電網安全分析技術的發展，可視化的在線監控軟件已經成為調度員和電力市場交易員的迫切需求，可視化技術的應用，可以將傳統的用數字、表格等方式表達的離線信息，轉換為通過先進的圖形技術、顯示技術表達的圖形信息，例如潮流的可視化技術、電壓穩定的可視化技術、暫態穩定安全域的可視化技術、負荷預測的可視化技術、電力市場電量競價計劃的可視化安全分析技術等，將電力系統的潮流、電壓穩定域、不穩定區域和暫態穩定域用形象直觀的可視圖形表達，能夠更加滿足運行人員監視、控制的需要。

3.4．電力市場交易與安全分析一體化的技術

隨著電力市場的發展，EMS作為電力市場技術支持系統的一個有機組成部分，除了承擔傳統的電網數據采集、監視和控制任務外，其EMS應用軟件作為電力市場技術支持系統的有機組成部分將更多的承擔電力市場交易的電網安全分析任務，從而改變了傳統EMS的工作領域，要求對眾多的EMS應用軟件的接口和分析技術進行重新設計，即EMS/電力市場應用軟件的統一設計，分別實施。電力市場交易與安全分析一體化的設計為安全、經濟的電力市場的開展提供了可靠的技術基礎。

3.5．Internet信息服務技術

Internet不但為遠程維護提供了全新的手段，而且將傳統的電網參數和實時SCADA的數據瀏覽擴展到AGC功能、EMS應用功能（狀態估計、安全分析、最優潮流等）的瀏覽，使得EMS應用軟件的實用化水平的提高得到了進一步的保證，延伸了EMS系統的對外窗口，進一步提高了EMS系統的服務水平。同時，隨著網絡帶寬的提高和網絡速度的加快，網上遠程教育系統將會得到進一步的發展，Internet將會提供更全面的信息服務。

4．結束語

電網調度自動化系統技術的應用和發展，應以計算機領域計算機硬件技術、通信技術、數據庫技術、Internet技術的發展為基礎，集成國際流行的CORBA中間件平臺技術、公用信息模塊（CIM）技術、可視化技術、電力市場交易與安全分析一體化的技術、Internet信息服務技術等，滿足國際標準，兼具開發性與擴展性，并符合未來電網調度自動化系統安全生產和經濟調度的需求。

[1]于爾鏗.《能量管理系統（EMS）》.科學出版社，1998.

[2]于爾鏗等.《電力市場》.中國電力出版社，1998.

[3]國家電力調度通信中心文件.《能量管理系統（EMS）應用軟件功能要求及其實施基礎條件》.1998.