电网调度自动化系统发展趋势.pdf

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1、E 匹窭S m a r iG r i d第2 5 卷第1 l 期2 0 0 9 年1 1 月电网与清洁能源P 妇e rS y s t e ma l l dC l e 龃E n e 喑yV 0 1 2 5N o 1 lN o v 2 0 0 9文章编号：1 6 7 4 3 8 1 4(2 0 0 9)l l 0 0 5 8 0 5中图分类号：T M 7 3 4电网调度自动化系统发展趋势张智(宁夏吴忠供电局，宁夏吴忠7 5 1 1 0 0)文献标志码：AD e V e I o p m e n tT r e n d so fP o w e rD i s p a t c h i n gA u t o

2、m a t i o nS y s t e mZ H A N GZ h i(N i n 鲥aw u z h o n gP 0 w e rS u p p l yB u 陀a u，W u z h o n g7 5 1 1 0 0，N i n 群i aH u iA u t o n o 啪u 8R e g i o n，C h i n a)A B S T R A C T：I nt h i sp a I)e r，t h ea u t l l o rs u m m 趾_ i z e st l l ep r e s e n ts i t u a t i o no ft I l ep o w e r 咖dd i

3、s p a l c h i n ga u t o 眦t i o ns y B t e mw i t l lp r o b l e 眦e】【j s t i n g 帅dc h a l l e n g e s e d，锄d 肌a l y z 啪t I l ed e v e l d p m 哪o fm eB y s t e mi nt l l en e wc 试、u m 吼胁c 黯o fe v e r i m p r o v i n gi n t e m a t i a lg L 蛳捌8，b u i l d i n g0 f t 1 es m a n 研d 8蚰d e m e 晒n 9 0 f n

4、e w t e c h n o l o g i 船，锄d e v e 卜c h 鲫g i n g d e 咖d 8，蚰dc o n c l u d e 8t l l a tt l es y s t e mi sn o wc o 南n t e d 试山舱r i o u 8c h a U e n 8 朗锄dn e e d g 目啪t e r d e v e l 叩m e n LK E Y 掣V o R D S：P o 啪r d i s p a t c h i n g；a u t o m t i o n；s m a r t g r i d；8 f n a r tm e t e 捂；n e t m r

5、 k c u d t y；6 1 9 7 0I E C8 诅n d a r d摘要：综述了目前电网调度自动化系统的现状、存在的问题以及面临的挑战。分析了调度自动化系统随着国际标准完善智能电网的建设、新技术的涌现以及需求的不断变化而不断发展的趋势，指出新形式下电网调度自动化系统面临着严峻的挑战需有更大的发展。关键词：电网调度；自动化；智能电网；智能电表；网络安全；I E c6 1 9 7 0 标准O引言调度自动化系统是保证电网安全稳定和经济可靠运行的三大支柱之一，电网在不断地发展，电网的运行和管理需求在不断地变化，要保证电力生产的安全有序进行，作为重要支柱的调度自动化系统要与这些需求相适应，进行

6、升级和发展。当前，随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出电网发展面临新课题和新挑战。依靠现代信息、通信和控制技术，积极发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，已成为国际电力发展的现实选择。电力工业正面临着新的形势。国家电网公司在加快推进特高压电网建设的同时，高度重视智能电网技术研究和工程实践。在大电网安全稳定控制、广域相量测量、灵活交流输电、数字化变电站、配电网自动化、智能电表应用、可再生能源的接人与送出、大容量储能、电动汽车等领域开展了大量工作。取得了一批拥有自主知识产权的重要成果在技术理论、装备制造和工程实施方面为发展智能电网打下了坚实基础川。电

7、力工业已实现西电东送和南北互供为特征的全国联网格局；以厂网分开和竞价上网为准则的电力体制改革正全面实施；以调度模式和配网模式为代表的管理体制正悄然变化：以功角测量和灾变防治为先导的新应用正应运而生。这些新的形势对电网调度自动化系统的发展既提出了新的挑战，也提供了新的机遇。同时，与调度自动化系统发展密切相关的计算机、通信和人工智能等领域的新技术和新思想不断涌现C O R B A 技术、多代理技术、面向对象实时库的思想、软件开发规范化的思想等，为电网调度自动化系统的发展提供了技术保障和推动力。I E C、I S O、O M G、O P C 和E P R I 等标准化组织和研究机构，以一个模型和一个

