《东北电力技术》1999年第10期 电力市场环境下地区电网调度 自动化系统设计分析 Analysis on the District Power-Network Dispatching-Automation Designs under the Environment of Power Pool 辽阳电业局(111000) 冯庆东白秀平 摘要文中阐述了在电力市场环境下地区电网调度自动化系统必须进行的技术改造和设计技术方面的突破，提出当今 电网调度自动化系统设计者应首先具有电力市场的观念，在进行可行性研究，作出实施方案和具体工程实践的基础上，给 出了电力市场环境下地区电网调度自动化系统最基本的配置及设计分析。 关键词电力市场自动化系统设计分析 电力市场的出现使电网调度自动化系统的应用 作过程中所产生的各类结算条件，对电力市场中的 范围逐渐扩大，为了取得经营数据，电网调度自动 各方进行电费的结算。 化系统首先应与管理信息系统联接，为了及时分布 d.合同管理功能。主要是对参与交易的电力 和预报电价还应与NTERNET联接。此外，新一 市场中各方的合同（指期货交易或现货交易的发、 代电网调度自动化系统应能计算出机组启停、备 供、用电合同)进行管理，包括合同的签定、修 用、检修、水火电联合调度等费用，而且必须具有 改、违约处理等。 把峰谷分时电价和电量结合起来计算电费的功能， e.报价管理功能，主要是根据事先报价，对 传统的电网调度自动化系统功能是根本不能满足这 参与交易的电力市场中各发、供、用电企业未来 些要求的，必须面向电力市场进行技术改造，同时 24h的发、供、用电计划进行统筹安排，经电力 要求设计技术方面有新突破。 系统经纪人确认后，下达给各发、供、用电企业执 行。 1功能扩展 「.配电管理功能。由于我国电网管理的特 电力市场环境下的电网调度自动化系统除具备 点，城市的配电调度中心往往和地区供电调度中心 常规的SCADA功能，如数据采集、安全监控、功 在一起，信息源又来自同一座变电所，因而地区供 率总加、电能量总加、SOE、打印、显示及数据通 电网的调度自动化实际应是输电和配电自动化的结 信外，还应增加以下功能。 合。但配电网和输电网又有许多不同的特点，首先 a.能量管理功能。如网络拓扑、状态估计、 配电网中除了集中在变电所的设备外，还有大量分 优化潮流、静态安全分析、调度员模拟培训等管理 布于沿线柱上的变压器和开关等，因此信息采集比 功能。 较困难。其次配电网中设备繁多，信息比输电网一 b.负荷预测功能。即根据电网的历史数据， 般要多出一个数量级，其操作及故障频率远多于输 采用人工神经网络、卡尔曼滤波和灰色理论等方 电网。此外，配电网的三相不平衡计算也比输电网 法，结合天气变化、政治体育事件等因素，对电网 复杂得多。 未来24h或年、季、月内的用电负荷作出尽可能 2设计技术方面的突破 准确的预测，以便及时制定和调整发电计划。 c.电量计费功能。在完成电能量自动采集和 a.计算能力的突破。电力市场环境下的电网 处理的基础上，按峰谷分时电价及电力市场实际运 调度自动化系统计算量大而且复杂，要求计算具有 -41 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
《东北电力技术》1999 年第 10 期 电力市场环境下地区电网调度 自动化系统设计分析 Analysis on the District Power - Network Dispatching - Automation Designs under the Environment of Power Pool 辽阳电业局 (111000) 冯庆东 白秀平 摘 要 文中阐述了在电力市场环境下地区电网调度自动化系统必须进行的技术改造和设计技术方面的突破 , 提出当今 电网调度自动化系统设计者应首先具有电力市场的观念 , 在进行可行性研究 , 作出实施方案和具体工程实践的基础上 , 给 出了电力市场环境下地区电网调度自动化系统最基本的配置及设计分析。 