（模式识别与智能系统专业论文）公共信息模型在能量管理系统中的应用.pdf

公薯信息梗型在能量管理系统中的应用 公共信息模型在能量管理系统中的应用 摘要 能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e ms y s t e m ，e m s ) 是一套为电力系统控制中 心提供数据采集、监视、控制和优化，以及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。 随着电力系统的发展和电力市场的建立，对e m s 提出了新的要求。传统的 e m s 在软件功能和系统结构上已经不能满足电力市场的需要。由于开发商的不 同，导致了e m s 面临着开发高级应用软件的效率低下，同样原因也导致了e m s 与其它电力系统中之间信息的共享困难。因此如何实现e m s 应用软件的“即插 即用”和e m s 与其他电力系统的“无缝连接”成为国内外e m s 开发商特别关 心的问题。 为解决以上难题，国际电工委员会( i e c ) 提出了i e c 6 1 9 7 0 系列标准。该 标准的目的是为了减少在e m s 中增加新应用所需要的费用与时间，保护在e m s 中有效地工作的现有应用上的投资，以及提供把现有系统接口到e m s 的一个集 成框架。i e c 6 1 9 7 0 系列标准是基于公共信息模型( c o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l ， c i m ) 。c i m 作为一种基于面向对象技术的抽象模型，它统一了电力信息模型。 它是在e m s 上实现应用软件的“即插即用”以及与其它电力系统实现“无缝连 接”的基础。c i m 与x m l 、c o r b a 等计算机的共同应用，也使上述目标成为 可能。 新一代基于c i m 的e m s 的开发不可避免，但是对于大多数e m s 开发商和 用户不可能立即放弃现有的e m s 及相关资源，转而去重新设计或购买一套e m s 。 为了保护在e m s 中有效地工作的现有应用上的投资，同时减少在e m s 中增加新 应用所需要的费用与时间，对现有的e m s 进行一定的改造而使之兼容c i m 也成 为丌发商和用户共同关注的课题。 公共信息模型在能量管理系统中的应用v 本文的研究始终贯彻问题一理论一研究这一条主线展开，主要工作在于： 1 分析和研究了e m s 的系统结构、功能和所遇到的难题。 2 分析了电力市场对e m s 的影响。 3 在介绍c i m 的基础上，研究了c i m 结合c o r b a 、x m l 等技术在e m s 中的应用。 4 设计并编程实现了在现有e m s 的基础上实现c i m 的改造方案。 公共信息模型在e m s 中的应用，保护了现有的电力应用资源、提高了电力 应用软件的开发效率、保障了e m s 与其它电力系统间的相互通信。基于公共信 息模型的新一代e m s 将在开放性、可移植性、可扩展性上大大地超过传统的 e m s 。因此，在保护现有的电力软件资源的条件下，公共信息模型奠定了e m s 实现“即插即用”和“无缝连接”这两个最终目标的基础。 关键词：能量管理系统，公共信息模型，i e c6 1 9 7 0 ，公用对象请求代理结构， 组件。 公共信息模型在能量管理系统中的应用 v i t h e a p p l i c a t i o n o fc o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e li ne n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t t h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) i sac o m p u t e rs y s t e mc o m p r i s i n gas o f t w a r e p l a t f o r mp r o v i d i n gb a s i cs u p p o r ts e r v i c e s a n das e to fa p p l i c a t i o n sp r o v i d i n gt h e f u n c t i o n a l i t y n e e d e df o rt h e e f f e c t i v e o p e r a t i o n o fe l e c t r i c a l g e n e r a t i o n a n d t r a n s m i s s i o nf a c i l i t i e ss oa st oa s s u r ea d e q u a t es e c u r i t yo fe n e r g ys u p p l y u n f o r t u n a t e l y , t h et r a d i t i o n a l e m sd o e sn o tm e e tt h en e e do fp o w e rm a r k e t i ti s d i f f