我國電網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展

1、中國電力科學(xué)研究院，北京100085）DEVELOPMENT OF DISPATCHING AUTOMATION TECHNOLOGY IN CHINA FROM SCADA TO EMSWANG Ming-jun(China Electric Power Research Institute, Beijing 100085，China)ABSTRACT: The development course from SCADA to EMS for power system dispatching automation technology in China is presented and an

2、alyzed, some relevant technique decision makings are described. To suit the development situation of power system control, i.e., from SCADA to EMS, some suggestions on integrating real-time information with the enterprise resources planning (ERP) for power industry are put forward.KEY WORDS: SCADA；

3、EMS； IT； CIM； ERP摘 要：介紹和分析了我國電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)從數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）到能量管理系統(tǒng)（EMS） 的發(fā)展歷程，對電力部門幾次技術(shù)決策帶來的成果進(jìn)行了描述。最后，對自動化走向信息化進(jìn)行了論述， 并對將自動化的實時信息組入電力企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）提出了建議。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制；能量管理系統(tǒng)；信息技術(shù)；公用信息模型；企業(yè)資源規(guī)劃1引言數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）以及能量管理系統(tǒng)（EMS），在電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域已眾所周知。其 中，SCADA除應(yīng)用于電力部門外還廣泛應(yīng)用于石油、煤氣、軌道交通等非電力部門；EMS隨著電力經(jīng)營 體制的變革，傳統(tǒng)上的在線運行監(jiān)控

4、和離線營銷管理分離的局面，已不適應(yīng)當(dāng)代電力市場的需要，因此EMS 正在走向信息化的能量信息系統(tǒng)（EIS），并逐步組入當(dāng)代電力企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）。我國電力部門是較先進(jìn)入數(shù)字化和自動化，并為信息化奠定良好基礎(chǔ)的工業(yè)部門之一。本文將就其發(fā) 展過程、技術(shù)特點及今后展望進(jìn)行分析和探討，試圖得出一些有益的啟示。2改革開放前的“自力更生”我國的電網(wǎng)調(diào)度自動化起步較早，大體經(jīng)歷了遠(yuǎn)動化、數(shù)字化和自動化3個階段。早在20世紀(jì)50年 代中期，就開始研制有接點遙信和頻率式遙測遠(yuǎn)動裝置，在東北、北京等地區(qū)進(jìn)行無人值班變電站的試點， 并在計算技術(shù)的影響下，由布線邏輯向數(shù)字化、軟件化的方向發(fā)展。1958年電力部主管部

5、門作出了一次關(guān)于研發(fā)計算機的重要技術(shù)決策：支持當(dāng)時的華北電力設(shè)計院派人 參加由中國科學(xué)院計算所研制的我國第一臺大型數(shù)字電子計算機（104機）的調(diào)試和投運工作。此工作導(dǎo) 致了電力部門161電子管計算機和167晶體管計算機兩代計算機的研制和應(yīng)用開發(fā)工作。隨后骨干力量分 流到電力部南北兩個主要研究單位一一電力自動化研究院和中國電力科學(xué)研究院（以下簡稱電自院和電科 院），促進(jìn)電力部門較早地進(jìn)入數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域。兩代計算機的先后投運和推廣應(yīng)用，在設(shè)計、研制、科研和運行領(lǐng)域培養(yǎng)了大批計算技術(shù)應(yīng)用人才， 推動計算機和遠(yuǎn)動技術(shù)相結(jié)合，向自動化方向發(fā)展。1972年，廣東省中調(diào)所和華北電力設(shè)計院合作，使廣 東省自制的

6、108乙機與SF58有接點遙信和頻率式遙測遠(yuǎn)動裝置（零/滿刻度為3/5周期）互連成功。這是 我國最早實現(xiàn)計算機與遠(yuǎn)動結(jié)合的一個實例。但，起步早并不一定就發(fā)展快。據(jù)前蘇聯(lián)所著的計算機史稱，我國1959年向國慶十周年獻(xiàn)禮的104機， 當(dāng)時位居亞洲第一。但是，由于當(dāng)時我國走的是一條按部就班的由電子管、鍺晶體管、硅晶體管、集成電 路的路子，很快就被繞過電子管和晶體管、直接走向集成電路、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的日本超過了。這也是我 國電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)在改革開放前發(fā)展不快的一個原因。3我國第一套SCADA系統(tǒng)的引進(jìn)改革開放前，我國電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域內(nèi)的遠(yuǎn)動化和數(shù)字化是按遠(yuǎn)動和計算機兩個專業(yè)各自發(fā)展的。 二者結(jié)合