关键词 电力市场 自动化系统 设计分析 电力市场的出现使电网调度自动化系统的应用 范围逐渐扩大 , 为了取得经营数据 , 电网调度自动 化系统首先应与管理信息系统联接 , 为了及时分布 和预报电价还应与 IN TERN ET 联接。此外 , 新一 代电网调度自动化系统应能计算出机组启停、备 用、检修、水火电联合调度等费用 , 而且必须具有 把峰谷分时电价和电量结合起来计算电费的功能 , 传统的电网调度自动化系统功能是根本不能满足这 些要求的 , 必须面向电力市场进行技术改造 , 同时 要求设计技术方面有新突破。 1 功能扩展 电力市场环境下的电网调度自动化系统除具备 常规的 SCADA 功能 , 如数据采集、安全监控、功 率总加、电能量总加、SOE、打印、显示及数据通 信外 , 还应增加以下功能。 a1 能量管理功能。如网络拓扑、状态估计、 优化潮流、静态安全分析、调度员模拟培训等管理 功能。 b1 负荷预测功能。即根据电网的历史数据 , 采用人工神经网络、卡尔曼滤波和灰色理论等方 法 , 结合天气变化、政治体育事件等因素 , 对电网 未来 24 h 或年、季、月内的用电负荷作出尽可能 准确的预测 , 以便及时制定和调整发电计划。 c1 电量计费功能。在完成电能量自动采集和 处理的基础上 , 按峰谷分时电价及电力市场实际运 作过程中所产生的各类结算条件 , 对电力市场中的 各方进行电费的结算。 d1 合同管理功能。主要是对参与交易的电力 市场中各方的合同 (指期货交易或现货交易的发、 供、用电合同) 进行管理 , 包括合同的签定、修 改、违约处理等。 e1 报价管理功能 , 主要是根据事先报价 , 对 参与交易的电力市场中各发、供、用电企业未来 24 h 的发、供、用电计划进行统筹安排 , 经电力 系统经纪人确认后 , 下达给各发、供、用电企业执 行。 f1 配电管理功能。由于我国电网管理的特 点 , 城市的配电调度中心往往和地区供电调度中心 在一起 , 信息源又来自同一座变电所 , 因而地区供 电网的调度自动化实际应是输电和配电自动化的结 合。但配电网和输电网又有许多不同的特点 , 首先 配电网中除了集中在变电所的设备外 , 还有大量分 布于沿线柱上的变压器和开关等 , 因此信息采集比 较困难。其次配电网中设备繁多 , 信息比输电网一 般要多出一个数量级 , 其操作及故障频率远多于输 电网。此外 , 配电网的三相不平衡计算也比输电网 复杂得多。 2 设计技术方面的突破 a1 计算能力的突破。电力市场环境下的电网 调度自动化系统计算量大而且复杂 , 要求计算具有 — 14 — © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
很高的透明度，要经得起发电厂、供电公司、用户 引起整个系统的变动，而整个系统更换时，应用软 等方面的推敲，特别是在电价计算、电量结算以及 件也不受影响。 频率和无功考核等方面，要做到一视同仁，公平合 3.1开放性系统标准 理。同时要求电网调度自动化系统具有很强的快速 3.1.1操作系统标准 反应能力和极高的准确度。 IEEE POSIX工作组制定的POSIX标准，不 b.存储能力的突破。电力市场环境下的电网 是人们误解的UNIX,因为UNIX也有实时性差、 调度自动化系统要求对每种电量交易和处理都有详 版本众多、互不兼容的缺点。 细的输入、处理、记录和存档，而且要允许买卖双 3.1.2数据库访问标准 方及投资方随时随地查询。为此，电网调度自动化 用SQL访问数据，目前的趋势是采用实时数 系统要与NTERNET实现“平滑联接”，发电厂 据库管理系统和商用数据库管理系统相结合的方 和电业局要在NTERNET上注册本企业域名，建 式。如WSL采用N GRES(其6.3版的智能数据 立本企业主页，以供有关各方随时查询。 库已朝面向对象的DBMS迈进了一步)、CAE及电 c.网络能力的突破。由于系统间数据通信的 科院与东北电网调度中心采用的SYBASE为首家 需要，网络的信息量大大增加，电力市场环境下的 推出具有面向对象功能的产品、ABB和EM 电网调度自动化系统，要解决好数据访问方式和流 PROSE采用ORACLE等，以更好地满足实时响应 量控制等问题。