i c u l tt o d e v e l o pt h en e wa p p l i c a t i o ns o f t w a r eo ne m s t h ec o m m u n i c a t i o no f e m sw i t ho t h e rp o w e rs y s t e mi sw e a k s oi e c6 1 9 7 0s e r i e s w h i c hd e f i n ea n a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ( a p i ) f o r a ne m sa r ep r e p a r e db yi e c t h i ss t a n d a r di s b a s e du p o nt h ew o r ko ft h ee p r lc o n t r o lc e n t e ra p i ( c c a p o r e s e a r c hp r o j e c t t h e p r i n c i p l eo b j e c t i v e so f t h e i e c6 1 9 7 0s e r i e sa r et o ： r e d u c et h ec o s ta n dt i m en e e d e dt oa d dn e wa p p l i c a t i o n st o a ne m so ro t h e r s y s t e m p r o t e c tt h ei n v e s t m e n ti ne x i s t i n ga p p l i c a t i o n st h a t 黜w o r k i n ge f f e c t i v e l y i m p r o v e t h ec a p a b i l i t yt oe x c h a n g ei n f o r m a t i o nb e t w e e nd i s p a r a t es y s t e m sb o t h w i t l l i na n de x t e r n a lt ot h ec o n t r o lc e n t e re n v i r o n m e n t i e c6 1 9 7 0s e r i e sa r eb a s e do hac o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l ( c d “) t h ec i mi sa n a b s t r a c tm o d e lt h a tr e p r e s e n t sa l lt h em a j o ro b j e c t si na ne l e c t r i cu t i l i t ye n t e r p r i s e t y p i c a l l yi n v o l v e di nu t i l i t yo p e r a t i o n s t h i s 。p a p e r i sw t i t t e n a l o n g t h el i n eo fp r o b l e m _ t h e o r y - a p p l i c a t i o n t h e m a i n c o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： 公共信息模型在能量管理系统中的应用 1 s m d y i n g a n d a n a l y z i n gt h o r o u g h l yt h ea r c h i t e c t u r eo fe m s a n di t sf u n c t i o n s 2 a n a l y z i n g t h ei n f l u e n c eo f p o w e rm a r k e to ne m s 3 s t u d y i n g t h ec i ma n d a p p l i c a t i o n o ne m sw i t hc o r b aa n dx m l 4 d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n g t h er e c o n s t r u c t i n gs c h e m ao f e m s b yp r o v i d i n g as t a n d a r dw a y o f r e p r e s e n t i n gp o w e rs y s t e mr e s o u r c e sa so b j e c tc l a s s e s a n da t t r i b u t e s ，a l o n g 谢t ht h e i rr e l a t i o n s h i p s ，t h ec i mf a c i l i t a t e st h ei n t e g r a t i o no f