7、組成一體化的SCADA系統(tǒng)，并取得“引進(jìn)一消化一開發(fā)一創(chuàng)新”的快速發(fā)展，則是改革開放后的 事。1978年電力部主管部門力排眾議，作出了第二次技術(shù)決策：隨1979年我國第一條500kV平武線輸電 工程引進(jìn)我國第一套計算機與遠(yuǎn)動終端（RTU）一體化的SCADA系統(tǒng)。隨平武工程從瑞典ASEA公司引進(jìn)的SINDAC-3 SCADA系統(tǒng)，通過DS-801 RTU對平武線一線三站實 現(xiàn)了安全監(jiān)控。經(jīng)消化、開發(fā)、漢化并接入其他遠(yuǎn)動終端后，該系統(tǒng)擴充為整個湖北電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)， 穩(wěn)定運行達(dá)15年以上。SINDAC-3的引進(jìn)，確立了計算機與遠(yuǎn)動相結(jié)合的SCADA理念。差不多與此同時，電力部通信調(diào)度 局還從日本

8、日立公司引進(jìn)了用于通信調(diào)度的僅含主站的H80E系統(tǒng)。電科院和電自院分別參與了上述兩項 工程的引進(jìn)和開發(fā)工作。在“引進(jìn)一消化一開發(fā)一創(chuàng)新”方針的指引下，部屬南北兩院在20世紀(jì)80年代中期起先后開發(fā)了 PDP-11/24、MicroVAXII、VAX-11/750、VAX4000等計算機與遠(yuǎn)動終端相結(jié)合的SCADA系統(tǒng)1。調(diào)度運 行單位在管理體制上也逐漸將計算機和遠(yuǎn)動兩個專業(yè)合并為自動化專業(yè)。4自主版權(quán)的EMS由SCADA發(fā)展到EMS，其廣度和深度要求是不同的。廣度方面，單純的SCADA系統(tǒng)對遠(yuǎn)動終端（RTU） 的數(shù)量并無要求，可多可少；但支持EMS的RTU的數(shù)量必須滿足構(gòu)建全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫的需要。

9、深度方面， EMS除需實時數(shù)據(jù)庫和SCADA功能的支持外，還必須裝備各種智能型高級應(yīng)用軟件。這就帶來了基于網(wǎng) 絡(luò)接線及元件參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和接入不同應(yīng)用軟件的應(yīng)用編程接口問題。計算技術(shù)起步較早的電力部門， 20世紀(jì)60年代就開發(fā)了電力系統(tǒng)潮流、短路、穩(wěn)定等基本應(yīng)用軟件，并廣泛投入離線使用。但如何與SCADA 結(jié)合接入實時系統(tǒng)并直接控制發(fā)電過程，卻是個新問題，這就導(dǎo)致了 20世紀(jì)80年代后期東北、華北、華 中、華東四大網(wǎng)EMS的引進(jìn)工作。和第一次SCADA的引進(jìn)不同，這次EMS的引進(jìn)是有選擇地引進(jìn)的。重點放在EMS的支撐平臺和自 動發(fā)電控制（AGC）上，EMS高級應(yīng)用軟件完全由國內(nèi)開發(fā)。從英國西

10、屋公司引進(jìn)的WESDAC-32系統(tǒng)， 使用了美國ESCA公司的HABITAT支撐平臺和AGC軟件。電力部兩院參與引進(jìn)，并各自分擔(dān)兩網(wǎng)的現(xiàn)場 驗收、系統(tǒng)漢化和RTU接入等任務(wù)。四大網(wǎng)EMS投入運行不久，電力部通信調(diào)度局的H80E系統(tǒng)也隨著通調(diào)局升為國家電力調(diào)度中心而由 西門子的SPECTRUM分布式系統(tǒng)所取代。第二次引進(jìn)，在較高層面上實現(xiàn)了又一次“引進(jìn)一消化一開發(fā)一創(chuàng)新”，導(dǎo)致20世紀(jì)90年代自主版權(quán) EMS支撐平臺和應(yīng)用軟件的先后問世。電自院的 SD-6000、OPEN-2000，電科院和東北電管局合作的 CC-2000就是這個時代的產(chǎn)物1。其中，CC-2000尤其值得一提2。四大網(wǎng)EMS投入