同时，对网络安全也提出很高的要 和处理历史数据的要求。 求，对网络隔离和防火墙技术要给予妥善解决。 3.1.3图形用户界面接口 d.开放性能力的突破。电力市场环境下的电 目前这方面还有正式的国际标准，但存在着事 网调度自动化系统要在网络接口，数据库接口，应 实上的工业标准：即X-windows和其上的用户界 用程序接口，操作系统，传输控制协议，人机界 面OSF/MOTIF和OPENLOOK,其中OSF/MO 面，编程语言以及系统支持软件等方面向国际流行 TIF为多数计算机厂商及EMS厂商接受，已成为 趋势靠拢，并符合开放性标准，以便于不同应用系 事实上的工业标准。 统的集成和第三方软件的接入。 3.1.4网络通信标准 e.综合决策能力的突破。电力市场环境下的 新开发的系统在局域网上用OSI的TCP/IP作 电网调度自动化系统是安全经济调度、发电计划、 为通信接口标准、X.25作为广域网通信标准已成 系统运行、合同管理及支持决策的综合统一体，应 为无可争议的事实，但随着进一步发展，有以FD 采用面向对象技术、多媒体技术、人工智能技术、 DI取代ETHERNET,TOKEN RING取代TCP/ 神经网络技术及电力系统通信结构UCA(Utility IP,ISDN取代X.25的趋向，尤其是随着多媒体 Communication Architecture)技术等，使之与发电 技术的发展，ETHERNET己不能适应要求，其首 厂效率系统、管理信息系统MIS(Management In 先由FDDI取代已是必然趋势。 formation system)、配电管理系统和水文气象系统 3.2主站配置分析 等无缝联接。 主机型号的选择一直是建立系统时要考虑的一 个关键问题，由于计算机技术的迅速发展，使现在 3系统配置 流行的计算机2~3a后即被淘汰，因此计算机的 从国际发展趋势上看，电网调度自动化主站系 选择既要照顾到可能性又要兼顾未来的发展，随着 统已进入基于工程工作站的功能分布、面向对象、 DEC Alpha的推出，DEC Chip21064的问世，使计 网络结构的开放性系统，国外各大系统工程公司如 算机系统体系结构发展跃上一个新台阶，Alpha的 SIEMENS、ABB、WSL、ESCA、HARRIS等都宣 设计寿命为25a,即为跨入21世纪的芯片。 称自己新开发的系统是开放性系统。然而从实际情 SIEMENS、ABB、NARI、电科院等都宣布采用 况看，现在所谓的完全开放性系统还只是商业宣 Alpha平台做为其新系统的主机。 传，但是开放性系统终究是90年代乃至21世纪初 Alpha采用了高集成度的VLSI技术，即0.75 的发展方向。因此不同厂商的系统要做到开放，必 μn CMOS-4工艺技术，是DEC的最新工艺技术， 须在软件上遵循下列标准，一个系统符合这些标 几种工艺技术的比较见表1。 准，则在系统中任一部件或子系统更换时，就不致 Alpha是一种RISC结构，它采用超标量、超 42 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
很高的透明度 , 要经得起发电厂、供电公司、用户 等方面的推敲 , 特别是在电价计算、电量结算以及 频率和无功考核等方面 , 要做到一视同仁 , 公平合 理。同时要求电网调度自动化系统具有很强的快速 反应能力和极高的准确度。 b1 存储能力的突破。电力市场环境下的电网 调度自动化系统要求对每种电量交易和处理都有详 细的输入、处理、记录和存档 , 而且要允许买卖双 方及投资方随时随地查询。为此 , 电网调度自动化 系统要与 IN TERN ET 实现“平滑联接”, 发电厂 和电业局要在 IN TERN ET 上注册本企业域名 , 建 立本企业主页 , 以供有关各方随时查询。 c1 网络能力的突破。由于系统间数据通信的 需要 , 网络的信息量大大增加 , 电力市场环境下的 电网调度自动化系统 , 要解决好数据访问方式和流 量控制等问题。