e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) a p p l i c a t i o n sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l yb y d i f f e r e n tv e n d o r s ，b e t w e e ne n t i r ee m ss y s t e m sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l y , o rb e t w e e n a ne m s s y s t e ma n do t h e rs y s t e m sc o n c e r n e dw i m d i f f e r e n ta s p e c t so f p o w e rs y s t e m o p e r a t i o n s ，s u c h a s g e n e r a t i o n o rd i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n t e m s b a s e do n i e c 6 1 9 7 0 c i m 姗d a r dw i l lb es u p p o r t e db ya l lo f m a j o re m sv e n d o r s w u l i a n g ( p a t t e r nr e c o g n i t i o n & i n t e l l i g e n ts y s t e m ) s u p e r v i s e db y p r o f l iz h e n g k e y w o r d s ：e m s ，c i m ，i e c6 1 9 7 0 ，c o r b a ，c o m p o n e n t | 口 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：糖陪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签各： p 五1 日期：2 口斗年2 月1 二日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书a 本学位论文属于 不保密q 。 学位论文作者签名：舅老 日期：1 0 0 牛年1 月l 蛔 指导教师签名：杏涉 公共信息模型在能量管理系统中的应用 第一章引言 1 1 本课题的研究背景 目前我国正在进行电力工业改革，实行“厂网分开、竞价上网”。电力工业 将从垄断模式过渡到电力市场，实行公平、公正、公开、有序的竞争和选择，这 也是生产关系适应生产力发展之必然。我国在经过“厂网分开，竟价上网”的发 电竞争模式后，依据国家电力公司的改革方案，2 0 1 0 年以后，将试行用户参与 电力市场竞争的方式，允许用户自由购电，电力市场必将过渡到发电、输电、配 电相分离，即输电网开放的批发竞争型电力市场模式。在这种模式下，不但发电 企业要根据公平竞争的规则竞价上网，而且允许供电公司和大电力用户参与电力 市场，通过自身的购电竞价，或者从电力联营中心购买电力，或者直接从发电企 业购买电力。 能量管理系统是电力调度系统的重要组成部分，也将作为电力市场的操作工 具参与整个交易过程，对于保障电网安全、优质和经济运行起到了越来越重要的 作用。但是，随着电力市场以及相应支持系统的建立，传统的能量管理系统在软 件功能和系统结构上已经不能满足电力市场的需要。由于传统的能量管理系统供 应商或应用供应商的不同，导致了能量管理系统的应用软件升级扩展困难；同样 由于系统供应商的不同导致了能量管理系统与其他电力系统相互通信困难。 国际电工协会( i e c ) 因此制定了基于公共信息模型( c l m ) 的i e c 6 1 9 7 0 标准 来规范能量管理系统应用接e ( e m s a p t ) 。i e c 希望通过统一电力信息模型、规 范e m s a p i 在保护现有电力资源的基础上，减少减少向e m s 中增加新应用所需 要的费用和时间。公共信息模型作为一种基于面向对象技术的抽象模型，它统一 了电力信息模型。它是在能量管理系统上实现应用软件的“即插即用”以及与其 它电力系统实现“无缝连接”的基础。 另外，随着计算机技术和网络技术的发展，通过与公共信息模型的相互结合， 为实现上述目标提供了保证。组件技术是近年来计算机软件开发的一个重要发展 方向，组件模型能够解决网络分布计算环境中多种异构数据资源的互联共享问 公共信息模型在能量管理系统中的应用 题，实现多种应用软件的协同工作。组件的重构性可以大幅地提高应用软件系统 的开发效率，增强系统的稳定性，使系统的维护管理工作更为简易，使系统的可 伸缩性和可扩展性更为理想，以便充分保护用户投资。组件技术与公共信息模型 的结合，使得在e m s 上实现应用软件的“即插即用”成为可能。x m l 作为新一 代网络语言，它定义了利用简单、易懂的标签对数据进行标记所采用的一般语法， 提供了计算机文档的一种标准格式。非常适合异构系统之间的信息交换。基于公 共信息模型的x m l 文档使得e m s 与其它电力系统间的“无缝连接”成为可能。 