8、标准为战略，推出了与调度自动化系统相关的新的接口标准I E C6 1 9 7 0、I E C6 1 9 6 8 和I E C6 1 8 5 0 等，催化了新技术在调度自动化系统中的应用。调度自动化系统由支持平台和应用软件2 部分组成，支持平台为应用软件提供统一的底层服务如数据存取(数据库管理)、数据传输(网络管理)和数据显示(人机管理)，使应用软件能专注于业务逻万方数据第2 5 卷第1 1 期电网与清洁能源蹋匮盈硼S m a r lG r i d5 9辑的处理。调度自动化系统的发展同样包括支持平台和应用软件2 个方面。一方面，由于一次系统的变化、管理模式的变化和应用需求的变化，系统需要增加新的

9、应用功能需要改造原有应用软件。另一方面支持平台是调度自动化系统最活跃的内容。应用软件的发展要求支持平台提供新服务、新技术、新标准，甚至新的硬件平台都首先体现在支持平台更新换代上。因此，当前形势下调度自动化的发展涉及到许多方面的内容。从分析传统调度自动化系统存在的主要问题人手，着重讨论在新形势下，新技术、新标准和新的应用需求对调度自动化系统发展的影响。1 传统系统存在的问题调度自动化系统直接面向调度员和操作员。对电力系统进行实时控制，是调度中心最为重要的电力二次系统。事实上。传统调度自动化系统在电力系统运行调度中发挥了不可替代的作用。然而随着电力一次系统的发展、自动化水平的提高和电力管理体制的变

10、革，传统调度自动化系统逐渐暴露出一些问题，并越来越突出阁。1 1 系统接口问题调度自动化水平的不断提高和市场体制的向前推进，使调度中心产生很多自动化系统，如调度自动化系统、配电自动化系统、电力市场交易系统、电能量计计费系统、G I S 系统等，每个子系统包含许多应用功能，如调度自动化系统包括S c A D A 功能、A G C 功能、网络分析功能和调度员培训仿真功能等。这些系统或功能相互之间需要交换各种数据，而它们往往又来自不同的厂家，在不同的时期分批建设，因此，不同系统和不同产品之间的接口非常重要。调度自动化系统的传统接口方式有3 种：1)基于专用通信协议的接口方式。针对具体的应用场合，按约

11、定的通信协议交换所需的信息，接口类型一般采用网络方式，开放通信的报文格式。2)基于数据库的接口方式。首先定义信息交换的数据库结构，通过数据库进行数据共享。3)基于文件的接口方式。通过约定的文件格式将交换的数据写入文件，通过文件传输获取所需数据。不论采取何种方式，传统接口具有如下共同特点：1)信息交换模型都是私有的，需要相互协商。2)一一对应进行接口，没有统一解决方案。由于不能很好与先期投运的系统接口用户要重复建设和维护一些应用功能；由于不能很好与其它系统接口，调度自动化系统容易形成信息孤岛。因此，迫切需要对接口进行规范采用标准的开放的信息交换模型，采用标准的统一的信息传输机制，使各个异构的系统

12、能无缝接口异构的模块能即插即用。1 2 网络安全问题随着计算机网络技术的发展。调度自动化系统在横向和纵向都进行了互联。横向与同一调度中心的其他系统联接，如电力市场交易系统、电能量计量系统、配电自动化系统和调度生产管理系统等。纵向与R T U、变电站综合自动化系统和上下级调度自动化系统互联。网络化使各个系统在信息共享的同时，也把网络安全问题带了进来，黑客、病毒等各种恶意攻击严重威胁到调度自动化系统的安全。甚至可能导致一次系统的事故1 3】。在传统调度自动化系统中。没有一个完整的网络安全考虑，不同安全性要求的系统之间没有必要的安全防护措施。W E B 服务可穿透到调度自动化系统，为黑客提供了通路。

13、网络化是调度自动化系统外部系统接口的必然趋势，网络安全是需要着重考虑的问题，系统之间必须是安全的互联。安全的信息共享和资源共用。传统系统组网方式多种多样在网络安全方面的考虑比较薄弱，是迫切需要解决的问题。1 3 系统开放性问题开放性是调度自动化系统的一个重要指标涉及到系统结构、数据和功能等多个方面。限于当时的技术条件。传统系统的开放程度还不高。主要表现在：1)数据的开放性。传统系统仅在系统软件层采用了T C 肌P、M o t i f 和s Q L 等标准，但应用层没有标准化。正如前文所述，接口都是私有的，没有规范化的信息模型。2)结构的开放性。传统系统基本上属于一种功能分布式系统根据功能不同，