同时 , 对网络安全也提出很高的要 求 , 对网络隔离和防火墙技术要给予妥善解决。 d1 开放性能力的突破。电力市场环境下的电 网调度自动化系统要在网络接口 , 数据库接口 , 应 用程序接口 , 操作系统 , 传输控制协议 , 人机界 面 , 编程语言以及系统支持软件等方面向国际流行 趋势靠拢 , 并符合开放性标准 , 以便于不同应用系 统的集成和第三方软件的接入。 e1 综合决策能力的突破。电力市场环境下的 电网调度自动化系统是安全经济调度、发电计划、 系统运行、合同管理及支持决策的综合统一体 , 应 采用面向对象技术、多媒体技术、人工智能技术、 神经网络技术及电力系统通信结构 UCA ( Utility Communication Architecture) 技术等 , 使之与发电 厂效率系统、管理信息系统 M IS (Management In2 formation system) 、配电管理系统和水文气象系统 等无缝联接。 3 系统配置 从国际发展趋势上看 , 电网调度自动化主站系 统已进入基于工程工作站的功能分布、面向对象、 网络结构的开放性系统 , 国外各大系统工程公司如 SIEMENS、ABB、WSL 、ESCA、HARRIS 等都宣 称自己新开发的系统是开放性系统。然而从实际情 况看 , 现在所谓的完全开放性系统还只是商业宣 传 , 但是开放性系统终究是 90 年代乃至 21 世纪初 的发展方向。因此不同厂商的系统要做到开放 , 必 须在软件上遵循下列标准 , 一个系统符合这些标 准 , 则在系统中任一部件或子系统更换时 , 就不致 引起整个系统的变动 , 而整个系统更换时 , 应用软 件也不受影响。 311 开放性系统标准 31111 操作系统标准 IEEE POSIX 工作组制定的 POSIX 标准 , 不 是人们误解的 UN IX , 因为 UN IX 也有实时性差、 版本众多、互不兼容的缺点。 31112 数据库访问标准 用 SQL 访问数据 , 目前的趋势是采用实时数 据库管理系统和商用数据库管理系统相结合的方 式。如 WSL 采用 IN GRES (其 613 版的智能数据 库已朝面向对象的 DBMS 迈进了一步) 、CAE 及电 科院与东北电网调度中心采用的 SYBASE 为首家 推出 具 有 面 向 对 象 功 能 的 产 品、ABB 和 EM2 PROSE 采用 ORACL E 等 , 以更好地满足实时响应 和处理历史数据的要求。 31113 图形用户界面接口 目前这方面还有正式的国际标准 , 但存在着事 实上的工业标准 : 即 X - windows 和其上的用户界 面 OSF/ MO TIF 和 OPENLOO K , 其中 OSF/ MO2 TIF 为多数计算机厂商及 EMS 厂商接受 , 已成为 事实上的工业标准。 31114 网络通信标准 新开发的系统在局域网上用 OSI 的 TCP/ IP 作 为通信接口标准、X125 作为广域网通信标准已成 为无可争议的事实 , 但随着进一步发展 , 有以 FD2 DI 取代 ETHERN ET , TO KEN RIN G 取代 TCP/ IP , ISDN 取代 X125 的趋向 , 尤其是随着多媒体 技术的发展 , ETHERN ET 已不能适应要求 , 其首 先由 FDDI 取代已是必然趋势。 312 主站配置分析 主机型号的选择一直是建立系统时要考虑的一 个关键问题 , 由于计算机技术的迅速发展 , 使现在 流行的计算机 2～3 a 后即被淘汰 , 因此计算机的 选择既要照顾到可能性又要兼顾未来的发展 , 随着 DEC Alpha 的推出 , DEC Chip21064 的问世 , 使计 算机系统体系结构发展跃上一个新台阶 , Alpha 的 设计 寿 命 为 25 a , 即 为 跨 入 21 世 纪 的 芯 片。 SIEMENS、ABB、NARI、电科院等都宣布采用 Alpha 平台做为其新系统的主机。 Alpha 采用了高集成度的 VL SI 技术 , 即 0175 μm CMOS - 4 工艺技术 , 是 DEC 的最新工艺技术 , 几种工艺技术的比较见表 1。 Alpha 是一种 RISC 结构 , 它采用超标量、超 — 24 — © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