随着电力改革的深入进行，传统的e m s 向新一代基于c i m 的e m s 更新也 越来越迫切。但是，大多数e m s 软件开发商不可能立刻完全放弃现有的技术资 源和较为成熟的产品，而去重新开发一套完全基于c i m 的e m s 。同样对于e m s 、 用户来说也不可能放弃现有的e m s ，而花费大量的资金和时间去重新购买一套 新的e m s 。为了保护在e m s 中有效地工作的现有应用上的投资，同时减少在e m s 中增加新应用所需要的费用与时间，对现有的e m s 进行一定的改造而使之兼容 c i m 成为开发商和用户共同关注的课题。 1 2 国内外研究动态 i e c6 1 9 7 0 的最初草案是接受了美国e p r ic c a p i 项目的成果。e p c c a p i 是美国电科院的一个科研项目，其任务是对控制中心的e m s 软件制定一套a p i 的规范，能使系统集成和互联简便。1 9 9 4 年7 月的c c a p i 会议上，项目组开始 以美国电科院的操作员培训仿真系统( o p e r a t o rt r a i n i n gs i m u l a t o r ，简称o t s ) e u 3 0 0 为基础建立c i m 电力模型，1 9 9 4 年9 月2 2 日形成c i m 的最初草案。1 9 9 6 年被国际上接受作为c i m 的初始草案，国外的e m s 开发商开始关注和使用c i m 。 在2 0 0 0 年工作组在原来吸收了o m g 的d a f 的基础上，又吸收了美国c c a p i 的通用接口定义g i d 的c d a 与d a f 一起构成4 0 3 ，用于大批量数据的访问， 吸收了o p c 的数据访问接口o p cd a 作为4 0 4 ，用于实时数据访问，4 0 5 结合 o p c 和g i d 处理事件和报警，以及互操作实验的成果作为4 0 8 和5 03 等吐最 新的i e c 6 1 9 7 0 标准文档情况详见附录一。 为了与国际电力行业接轨，我国成立了对应i e ct c 5 7 第1 3 工作组的 e m s a p i 。我国的e m s a p i 工作组的第1 次扩大会议2 0 0 0 年9 月在南京举行， 公共信息模型在能量管理系统中的应用 讨论i e c 6 1 9 7 0 的翻译工作。第2 次扩大会议2 0 0 1 年1 月在北京举行，讨论互 操作实验，当时的重点在于c o i u b a 的应用。第3 次扩大会议2 0 0 1 年7 月在南 京举行，这次会议把焦点从c o r b a 转向x m l ，用c i mx m l 交换电网模型进 行互操作实验，确定了互操作的电网模型、实验步骤和时间表，这次会议是我国 e m s a p i 互操作实验的起步。第4 次扩大会议2 0 0 1 年1 1 月在烟台举行，会议 讨论了实验中遇到的问题，确定了下一步互操作实验的计划。第5 次扩大会议、 2 0 0 2 年1 月2 3 日2 4 日在北京国调举行，进行了国内第1 次e m s a p i 互操 作实验，有电科院、n a r i 、清华大学、山东大学、鲁能积成电子公司和东方电 子5 家单位，有两个单位各有两个课题组参加，总共7 个互操作成员。 目前，i e c 6 1 9 7 0 已被a b b ，a l s t o m ，s i e m e n s ，s i s c o 和i c l 等2 0 多个开 发商用于s c a d a ，n a 和o t s 等3 0 多种应用；n e r c ，w s c c ，加利福尼亚i s o 等3 0 多个电力企业接受c i m 2 1 。在国内，几乎所有的省调和大型地调的招标文 件中都遵循1 e c 6 1 9 7 0 标准系列的要求，华东电力设计院等单位正在按i e c 6 1 9 7 0 修改调度自动化设计规程，n a r i 、e p r j 、清华大学、鲁能积成和苏源信息等主 要e m s 开发单位正在抓紧研制基于c i m 的新一代调度自动化系统。 1 3 本文研究的主要内容 本文在详细介绍了能量管理系统及相关技术标准的基础上，分析研究了电力 市场对于能量管理系统的影响以及遇到的难题；研究了公共信息模型如何结合 x m l 、c o r b a 和组件等技术实现能量管理系统的“无缝连接”和“即插即用”。 最后，设计了通过对现有能量管理系统进行改造，以达到兼容公共信息模型的改 造方案，并编程实现了其中的一种方案。 本文第一章作为引言，详细介绍了本课题的研究背景、本课题相关的国内外 研究动态以及本文研究的主要内容。 第二章首先介绍了能量管理系统的概念、系统结构及其应用软件，然后分析 了传统的能量管理系统所遇到的难题。最后，介绍了为解决以上难题i e c 所制 定的i e c 6 1 9 7 0 系列规范各个部分的主要内容。 第三章研究和分析了电力市场对能量管理系统的影响。目前我国电力市场的 改革实行“厂网分开、竞价上网”，并提出了构建电力市场技术支持系统。e m s 公共信息模型在能量管理系统中的应用 作为电力市场技术支持系统的重要组成部分，要充分利用现有的e m s 系统的功 能和数据资源，实现信息资源的共享，对e m s 提出了新的要求。