11、運行后的20世紀(jì)80 年代末90年代初，開放式分布式系統(tǒng)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)得到了很大發(fā)展。和開放式分布式對立的是封閉的集中式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的好處是一機多用、節(jié)約資源投資，但存在第 三方產(chǎn)品難于接入、不易擴展更新等缺點。四大網(wǎng)引進(jìn)的WESDAC-32就有這樣的弊端。隨著計算機技術(shù) 的發(fā)展，性價比日益提高，資源投資已不成問題，但要實現(xiàn)開放式和分布式，必須解決各種接口和通信協(xié) 議的標(biāo)準(zhǔn)化問題。隨著20世紀(jì)80年代末開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSA）的興起，POSIX、SQL、OSF/Motif、TCP/IP 等涉及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、用戶界面和通信等有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)先后建立，為開放式分布式系統(tǒng)的發(fā)展鋪平了道路。同樣，類似

12、集成電路由組件、插件、部件發(fā)展到系統(tǒng)的面向?qū)ο筌浖夹g(shù)，也存在需要較多資源支持 和類庫（class）/組件（component）的標(biāo)準(zhǔn)化問題。這也是自20世紀(jì)60年代提出面向?qū)ο蠹夹g(shù)以來，為 什么幾起幾落的一個原因。但是，即使到了資源問題業(yè)已解決的90年代中期，面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)化問題仍未 見突破。為改變由單一廠家提供EMS、第三方應(yīng)用難于接入、系統(tǒng)更新擴充困難的局面，國外某些大學(xué)早就開 始對面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用于EMS應(yīng)用軟件的研究和開發(fā)工作，如DEMS（Distributed EMS）、IEMS（Integrated EMS）等3。但支撐平臺的開發(fā)由于投資和標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險太大遲遲未行動。在此時刻，電力部

13、主管部門又一次作出重要決策：在支持開放式分布式系統(tǒng)開發(fā)的同時毅然支持 CC-2000系統(tǒng)對面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行探索和開發(fā)。敢于創(chuàng)新須與善于創(chuàng)新相結(jié)合，CC-2000的投資風(fēng)險可通 過自行開發(fā)來降低，但標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險必須緊緊跟蹤面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)的制訂進(jìn)程，最大限度地避免或 減少可能發(fā)生的技術(shù)偏離。實踐表明，CC-2000所采用的事件總線（event bus）和匿名消息交換機制，與隨后IEC 61970參考模型 中的集成總線（integration bus）和“訂閱/發(fā)布”信息的發(fā)布模式極為接近，這就為CC-2000今后高水平的版 本更新打下了良好基礎(chǔ)。歷經(jīng)4年后，CC-2000于1996年在東北電

14、網(wǎng)投入運行，并在有關(guān)單位的合作下將來自電科院、電自院、 清華大學(xué)、東北網(wǎng)調(diào)等開發(fā)的各種EMS高級應(yīng)用軟件接入系統(tǒng)，實現(xiàn)了國內(nèi)全部自主版權(quán)、接入多方應(yīng)用 軟件的EMS功能。5公用信息模型（CIM）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CC-2000接入多方應(yīng)用軟件，是在IEC 61970控制中心應(yīng)用編程接口（CCAPI）標(biāo)準(zhǔn)4發(fā)布前進(jìn)行的。 由于當(dāng)時沒有公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)可循，缺乏共同語言，只能靠有關(guān)各方現(xiàn)場通力合作，奮斗數(shù)月方告完成。這充分 地說明了建立應(yīng)用編程接口（API）標(biāo)準(zhǔn)的必要性。國際上的對象管理組織（OMG），長期致力于基于公用對象請求代理機制（CORBA）API標(biāo)準(zhǔn)的制定 工作。但由于其面向各行各業(yè)，涉及面廣，因而多年

