电力市场技术支持系统.doc

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1、电力市场技术支持系统的新框架The New Framework of Power MarketTechnical Support System于尔铿 周京阳 张学松（中国电力科学研究院，北京 ）摘要 EMS是对SCADA、 AGC和网络分析等自动化“岛”的集成，电力市场技术支持系统又是对EMS和信息系统（IS）等自动化“岛”的集成。电力市场技术支持系统新框架分为两大部分：由合同管理系统、报价系统、信息发布系统、结算系统与管理信息系统(MIS)、电能计量系统统一设计为电力市场信息系统；由竞价发电系统与EMS统一设计为电力市场应用软件系统。Abstract: EMS is an integrati

2、on of SCADA, AGC, and Network Analysis technologies. The power market technical support system is again an integration of EMS and information technique (IT) technologies. This paper includes two major parts: The power market information system (PMI), which includes the contract management system, bi

3、dding system, information publishing system, accounting and clearance system, and MIS system. The power market application software system includes generation scheduling and EMS system. 1 电力市场技术支持系统的发展电力市场是把电作为商品进行交易的地方，电力市场技术支持系统是服务于电力市场运营的自动化系统，它随着电力市场实际需求与现代信息技术提供的新手段而发展。电力市场技术支持系统的发展分为两个阶段：初级试验阶

4、段和系统总体设计阶段。电力系统调度自动化由数据收集与监控（SCADA）、自动发电控制（AGC）、网络安全分析一直发展到能量管理系统（EMS）的服务对象都是垄断型的体制。电力市场技术支持系统的服务对象却是逐步开放型的体制，自动化功能一是在竞争各方（发电公司、电网公司、供电公司）之间建立强大的信息系统，二是建立符合“竞价上网、统一调度”原则的应用软件系统。初期试验阶段电力市场技术支持系统与EMS分离是必然的，因为初期电力市场对自动化功能需求尚不明确，只能逐步试验探索，而EMS供应商认为EMS已是定型产品不愿意与不成熟的软件混在一起而影响交货和付款日期。这一阶段开发的有关软件主要由合同管理系统（CM

5、S）、发电报价系统（GBS）、信息发布系统（SIS）、结算系统（SBS）和交易管理系统（TMS），而交易管理系统在模拟电力市场条件下包括计划电量分配和竞价发电计划两部分。这些新开发的软件与已有的EMS、MIS及电能计量系统（TMR）通过专门的接口联系在一起。经过几年的试验,试点单位浙江、上海、山东、辽宁、吉林等省市的开放发电市场的技术支持系统已通过部（省）级鉴定或验收，此外湖南省也通过了鉴定，四川省更有长期的试验经历。试验阶段电力市场的技术支持系统暴露的最重要的问题是网络安全校核速度跟不上实际需要。辽宁省针对96个时段竞价发电计划调用EMS数据进行潮流校核时间超过1小时；四川省仅做地区发电功率

6、校核，虽然当前快速而实用，但难以适应未来报价波动较大时运行方式的变化。总结前一段的试验,整个电力市场技术支持系统分为两大部分: 电力市场信息系统和电力市场应用软件系统,前者应由电力市场专家和信息专家设计(包含MIS和TMR),后者应由市场专家和电力调度专家设计(包含EMS和DTS).2.新一代电力市场技术支持系统概貌“自下而上”的总结已取得的经验,由表面的、分离的、静止的认识水平提高到本质的、相关的、动态发展的辩证认识水平，就可以“自上而下”做出新的系统设计。我国电力市场的指导方针是“竞价上网，统一调度”，统一调度是电力市场安全的保证，美国加州电力市场（ISO）多次事故的教训必须引以为戒。因此