本章首先介绍 了电力市场和电力市场技术支持系统，然后分析了电力市场技术支持系统与 e m s 之间的关系，最后研究和分析了电力市场对e m s 系统结构和软件功能的影 响。 第四章介绍了公共信息模型和研究了公共信息在能量管理系统中的应用。本 章首先介绍了c i m 及其相关规范，并在此基础上研究了c i m 是如何定义电力系 统中的各种对象。最后，本章研究了c i m 如何结合x m l 技术来实现e m s 与其 他系统的“无缝连接”。 第五章研究了c o r b a 技术在基于c i m 的能量管理系统中的应用。本章在 介绍c o r b a 及其组件技术的基础上，研究了基于c o r b a 和c i m 的新一代e m s 的体系结构。最后，本章讨论了开发基于c i m 的c o r b a 程序的一般过程。 第六章根据宿豫县的实际情况，设计和分析了能量管理系统的改造方案，并 编程实现了对原系统的改造。传统的e m s 向新一代基于c i m 的e m s 更新越来 越迫切。但是，对于大多数e m s 开发商和用户不可能立即放弃现有的e m s 及 相关资源，转而去重新设计或购买一套e m s 。本章首先分析了宿豫县e m s 的硬 件环境和其所采用的s y s t e m 一1 0 0 d 系统结构。然后，提出并分析了针对现有e m s 的三种改造方案。最后，根据宿豫县的实际情况，选择了其中的一种方案并通过 编程实现了对现有e m s 系统的改造。 本文最后一章是研究的总结和展望，列出了本文的主要工作，提出了基于 c i m 的能量管理系统今后的发展方向。 一 一l _ 童日一n o l _ ，、l ， 第二章能量管理系统( e m s ) 能量管理系统是电力调度系统的重要组成部分，对于保障电网安全、优质和 经济地运行起到了越来越重要的作用。但是，由于系统开发商的不同和电力信息 模型的不统一，导致了能量管理系统扩展性和集成性差的难题。为了解决以上难 题，国际电工委员会( i e c ) 带f j 定了i e c 6 1 9 7 0 来试图解决以上难题。 本章首先介绍了能量管理系统的概念、系统结构及其应用软件，然后分析了 传统的能量管理系统所遇到的难题。最后，介绍了为解决以上难题i e c 所制定 的i e c 6 1 9 7 0 系列规范各个部分的主要内容。 2 1 能量管理系统 能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，简称e m s ) 最早的起因是6 0 一7 0 年代北美的几次大停电，提出了全面掌握电力系统运行状态和分析事故的需要； 到7 0 年代中期数据收集( s c a d a ) 、能量管理( 发电控制与计划) 和安全分析三项技 术已上升到计算机基础上，形成了能量管理系统吼随着计算技术的发展和调度 人员的实用经验的积累，能量管理系统逐步走向成熟。 随着电力系统的发展，调度自动化工具能量管理系统作为电力调度系统 的重要组成部分，对于保障电网安全、优质和经济运行起到了越来越重要的作用。 电力系统由发电、输电、配电和用电四大环节组成。能量管理系统是以计算机为 基础的现代电力调度自动化系统，主要针对发电和输电，用于大区级电网和省级 电网( 见图2 一1 ) 。借鉴e m s 技术发展的配电管理系统( d m s ) 主要针对配电和用 户，用于1 0 k v 以下电网。我国还有大量地区、城市和县级电网调度，它们既管 电源又管负荷【4 1 。 公共信息模型在能量管理系统中的应用 图2 - le m s 与电力系统 2 2 能量管理系统的系统结构 能量管理系统发展至今已经历了3 代。这3 代系统的结构可归纳为主机终 端结构、客户服务器结构和功能分布结构3 种【5 1 。目前流行的基于r i s c u n i x 的 开放式、分布式第3 代能量管理系统如图2 - 2 ( c ) 所示。它实质上是一种复杂的客 户一服务器结构，将服务器分为数据服务器和应用服务器，是一种功能分布型结 构。这种结构对电力系统公用信息的描述都是私有的，没有统一“工作语言”， 数据通信由专用的网络管理软件支撑，是一种有限程度的开放式结构。 i l 主机 l l l l主机 l ( a ) 主机终端结构( b ) 客户一服务器结构( c ) 功能分布结构 图2 - 2 传统系统的体系结构 ”if ；o 工、二n tu ，二二， 2 3 能量管理系统的应用软件 e m s 中的应用软件可以分四级：数据采集与监视级、能量管理级、网络分 析级和培训模拟级。这些软件按照两种模式工作：实时型和研究型或计划型 “。 1 数据采集与监视级( s c a d a ) 7 】 数据采集与监视( s c a d a ) 是e m s 中最基本的功能，它的任务是实时地收集 电力系统中各种数据并监视其状态。s c a d a 是e m s 与电力系统联系的总接口， 它向能量管理级和网络分析级提供实时数据；e m s 通过它向电力系统发送控制 信号；网络分析可以向它返回量测的质量信息。 2 能量管理级 能量管理级软件特点是利用电力系统总体信息( 频率、时差、机组功率、联 络线功率等) 进行调度决策，主要目标是改善控制质量和提高运行经济性。 