15、討論未能定下來?？刂浦行膽?yīng)用編程接口（ CCAPI） 將API限定在控制中心（CC）之內(nèi)。這原是美國電力研究院（EPRI）的一個代號為RP-3654的開發(fā)項目， 后被認(rèn)定為IEC 61970 EMS-API CIM國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，并由此導(dǎo)致在OMG內(nèi)產(chǎn)生一專門工作組Utility SIG （Special Interest Group）。和程序（方法）與數(shù)據(jù)完全分開的面向應(yīng)用不同，面向?qū)ο蠹夹g(shù)將數(shù)據(jù)分為公用數(shù)據(jù)和私有數(shù)據(jù)，并 將私有數(shù)據(jù)和方法封裝在一起。CCAPI由3部分組成：描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的公用信息模型（Common Information Model，CIM），允許程序之間通信的信息總線接口

16、（Message Bus Interface，MBI），提供CIM數(shù)據(jù)交換標(biāo) 準(zhǔn)的公用數(shù)據(jù)交換接口（ Common Data Access interface， CDA）。IEC61970 1999年版本的CIM，內(nèi)容涉及SCADA、EMS和電力市場，包括293個類（class），劃分在 SCADA、負(fù)荷模型、拓?fù)溥壿?、繼電保護(hù)、測量、發(fā)電、生產(chǎn)、能量計劃、財務(wù)等15個包（package）內(nèi)。 標(biāo)準(zhǔn)要求采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)統(tǒng)一模型，采用CORBA實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的互操作，但可靈活實施。如 先實現(xiàn)控制中心多廠家應(yīng)用軟件和應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用級“即插即用”，今后進(jìn)一步在組件化應(yīng)用軟件和應(yīng)用系 統(tǒng)之間實現(xiàn)

17、組件級的“方法共享”。此外，應(yīng)用軟件和應(yīng)用系統(tǒng)既可根據(jù)CCAPI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組件級的全新開發(fā)， 也可對部分應(yīng)用通過包裝（wrapper）接入系統(tǒng)，以及在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過擴展標(biāo)記語言（CIM/XML） 文件導(dǎo)入導(dǎo)出，實現(xiàn)與CIM的對接。IEC 61970 EMS-API CIM國際標(biāo)準(zhǔn)一發(fā)布，國際上一些大牌開發(fā)廠商很快就跟上來。ABB將傳統(tǒng)的能 量管理系統(tǒng)/配電管理系統(tǒng)（EMS/DMS），升級為含支持電力市場的能量/配電信息系統(tǒng)（EIS/DIS）。西門子 更徹底，聲稱完全遵循IEC 61970的CIM，并取名為PowerCC IMM（Information Model Manager）o雖然這

18、些公司并不都是全新開發(fā)，但其系統(tǒng)與CIM對接所進(jìn)行的導(dǎo)入導(dǎo)出試驗，卻領(lǐng)先了一步。面臨這樣的形勢， 電力部主管部門又及時作出正確決策：不是從部門、而是從行業(yè)高度團結(jié)電科院、電自院、清華大學(xué)等國 內(nèi)主要研發(fā)單位，在標(biāo)準(zhǔn)化的同一起跑線上和國外開展競爭。下面兩則國內(nèi)外報導(dǎo)，說明了這一問題：（1）2000 年 12 月 1819 日，ABB、SIEMENS Alstom ESCA、Langdale 等廠商在美國 Orlando 進(jìn)行 了 CIM/XML文件的互操作試驗。試驗項目有：小模型和60節(jié)點模型的基本導(dǎo)入、基本導(dǎo)出和含修改導(dǎo)出， 無修改互操作，以及樣本模型文件的含修改互操作等。試驗情況按項目和廠家

19、列表注明，如ABB未參加小 模型和60節(jié)點模型的含修改導(dǎo)出以及樣本模型文件的含修改互操作的試驗，SIEMENS參加和通過的項目 最多等。（2）2002年1月2324日，我國國家電力公司在北京組織中國電力科學(xué)研究院、電力自動化研究院、 清華大學(xué)、魯能積成公司、東方電子公司等SCADA/EMS研發(fā)單位成功地進(jìn)行了基于IEC 61970國際標(biāo)準(zhǔn) 的互操作試驗。測試方案采用100、60、14節(jié)點模型等標(biāo)準(zhǔn)算例的CIM/XML文件，各個單位在不同的硬 件和軟件系統(tǒng)平臺上分別進(jìn)行了 CIM/XML文件導(dǎo)入、電力潮流計算和文件導(dǎo)出等互操作試驗。試驗表明， 國產(chǎn)EMS應(yīng)用軟件在采用國際標(biāo)準(zhǔn)、實現(xiàn)不同系統(tǒng)平臺的