7、，网络安全校核是电力市场技术支持系统设计成败的关键。GEN图2 安全校核进入EMS环境ISAPPEMSNETEMS图1 发电计划,安全校核与EMS分离方式ISAPPGENNET电力市场信息系统（IS）、应用软件系统（APP）、竞价发电计划（GEN）、网络安全校核（NET）与EMS的关系有图1至图3的三种配置方式。图3 电力市场应用软件进入EMS环境GENAPP(EMS)ISNET不同方式数据交换时间大不相同，影响这一时间决定于两个因素，一是总的交换次数多少（打开通道），二是每次交换数据量多少。由IS取得报价数据和由GEN取得发电计划数据量少，而取网络数据包括结构描述、元件参数、负荷数据、机组运

8、行与控制参数、母线电压计划、电容器/电抗器开关计划、网络监视标准、假想故障等数量庞大。图1针对每一时段的计划取一次EMS网络数据，花费时间最多；图2可以一次送多时段的发电计划，时间短的多；图3可以一次送多时间报价信息，时间最短。应该指出的是网络安全校核不仅对日计划的每一时段，而且针对12小时前的校正计划，还要针对实时调度和双边交易等，在电力市场中安全校核的条件（假想的运行方式、假象故障、安全标准）必须是公开的，取得电力市场各成员的确认。安全校核通不过时，调整发电计划会影响各成员的利益，所以校核的结果可能是经济纠纷案件中呈送法庭的证据。新一代电力市场技术支持系统概貌示如图4，这一系统性设计的优点

9、表现在：（1） 电力市场信息系统（包括已有的MIS和TMR）统一设计，避免各部分在功能、信息和硬件各方面的重复，克服各系统应用和维护上的不一致，提高效率。电 力 市 场 技 术 支 持 系 统信息系统MISCMSSBSSISTMRGBS图4 新一代电力市场技术支持系统应 用 软 件S C A D A系统负荷预测 机组组合水电计划 AGC交换计划母线负荷预测 状态估计潮流计算 预想故障分析阻塞调度 稳定分析发电计划 辅助服务 输电服务计划电 力 市 场 模 拟 系 统（2） 电力市场应用软件（包括已有的EMS和DTS）统一设计，将发电计划、辅助服务计划和输电服务计划置于EMS数据环境之中，增强安

10、全校核能力，成为“竞价上网，统一调度”的得力工具，在保证电网安全的条件下实现公平竞争，避免我国实现电力市场进程中的反复和挫折。以下分别说明电力市场信息系统和应用软件系统的设计。3电力市场信息系统设计当前MIS和TMR往往由不同的公司开发,而电力市场的CMS、GBS、SIS、SBS又由另外公司开发，实际这些功能均属数据管理系统，这种多家设计的局面造成数据、功能、画面和设备重复、应用与维护困难、数据无法共享、信息混乱、效率低下、可靠性低、浪费资金。长远设计这项同属数据管理功能的子系统应统一到电力市场信息系统之中，对各子系统的数据、信息画面和功能模块尽量提取“公因子”重新组成新系统，将使数据维护和应

11、用效率大为提高。（1） MIS与电力市场电价和运营相关的数据有： 管理费用， 检修费用， 发展费用， 燃料费用， 地区负荷。（2） CMS 主要内容有： 电能电力交换合同（区域件）， 水电合同， 燃料合同， 检修合同， 发电合同， 供电合同， 双边合同。（3） GBS主要内容有： 发电能力与报价， 报价合理性校核， 负荷申报。（4） SIS主要内容有： 负荷预测/实际负荷（省、地）， 报价信息， 发电计划， 电价预测/实际发电（网/公司/厂）， 结算信息， 网络安全（阻塞）信息。（5） SBS主要数据： 分时电量， AGC记录， 备用记录， 武功功率/电压损失记录， 发电/输电/供电费用。（6

12、）TMR主要数据： 分时分地电量（发电厂/供电公司）， 电量校核与修正， 发电/供电方确认。电力市场信息系统设计应打破原有专业界限，统筹考虑。设计目标为可靠、方便和快捷，并体现公平性。由EMS走向电力市场技术支持系统最大的变化是信息的扩展，由安全调度的信息收集到电力交易各方信息交流，这是电力信息技术（IT）的一次飞跃，也是数字化电力（Digital Power）的具体体现。4电力市场应用软件设计可以由EMS继承的应用软件有：系统负荷预测、AGC、发电计划、机组组合、水电计划、交换计划、燃料计划、检修计划、水库调度计划、状态估计、母线负荷预测、调度员潮流、预想故障分析、安全约束调度、无功/电压优