表1 DEC CMOS技术发展概况 流水线的结构方案，每个机器周期可执行2条指 项目 CMOS-01 CMOS-02 CMOS-03 CMOS-04 令，每s可处理指令达4亿条。其64bit虚拟地址 空间和8~64K的页面，在其扩展的虚拟地址空 制造时间 1985 1987 1989 1991 间，可直接处理10亿甚至万亿字节为单位的数据， 最小线宽/μm 2.0 1.5 1.0 0.75 从而为文字与图像处理、数据库管理、语音处理等 最大芯片尺时 0.9 1.2 1,4 2.0 带来方便，还允许应用多处理器实现指定的功能。 /cm Alpha与VAX在体系结构上的区别见表2。 电压/V 5.0 5.0 3.3 3.3 Alpha广受欢迎的另一重要原因在于Alpha设 品体管数目 0.2M 0.4M 0.8M 1.7M 计者的独创PAL Code,它使得Alpha成为适用于 CISC速度M业 12 37 77 83 多种操作系统的一种体系结构(SOF/1、OPEN RISC速度/MH业 66 100 200 VMS、Windows NT),而且目前尚无一种其它型 号的计算机能达到适用多种操作系统的水平。所 表2Apha与VAX在体系结构上的区别 以，建议地区电网调度自动化系统主要机型配置选 用Alpha机。 项目 VAX Alpha 4结束语 CISC结构 RISC结构 体系结构 复杂指令系统计算机 电力市场环境下，电网调度自动化系统应该以 精简指令系统计算机 崭新的面貌出现。要求电网调度自动化系统设计者 虚拟地址长度 32位 64位 应该首先具有电力市场的观念。在系统的开放性、 页面大小 512字节 8一64K字节 实时性、网络结构、网络能力、计算能力、综合决 指令长度 151字节 4字节(32位) 策能力及主站选型配置方面要有新突破，应尽量采 通用寄存器（个 1632位 6464位 用面向对象技术、多媒体技术、人工智能技术、神 数位) 经网络技术及电力系统通信结构技术等，使之与发 寻址方式 21种 3种 电厂效率系统、管理信息系统、配电管理系统等实 指令集 通用 装入/存储 现无缝联接。 正数，浮点数，位 作者简介： 数据类型 字段，队列，字符整数，浮点数 冯庆东，男，硕士，工程师，主要从事电力系统自动化方面的 串，十进制数串 研究。 (收稿日期1999-07·08) 低燃耗的混合型汽车 日本本田汽车公司新近推出一种下一代超能效 减伤安全技术”，设计出新的碰撞安全车身。 汽车，该车采用了公司的集成动力辅助系统 这种混合型汽车有以下3个特色：首先，它采 种高效混合型动力源，其轻质铝车身采用了最佳流 用了新开发的3缸1L节油型VTEC发动机，并引 线型设计，一升汽油的行程为30多km。该新型车 进了使用无刷直流电动机的集成动力辅助系统。其 将于1999年年底在日本、北美、欧洲及亚洲上市。 次是车身使用了轻质铝合金，易于回收。由于广泛 该车型是以本田公司1997年在32届东京汽车 采用了轻质铝合金、高可铸性塑料及铝板，使车体 展上展出的概念车为基础开发的。它是全球燃效最 重量在800kg以内。第三是采用了最佳流线型设 高的汽车之一，其尾气排放值大大减少（低于日本 计，使汽车推进能降到最低。因此，该车既有低抛 国内尾气排放控制标准的1/10)，其动力性能可与 紧凑的车身，又保证了内部舒适、宽敞的空间，使 1500L汽油发动机汽车媲美。另外，该车在本田 各项性能达到最优。 G-控技术的基础上，融合了该公司的“行人头部 43 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