14、把软件部署在相应的计算机节点上，同一功能软件内部耦合的很紧系统结构的扩展和延伸对原有系统影响很大。万方数据E 口鬻+S m a nG r i d6 0张智：电网调度自动化系统发展趋势V 0 1 2 5N o 1 l3)功能的开放性。传统系统不同功能模块之间，与外部系统之间不具有互操作性，软件功能的可重用性较低|4 J。调度自动化系统本身的功能也可能是异构的由不同的硬件、操作系统和厂家提供，有多家支持平台，有多家应用软件，必须能集成到一起协调高效运行。另外，调度自动化系统本身的容量和功能要不断扩展，增加功能、厂站和设备要非常方便不能重复建设。因此，传统系统的开放性需要进一步提高。除了在系统接口、

15、网络安全和系统开放性等方面的问题，传统系统还存在冗余机制下的软件切换和数据一致性、S C A D A 与平台功能含混不清、对不同数据环境的研究态支持以及缺乏实用的电网动态分析功能和如何动态共享网络等值结果等方面的问题。随着新技术、新标准和新的解决方案的出现。随着计算机处理速度的提高，原来系统存在的问题将重新提上议事日程，逐渐得以解决阳。2 新技术的影响调度自动化系统是一套计算机监控系统，随着计算机领域新技术的不断出现而快速发展。计算机处理速度和网络技术的提高，使得一些离线应用变成在线应用，并不断激活新的应用。计算机软件业的组件化、面向对象、中间件和多代理等思想，使得调度自动化系统在体系结构、性

16、能指标和功能等方面产生质的飞跃。系统的开放性、可靠性和灵活性越来越好。各种防火墙技术、加密技术和防病毒技术使调度自动化系统的安全性越来越高嘲。2 1组件技术模块化和分布式是调度自动化系统软件设计的重要思想I q 但传统系统的模块化没有落到实处，不同模块耦合的较紧，模块的重用性不高，分布式还局限于功能的分布而非一种分布式结构。I E C6 1 9 7 0 标准系列推动了组件技术在调度自动化系统模块化和分布化设计中的运用。应用软件接口标准化的前提是对应用软件模块按合理的粒度进行划分和封装，整个系统由若干透明访问接口的组件模块组成，这些模块的职能是分工的，部署一个网络系统的机器上，需要一个组件执行环

17、境来保证各个模块的数据交换和协调运行。因此，组件技术是当前调度自动化系统发展的一项重要技术。组件技术在调度自动化系统的实施包括软件的组件化和组件执行环境2 个方面。软件的组件化是指根据C O R B A 或D C O M 等某个组件规范按合理的粒度进行软件封装。组件执行环境是指C O R B A 等中间件，提供一套面向对象的分布式管理环境。目前计算机软件业主要流行C O R B A、E J B、D C O M 和w e bS e n r i c e s 这4 种组件模型。C O R B A 是O M G 组织制定的一套面向对象的分布式计算体系结构规范，称为C O R B A 规范，比较成熟完整

18、。C O R B A 规范主要包括O R B 和对象服务等，O R B 是基于I I O P 协议的软总线，提供透明访问的互操作机制，I I O P 是在T c M P 之上封装的0 R B 通信协议。服务包括名字服务、事件服务和并行控制服务等分布式对象环境下的各个方面。是组件执行的保障。组件技术对于调度自动化系统发展的意义在于：1)是I E C6 1 9 7 0 标准实施的基础。2)提供了一种真正的分布式体系结构。3)从平台层解决了数据交换的异构问题。2 2 面向对象技术实时数据库是调度自动化系统的核心。面向对象技术在传统系统中已用于图形系统等方面，然而还没有用于实时数据库，传统的实时数据库

19、基本属于层次模型或关系模型，不具有面向对象的特性。面向对象技术在实时数据库中的运用首先要注意2 点：1)对象是有粒度要求的，既不是细化到点的数据对象，也不是概念性的对象，而是指把某个设备、某个功能等抽象成对象。2)面向对象实时数据库在调度自动化系统中运用，不仅是技术先进性的要求而且是为了更好地遵循c I M。c I M 是面向对象的，面向对象数据库可直接支持C I M。由于数据库管理系统的思想是方法与数据处理分离，数据库中只存放数据。面向对象技术的思想正好相反，数据和方法要封装到对象中。因此，面向对象实时库的实现是比较复杂的好在C I M 可用面向对象的数据结构来表达，数据库可不考虑对方法的存