13、化、最优潮流、网络等值、暂态稳定分析、电压稳定分析和调度员培训模拟等。针对电力市场新开发的应用软件主要有：发电（竞价）计划、辅助服务计划和输电服务计划等。这些新的计划方面的软件往往由原EMS应用软件改造而来，涉及到网络安全校核功能则直接调用EMS的应用软件。竞价贯彻在一日前计划、一小时前校正和实时调度之中。竞价软件的区别主要决定于报价单位和报价形式。若报价单位选取发电公司/发电厂时，机组启停已隐含在报价之中了，机组组合属发电公司/发电厂内部解决的问题；而报价单位选取机组的话，机组组合就成为电力市场发电计划中必须解决的困难问题。发电报价曲线形式可以在以下几方面做出选择或规定：单段或多段；平线或斜

14、线；只允许递增或允许升降。当前竞价的发电计划面临的难题是：（1）旋转备用（发电机组升降速度）限制；（2）机组最短启停时间约束；（3）网络安全校核条件的正确设置和计算时间问题；（4）算法的收敛性和正确性（特别是报价曲线为平线或下降时）。机组组合可以直接采用EMS中的机组组合应用软件，只是将机组的启动和运行的经济性改为报价曲线。简单的排队法仅能用于水平报价特性，对于斜线甚至下降报价曲线必须研究更复杂的竞价算法。EMS中的水电计划和交换计划在电力市场初期仍然适用，但它们都会逐步过渡到报价和竞价，这两套软件均涉及大范围资源优化，放松管制的时间可能会晚一些。经验表明，实际竞价的结果恰好符合资源优化的原则

15、。AGC在电力市场中属于辅助服务，需要实时计算发电机组对AGC的响应和对备用的贡献，最终也可以走向报价和竞价。此外，还需要实时纪录无功功率调整和电压变化。再有，需通过状态估计实时计算网损，并将费用分配到交易各方。系统负荷预测、状态估计、母线负荷预测、电容器/电抗器（开关）投切计划、无功功率/电压调整计划、潮流等主要为发电计划的网络安全校核提供假想方式。针对次日发电计划计算潮流并不困难，真正的难点是提供校核网络安全的运行方式是否符合未来电网的实际情况，如各时段母线负荷的有功和无功功率、母线的电压和开关状态等，这是网络安全校核正确性的根本保证。这不仅需要配置以上应用软件，而且要精心维护其运行状态。

16、安全约束调度主要用来解除支路潮流越限，而电力市场用的阻塞调度不仅要解除支路过负荷，而且使解除的代价购电费用上升最少，并将其合理分配到交易各方。最优潮流从原理上可以解除支路过负荷和母线电压越限，但至今实用者少。在电力市场中最优潮流最有价值的功能是计算电网各节点（或区域）的实时电价。电力市场模拟系统用于培训与考核交易员和调度员、分析与研究市场规则和奖罚系数，测试应用软件性能等。电力市场应用软件需要EMS的实时模式与研究模式的数据环境，竞价发电计划、辅助服务计划和输电服务计划等软件脱胎于EMS的能量管理软件，并与网络分析软件融为一体，这样EMS已演变为电力市场应用软件。5总结电力市场技术支持系统是继电力系统MIS和EMS之后又一次技术飞跃。一方面将MIS、CMS、GBS、SIS、SBS、TMR统一设计为电力市场信息系统（IS），这是电力工业新的IT化水平，也是电力数字化（Digital Power）的体现；另一方面改造、利用EMS实时与研究环境及能量管理与网络分析软件，衍变为新的电力市场应用软件。参考文献：1 于尔铿，韩放 等，电力市场，中国电力出版社，1998。2 于尔铿，刘广一，周京阳，能量管理系统，科学出版社，1998。