表 1 DEC CMOS技术发展概况 项 目 CMOS - 01 CMOS - 02 CMOS - 03 CMOS - 04 制造时间 1985 1987 1989 1991 最小线宽/μm 210 115 110 0175 最大芯片尺寸 / cm2 019 112 114 210 电压/ V 510 510 313 313 晶体管数目 012M 014M 018M 117M CISC速度/ MHz 12 37 77 83 RISC速度/ MHz 66 100 200 表 2 Alpha 与 VAX 在体系结构上的区别 项 目 VAX Alpha 体系结构 CISC 结构 复杂指令系统计算机 RISC 结构 精简指令系统计算机 虚拟地址长度 32 位 64 位 页面大小 512 字节 8～64 K字节 指令长度 1～51 字节 4 字节 (32 位) 通用寄存器 (个 数 ×位) 16 ×32 位 64 ×64 位 寻址方式 21 种 3 种 指令集 通用 装入/ 存储 数据类型 正数 , 浮点数 , 位 字段 , 队列 , 字符 串 , 十进制数串 整数 , 浮点数 流水线的结构方案 , 每个机器周期可执行 2 条指 令 , 每 s 可处理指令达 4 亿条。其 64 bit 虚拟地址 空间和 8～64 K 的页面 , 在其扩展的虚拟地址空 间 , 可直接处理 10 亿甚至万亿字节为单位的数据 , 从而为文字与图像处理、数据库管理、语音处理等 带来方便 , 还允许应用多处理器实现指定的功能。 Alpha 与 VAX 在体系结构上的区别见表 2。 Alpha 广受欢迎的另一重要原因在于 Alpha 设 计者的独创 PAL Code , 它使得 Alpha 成为适用于 多种操作系统的一种体系结构 (SOF/ 1、OPEN VMS、Windows N T) , 而且目前尚无一种其它型 号的计算机能达到适用多种操作系统的水平。所 以 , 建议地区电网调度自动化系统主要机型配置选 用 Alpha 机。 4 结束语 电力市场环境下 , 电网调度自动化系统应该以 崭新的面貌出现。要求电网调度自动化系统设计者 应该首先具有电力市场的观念。在系统的开放性、 实时性、网络结构、网络能力、计算能力、综合决 策能力及主站选型配置方面要有新突破 , 应尽量采 用面向对象技术、多媒体技术、人工智能技术、神 经网络技术及电力系统通信结构技术等 , 使之与发 电厂效率系统、管理信息系统、配电管理系统等实 现无缝联接。 作者简介 : 冯庆东 , 男 , 硕士 , 工程师 , 主要从事电力系统自动化方面的 研究。 (收稿日期 1999 - 07 - 08) 低燃耗的混合型汽车 日本本田汽车公司新近推出一种下一代超能效 汽车 , 该车采用了公司的集成动力辅助系统 ———一 种高效混合型动力源 , 其轻质铝车身采用了最佳流 线型设计 , 一升汽油的行程为 30 多 km。该新型车 将于 1999 年年底在日本、北美、欧洲及亚洲上市。 该车型是以本田公司 1997 年在 32 届东京汽车 展上展出的概念车为基础开发的。它是全球燃效最 高的汽车之一 , 其尾气排放值大大减少 (低于日本 国内尾气排放控制标准的 1/ 10) , 其动力性能可与 1 500 L 汽油发动机汽车媲美。另外 , 该车在本田 G - 控技术的基础上 , 融合了该公司的“行人头部 减伤安全技术”, 设计出新的碰撞安全车身。 这种混合型汽车有以下 3 个特色 : 首先 , 它采 用了新开发的 3 缸 1 L 节油型 V TEC 发动机 , 并引 进了使用无刷直流电动机的集成动力辅助系统。其 次是车身使用了轻质铝合金 , 易于回收。由于广泛 采用了轻质铝合金、高可铸性塑料及铝板 , 使车体 重量在 800 kg 以内。第三是采用了最佳流线型设 计 , 使汽车推进能降到最低。因此 , 该车既有低抛 紧凑的车身 , 又保证了内部舒适、宽敞的空间 , 使 各项性能达到最优。 — 34 — © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