20、储。另外，面向对象实时库还要考虑对原有应用软件的兼容。原有应用软件是基于关系和层次数据模型的，如果全部改为基于对象模型不仅改造工作万方数据第2 5 卷第1 1 期电网与清洁能源蕊Z 口S m a nG r i d6 1量太大。而且应用软件的成熟性不能保证。因此，比较可行的解决方案是实时数据库能同时提供对象、关系和层次接口，满足不同要求。当原有系统的应用软件全部按面向对象的组件化改造完成后可屏蔽实时数据库的层次特性，当用户普遍习惯按对象组织的电力系统模型表达后可屏蔽实时数据库的关系特性。2 3 网络安全技术自动化水平的提高使调度中心的子系统越来越多，网络互联和资源共享是必然趋势。然而，系统互联带

21、来的网络安全问题越来越突出，黑客、病毒等恶意攻击严重威胁着调度自动化系统的安全。防火墙、安全网关、物理隔离、访问控制和认证加密等网络技术将用于调度自动化系统。目前，电力二次系统的安全防护体系方案正在实施，其中网络安全是非常重要的内容。除了在新的调度自动化系统中采用相应的网络安全技术外，还要特别注意这些技术对调度自动化系统内部的影响主要表现在以下几个方面：1)支持平台中网络管理软件如C O R B A 要处理网络安全设备带来的影响。2)调度自动化系统要根据不同的网络安全要求进行划分区域，数据流程会发生较大变化。3)网络带宽和效率的影响。3 新标准的影晌目前。基于网络、面向对象、自我描述、抽象服务

22、和统一建模等为主要思想的国际标准推动着调度自动化系统的发展，这个系列的标准包括I E C6 1 9 7 0、I E C6 1 9 6 8 以及与各个厂站接口的I E C6 1 8 5 0。其中I E C6 1 9 7 0 是对调度自动化系统最有影响的一个标准系列。I E C6 1 9 7 0 包括C I M 和C I S2 部分内容，c I M 部分定义了电网模型，C I S 部分规范了接口描述。该标准系列对调度自动化系统的应用软件、支持平台和软件开发过程都会产生重大影响。在应用软件方面，新标准要求对应用软件进行组件化改造。I E C6 1 9 7 0 是应用软件的接口标准，定义了应用软件与外

23、部互操作的接口问因此采用I E C6 1 9 7 0 的前提是对应用进行封装使其与外界通信的方式仅为透明的接口。对于原有的应用软件，无论内部采用何种数据模式。都可建立与C I M 的映射关系，在外部封装符合C I S 规范的接口。对于新的应用软件可直接基于C I M 和C I S 实现组件化，减少不同数据模式的转换。如果其接口按I E c6 1 9 7 0 进行规范应用的实现就可由组件积木式搭建，即插即用同。在支持平台方面，要求能提供应用软件组件的执行环境以及对c I M 数据模式的支持。虽然I E C6 1 9 7 0 是应用软件的接口规范但应用软件的接口御要通过支撑平台来实现。组件的执行需

24、要提供组件执行环境。必须符合组件规范，才能实现组件的分布式调用，这些是传统系统中的网络管理不能胜任【q的。典型的组件执行环境是C O R B A 中间件，组件执行环境不仅仅是网络通信，它是应用软件接口标准化的基础设施。通过其提供的软总线和各种服务构成分布式管理环境，使组件化的应用软件嘲能够正常运行。因此，对支持平台而言，提供一个互操作的机制和互操作的语言来保证应用软件的接口标准化是支持平台发展的方向。I E C6 1 9 7 0 标准对调度自动化系统的另一个重要影响是促进了软件开发过程的标准化。I E C6 1 9 7 0要求应用软件和支持平台通过合理的功能划分提供清晰的接口，实现组件化和标准

25、化。组件化是将系统划清各自明确的责任，包装成黑箱，提供清晰的接口与外界通信，在组件容器中协调工作，完成系统功能并控制异常事件流，因此，组件化对软件的成熟度有较高的要求，对软件开发的过程能够控制【司。调度自动化系统将逐渐采用面向对象的软件开发工具进行分析、设计和编程总体而言，新标准将对调度自动化系统的发展产生重大而深远的影响，对使用、研发都是非常重要的。对用户而言，克服了传统系统接口困难的问题调度自动化系统本身各个模块之间以及与其它系统之间不再需要产品生产厂家协商进行一一定制。将原来的网状接口拓扑变成了总线结构，通过符合标准的数据总线，将各个软件集成在一起，降低了接口的成本，提高了数据共享的范围