能量管理级的实时应用软件主要是自动发电控制，包括自动频率控制和在线 经济负荷分配。为改善跟踪性能，可配合超短期负荷预测和动态经济调度( 备用 调度1 。能量管理级的计划型应用软件分为短期和中长期的预测和计划软件：负 荷预测、机组启停计划、经济负荷分配计划等等。 能量管理级从s c a d a 级取频率、时差、机组功率和联络线功率等实时数据， 向s c a d a 传送控制信息：能量管理级向网络分析级送系统负荷预测值和发电计 划值，取回网损修正系数和考虑线路安全约束的机组限制值。 3 网络分析级 网络分析级的特点是利用电力系统全面信息( 母线电压和电压相角) 进行分 析与决策，主要目标是提高运行的安全性，配合能量管理软件，使e m s 总的决 策做到安全性与经济性的统一。 网络分析级的实时型核心软件是状态估计，它提供实时方式数据，研究型核 心软件是调度潮流，它提供假想运行方式( 过去、现在和将来) 的数据。其它朋络 分析软件有：母线负荷预测，预想故障分析、安全约束调度、最优潮流、电压稳 定性分析、有功稳定性分析和短路电流计算等，它们可以取实时方式数据或假想 方式数据工作。 网络分析级从s c a d a 取实时量测数据，向s c a d a 送回量测质量信息；网 络分析级从能量管理级取负荷预测值和发电计划值，回送网损修正系数和机组安 公共信息模型在能量管理系统中的应用 全限值；网络分析向培训模拟级送实时方式和假想方式的数据。 4 培训模拟级( d t s ) 1 8 调度员培训模拟( d t s ) 一般划到网络分析级，它以研究方式或假想方式数据 出发，按规定的教案( 事件序列) 培训调度员。d t s 是在s c a d a 、a g c 和潮流应 用软件的基础上增加动态模拟和教案系统而构成的，除培训外，也可以做分析使 用。 2 4 传统能量管理系统遇到的难题 2 4 1 扩展性难题 随着电力系统的发展和自动化水平的提高，用户往往要运行多套系统，每套 系统中要运行多个应用，这些应用和系统常常是分步实施的，必然存在系统的更 新升级。传统的能量管理系统升级存在以下问题： 1 当用户对老的系统更新换代时，由于运行平台不兼容，用户原来的一些运 行稳定可靠的应用软件不能再运行，用户长期积累的历史数据和二次开发的工作 不能再保留。 t 2 当用户对系统中某一部分进行功能扩展时，如果采用第三方提供的应用软 件，由于系统接口专用，要重复建设一些软件，如一些用户运行有多家应用软件， 浪费了用户的资金和时间。 3 当用户进行后期功能的招标时，由于第三方软件的接口问题，往往使用户 选择原来系统的厂家，不能选择最好的应用软件。 2 4 2 集成性难题 系统集成有两种策略：一是分散化，采用分布式结构，通过细分应用进行功 能分布，如e m s 分为s c a d a ，a g c , n a s 和d t s 等应用，n a s 又分为状态估 计、调度员潮流、安全分析等，把不同的功能尽量分布在不同的机器上：二是 集中化，要配置服务器，让功能集中在服务器上完成，e m s 和电量计量系统的 三合一以及e m s 和d m s 的二合一等。一般而言，大的系统应尽量分散化，以 提高系统性能，小的系统应尽量集中，以降低成本，但最终都要达到资源整合和 公共信息模型在能量管理系统中的应用 信息综合的集成目的。 传统的能量管理系统中有2 个的集成难题： 1 系统平台集成第三方的电力应用软件时，很能实现“即插即用” 2 与其它电力系统实现集成时，很能实现“无缝连接“； 2 5i e c6 1 9 7 0 系列规范 2 5 1 国际电工委员会( i e c l 国际电工委员会( i e c ) 成立于1 9 0 6 年，它是世界上成立最早的国际性电工标 准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。i e c 的宗旨 是：促进电气、电子工程领域中标准化及有关问题的国际合作，增进国际间的相 互了解。为实现这一目的，i e c 出版包括国际标准在内的各种出版物，并希望各 成员在本国条件允许的情况下，在本国的标准化工作中使用这些标准。近2 0 年 来，i e c 的工作领域和组织规模均有了相当大的发展，现有成员国5 9 个，i e c 总部设在日内瓦。我国于1 9 5 7 年参加i e c 。 i e c 标准的权威性是世界公认的。i e c 每年要在世界各地召开一百多次国际 标准会议，世界各国的近1 0 万名专家在参与i e c 的标准制定、修订工作。i e c 现在有技术委员会( t c ) 8 8 个：分技术委员会( s c ) 1 0 6 个。i e c 标准在迅速增加， 1 9 6 3 年只有1 2 0 个，目前已经有3 6 5 0 多个。 2 5 2i e c6 1 9 7 0 概述 为了减少在e m s 中增加新应用所需要的费用与时间；保护在e m s 中有效地工 作的现有应用上的投资；提供一个把现有系统接口到e m s 的集成框架。i e c 第5 7 技术委员会的第1 3 工作组在美国e p r ic c a p i 项目的基础上制定了i e c6 1 9 7 0 系列标准，称为能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 。该标准是在公共信息模 型的基础上建立的，它希望通过定义标准应用程序接口，使得应用和系统能够不 依赖于信息的内部表示而存取公共数据和交换信息。 i e c 6 1 9 7 0 标准分为指导与要求、术语表、公共信息模型、组件接口规范这几 个组成部分。本系列标准文件包括下列各篇旧： 公共信息模型在能量管理系统中的应用 0 第l 篇：导则和一般要求 第2 篇：术语表 第3 x x 篇：公用信息模型( c i m ) 第4 x x 篇：组件接口规范( c i s ) ，级别l 第5 x x 篇：组件接口规范( c i s ) ，级别2 第1 篇规定了应用e m s a p i 接口标准所需要的一组指导原则和一般的基础结 构能力。本篇描述一个参考模型，为e m s a p i 标准其它各篇的应用提供一个框 架。这一参考模型是基于组件技术的，使得本系列标准的重点集中在控制中心环 境中各种应用之间交换信息用的组件接口上。本模型也可以应用于控制中心各个 应用和控制中心环境之外的各个系统，如配电管理系统( d m s ) ，之间的类似的信 息交换。 第2 篇给出了一份词汇表，其中列出了标准中特定的或者需要解释的术语和 缩写。 第3 x x 篇定义了公共信息模型( c 讧) 。c i m 提供能量管理系统信息的一个 综合的逻辑视图。c i m 是一个抽象的模型，描绘典型情况下e m s 信息模型中 所包含的电力企业中所有的主要对象，这是许多应用程序都需要的。这一模型包 含这些对象的公用类和这些对象的属性，以及它们之间的关系。c i m 中描绘的 对象本质上是抽象的，因此可以用在广泛种类的应用。c i m 的使用远远超出了 它在e m s 中的应用。应该把这一标准理解为是在任何一个领域使集成成为可能 的一个工具，只要那里需要一个公用电力系统模型来促进各种应用和系统之间的 互操作性和插入兼容性，而且这是和任何一种特定的实现无关的。 第4 x x 篇和第5 x x 篇制定了能量管理系统的组件接口规范( c i s ) 。c i s 规定 的接口是组件( 或应用) 为了能够以一种标准方式和其它的组件( 或应用) 交换 信息或访问公共开数据所应该实现的各种接口。这些组件接口描述可以被各个应 用用于这一目的的特定的事件、方法和性质。c i s 的意图是规定一些接口，应用 或系统要用这些接口来促进和其它独立开发的应用或系统的集成。为了帮助定义 必须转换的信息类型，作为e m s a p i 项目的一部分确定了一些典型的应用和组 件，但是，其意图并不是要定义组件本身。组件厂商应该能够自由地把组件接口 的不同汇集包装到各个组件包里而不会违背e m s a p i 标准。其中，级别1 为功 兰兰墅苎旦! ! 兰篓堂墨篁堡墨堕主盟生旦 ! ! 能需求文件，用叙述性条款( 以文本或统一建模语言( u m l ) ) 描述要标准化的 接口功能。级别2 规范提供为实现所要支持的每一个不同的接口所需要的精确 的语法和语义。在这些文件中将使用接口定义语言( i d l ) 和其它的与实现无关 的语言，如x m l 和r d f 。 本文将在后面的几章中，结合具体的技术来分析i e c 6 1 9 7 0 系列规范的主要 内容以及该规范在e m $ 中的应用。 2 6 本章小结 作为电力调度系统重要组成部分的e m s 在电力系统中发挥了越来越重要的 作用。但是传统的e m s 存在着扩展困难、集成性差的问题。为解决以上难题， i e c 制定了i e c 6 1 9 7 0 系列标准。i e c 6 1 9 7 0 标准通过公共信息模型统一电力信息 模型，通过制定e m s 的组件接口规范( c i s ) 统一了访问公共开数据所应该实现 的各种接口。i e c 6 1 9 7 0 以及c i m 使得实现e m s 的“即插即用”和“无缝连接” 成为可能。 “，t 口、* 王u 4 e 望日碰示乳甲刚n z 用 第三章电力市场对e m s 影响的研究 目前我国电力市场的改革实行“厂网分开、竞价上网”，开始探索适合国情 的电力工业市场化改革之路。为适应我国电力市场建设的需要，维护电力市场秩 序，保证电力系统安全稳定运行，提出了构建电力市场技术支持系统。e m s 作 为电力市场技术支持系统的重要组成部分，要充分利用现有的e m s 系统的功能 和数据资源，实现信息资源的共享。因此，对e m s 在系统结构和软件功能提出 了新的要求。 本章首先介绍了电力市场和电力市场技术支持系统，然后分析了电力市场技 术支持系统与e m s 之间的关系，最后研究和分析了电力市场对e m s 系统结构 和软件功能的影响。 3 1 电力市场概述 电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电 力系统中发电、输电、供电、用户等各成员组织、协调运行的管理机制和执行系 统的总和。电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力系统运营环境 来提高整个电力工业的经济效益。电力市场的基本特征是开放性、竞争性、计划 性和协作性；与传统的、垄断的管理运行模式相比，电力市场具有开放性和竞争 性，与普通的商品市场相比，电力市场具有计划性和协作性。