26、和效率，用户可同时采用不同厂家的支持平台和应用软件产品。对开发单位而言，降低了开发成本和开发周期。提高了系统的灵活性和开放性。4 新需求的影响当前，调度自动化系统的发展任务是一方面万方数据口蟹”_S m a r tG r i d6 2张智：电网调度自动化系统发展趋势采用新技术和新标准解决传统系统的老问题另一方面是实现新的应用软件满足新需求。在新形势下，安全防护、电力市场和动态分析等新的需求将对调度自动化系统的发展产生较大影响。1)电网动态分析。电网动态过程的在线分析和预决策应该是非常有效的。我国目前调度自动化应用软件还基本处于静态分析的应用水平，去年南方电网冰灾险情，这些一次系统的电网灾变使我

27、们认识到电网动态分析的蕈要性和迫切性。电网调度自动化的应用将从静态分析向动态分析发展。融合电网实时信息、P M u 信息、保护动作信息、故障录波信息并加以分析提炼的电网灾变防治辅助决策系统将成为调度员强有力的助手。2)研究态庞用。调度自动化系统不仅要分析和处理实时数据而且还要同时分析历史数据或未来预想的数据，有实时态和研究态2 种应用方式。因此调度自动化系统要有同时处理多份数据环境的能力，而传统系统一般只能处理实时态一份数据。3)调度管理模式。随着电网的发展和无人值班变电站的大量接入，系统的信息量会越来越多，进行更细的分层管理模式是必然的将信息汇入区域性的集控站，再接入调度自动化系统，并在业务

28、上进行合理的划分。这种调度管理模式的变化。使调度自动化系统延伸出集控站管理系统。但如何进行合理的信息分流，不致使大量信息干扰调度员的判断是一个值得研究的课题。4)电力市场交易。电力市场对调度自动化系统发展的影响是根本性的，一方面，系统要开发出与电力市场交易相关的应用另一方面。系统中传统的应用软件要根据电力市场条件做相应的改动。真正使调度中心在指挥中心的基础七成为交易中心。5)交直流混合系统分析。目前，全国电力系统联网，用直流输电进行大区联网具有独特的优势，将来的电网将是一个交直流混合的特高压大电网。因此调度自动化系统要能适应一次系统的这种变化，分析和处理直流模型。由于对直流系统的运行特性，特别

29、是交直流混合系统的动态特性，调度人员不是很清楚因此加强交直流混合输电网的分析手段和仿真手段是应用软件而临的新课题。6)二次系统三层四区安全防护。网络技术使二次系统能互联互通和共享资源，然而，带来新的要求是保证包括调度自动化系统在内的二次系统的安全问题。各级控制中心的调度自动化系统都必须按照三层四区的安全防护方案整改。在各种安全隔离设备下的网络管理和数据接口要达到新的要求。同时，各种新的安全防护技术将用于调度自动化系统的各个接口环节。5 结论目前调度自动化系统的发展正处于一个最活跃的时期，新技术、新标准、新体制和新的需求推动着调度自动化系统的发展。调度自动化系统将沿着从静态分析到动态分析、从离线

30、研究到在线研究、从局部控制到全局控制、从开环运行到闭环运行、从集中管理到分层管理，从计划渊度到市场调度以及从分立模式到集成模式的总体趋势向前推进。新形势下电网调度自动化系统面临着严峻的挑战，需要有更大的发展。参考文献【l】柳明何光宇I E c6 1 8 5 0 仃E c6 1 9 7 0 保护模型的协调f J l 电力系统自动化。2 0 0 6，3 0(2 2)：1 7 一1 9【2】李红，吴军民，郭经红，等新一代数字记录系统在电力调度中的应用J】电网与清洁能源，2 0 0 9，2 5(1)：2 l 一2 3【3】成乐祥，李扬，唐瑜节能发电调度监管信息系统建设探究【J】电网与清洁能源，2 0

31、0 9，2 5(1)：2 4 2 8【4】辛耀中新世纪电网调度自动化技术发展趋势【J】电网技术，2 0 0 1，2 4(1 2)：8 9 f 5】屠强，衣立东，朱敏奕，等，西北电网区域(酒泉)调度测风网络规划研究【J】电网与清洁能源，2 0 0 8，2 4(1 1)：3 5 3 9【6】姜毅君，蕈倩，千小军节能环保调度对电网企业的影响J 1 电网与水力发电进展，2 0 0 8，2 似3)：4 l 4 4【7】杨菊香集对综合评价摸型在水库优化调度方案决策中的应用【J】电网与水力发电进展，2 0 0 8，2 4(6)：5 8 6 1【8】黎作明基于新一代能量管理系统的l E C6 1 9 7 0 标准的应用【J 1 广东电力，2 0 0 9，2 l(4)：3 l 一3 0 收稿日期：2 0 0 9 一l o-2 3。作者简介：张智(1 9 7 2 一)，男。工程师，从事电网的调度自动化。r 作。(编辑董小兵)万方数据