电力市场的基本原 则是公平、公正和公开，在一个充满竞争的电力市场中，参与者之间应该是相互 平等的，所以公平是电力市场最基本的原则。 我国在经过“厂网分开，竞价上网”的发电竞争模式后，依据国家电力公司 的改革方案，网供分离已可预期，2 0 1 0 年以后，将试行用户参与电力市场竞争 的方式，允许用户自由购电，电力市场必将过渡到发电、输电、配电相分离，即 输电网开放的批发竞争型电力市场模式。在这种模式下，不但发电企业要根据公 平竞争的规则竞价上网，而且允许供电公司和大电力用户参与电力市场，通过自 身的购电竞价，或者从电力联营中心购买电力，或者直接从发电企业购买电力。 公共信息模型在能量管理系统中的应用 3 2 电力市场技术支持系统与e m s 的关系 电力市场技术支持系统是支持电力市场运营的计算机、数据网络与通信设 备、各种技术标准和应用软件的有机组合 i 。电力市场技术支持系统主要由以 下子系统组成：能量管理系统( e m s ：e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 、交易管理系 统ft m s ：t r a d em a n a g e m e n ts y s t e m ) 、电能量计量系统( t m r ：t e l em e t e rr e a d i n g s y s t e m ) 、结算系统( s b s ：s e t t l e m e n t & b i l l i n gs y s t e m ) 、合同管理系统( c m s ： c o n t r a c tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、报价处理系统( b p s ：b i d d i n gp r o c e s ss y s t e m ) 、市 场分析与预测系统( m a f ：m a r k e ta n a l y s i s & f o r e c a s ts y s t e m ) 、交易信息系统 ( t i s ：t r a d ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、报价辅助决策系统( b s s ：b i d d i n gs u p p o r t s y s t e m ) 。图3 1 为电力市场基础支持系统的数据流图，除了能量管理系统和电 能量计费系统等是已经投运的系统外，其他子系统都是重新开发的。 图3 1电力市场技术支持系统数据流图 能量管理系统将作为电力市场的操作工具参与整个交易过程：预测一计划一 执行一结算。 ( 1 ) 预测包括：系统负荷预测；电价预测等。 ( 2 ) 计划包括：接收发电厂报价；接收用电计划：发电计划；机组启停计划： 水电计划；交易计划；安全校核；电价估算等。 ( 3 ) 执行包括：自动发电控锖u ( a g c ) ；发电计划校正；非计划机组启停；交 易计划校正；安全校正；实时电价计算等。 ( 4 ) 结算类包括：电量时间记录；结算等。 电力市场技术支持系统( p m o s ) 既要充分利用e m s 的已有功能，又要切实 保证这些功能能够满足电力市场环境下的需要。因此，实现p m o s 与e m s 的 有机结合十分必要。 3 3 电力市场对能量管理系统的影响 电力市场的引入为传统的能量管理系统带来软件能和系统结构的重大变化。 3 3 1 电力市场对能量管理系统的系统软件功能的影响 随着电力市场的实施，对e m s 的各级软件功能都有不同程度的影响【20 1 。 1 数据采集级( s c a i ) a ) 在电力市场中，用于购电计划编制、发电计划下发前的安全校核，以及自动 发电控制( a o c ) 、无功服务、强制备用的辅助服务计划的制定所需的各种电网 运行中的遥测和遥倍数据，需要通过s c a d a 采集发电机的有功、无功、端口电 压等数据来实现。因此，电力市场环境下，e m s 中s c a d a 采集的各种电网数 据可作为电力市场应用的数据源，p m o s 不必另行建设一套数据采集系统。p m o s 编制的发、购电计划，特别是发向具有遥控、遥调机组的实时调度指令，仍然需 要通过s c a d a 系统来实现。 2 能量管理级 在电力市场中，a g c 作为辅助服务的功熊之一其作用仍是维持发电功率与 负荷功率的平衡、保证电能质量。因此，a g c 的内部算法和控制环节与传统的 e m s 中的a g c 软件相比并没有发生太大的变化。但是，p m o s 中的a g c 的选 定和投运方式与传统的e m s 相比发生了根本的变化。在电力市场模式下，a g c 的调节作为辅助计划的一部分，要充分考虑该机组对市场边际电价的影响、投入 辅助服务后的经济补偿等新的经济因素。同时a g c 机组必须进行a 6 c 申报， 没有a g c 申报的机缎不可投入a g c 的辅助服务。 公共信息模型往能量管理系统中的戍用 传统的负荷预测概念就是利用已知的负荷历史数据及影响负荷变化的各种 因素的信息，采用各种预测方法，总结出负荷变化规律，建立负荷模型。在电力 市场中，负荷预测的模型必须考虑负荷对电价的响应。电价随时间和电网的运行 状态的改变而改变，发电公司将相应地对电