20、信息交換和互操作方面開始進(jìn)入國際先進(jìn)行列。換句話說，早先歷時數(shù)月才接入CC-2000的多方應(yīng)用軟件，如有關(guān)各方嚴(yán)格遵循CCAPI標(biāo)準(zhǔn)，那么只 要用較短時間甚至幾天便可完成?！凹床寮从谩睒?biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)，便于用戶比較、選擇、更新、擴充所需的應(yīng)用 軟件和系統(tǒng)，免除了依賴單一廠家“從一而終”或不得不推倒重來的被動局面，有力地推動了 SCADA/EMS 技術(shù)的有序競爭和發(fā)展。6從自動化走向信息化當(dāng)回顧20世紀(jì)后半葉從SCADA到EMS的發(fā)展歷程時，新世紀(jì)所迎來的卻是更大的機遇和挑戰(zhàn)：技 術(shù)的進(jìn)步電力信息技術(shù)的發(fā)展和電力體制的改革電力市場的開放。實際上，涉及SCADA、 EMS和電力市場的公用信息模型（CIM

21、）正緊緊跟蹤電力信息技術(shù)的發(fā)展，并通過電力市場進(jìn)入財務(wù)、資 產(chǎn)等管理信息領(lǐng)域。6.1電力信息技術(shù)的發(fā)展電力信息技術(shù)長期與電網(wǎng)運行實時信息和電力營銷管理信息平行發(fā)展。電網(wǎng)運行實時信息以自動化形 式，從遠(yuǎn)動、SCADA發(fā)展到EMS。電力營銷管理信息以離線管理形式，正從傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)（MIS） 向企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）發(fā)展。電網(wǎng)運行實時信息現(xiàn)已從自動化走向標(biāo)準(zhǔn)化。如涉及SCADA、EMS和電力市場的IEC 61970，橫向?qū)?和支持配電管理系統(tǒng)（DMS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等的IEC 61968接軌，縱向?qū)⒑椭С肿冸娬荆ê怆?VT/CT）的IEC 61850互補接軌，構(gòu)成完整的標(biāo)準(zhǔn)化系列。

22、離線方面基于Component的ERP雖然發(fā)展很快， 但尚未達(dá)到行業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)化高度。當(dāng)前電力ERP的處境與當(dāng)年CCAPI的API相似，時代正呼喚標(biāo)準(zhǔn)化的 電力ERP早日出臺。由于電力商品具有生產(chǎn)消費發(fā)、供、用同步完成的特點，電力市場環(huán)境下電網(wǎng)運行實時信息和電力營 銷的管理信息已密不可分。問題是維持SCADA/EMS/電力市場與MIS/ERP的平行發(fā)展，還是甘冒當(dāng)年CC-2000那樣的風(fēng)險，統(tǒng) 一將SCADA/EMS/電力市場組入電力ERP企業(yè)資源規(guī)劃？筆者以為后者較好。6.2 電力市場的開放我國國務(wù)院20025號文發(fā)布的我國電力體制改革方案，現(xiàn)已進(jìn)入實施和操作階段：電力體制改革的方 針大計已定

23、，具體實施方案已定，各公司組織班子已定。市場環(huán)境下，傳統(tǒng)的電力調(diào)度中心將由調(diào)度交易 中心所取代。技術(shù)裝備上，除需研發(fā)新的電力市場支持系統(tǒng)外，傳統(tǒng)的SCADA/EMS也將面臨不可逾越的 改造。我國前期6省市“廠網(wǎng)分開”的電力市場模擬試點，積累了豐富經(jīng)驗，明確了電力市場運營系統(tǒng)電能計 量、能量管理、報價管理、交易管理、合同管理、結(jié)算管理和信息管理的框架結(jié)構(gòu)，以及對傳統(tǒng)SCADA/EMS 功能的改造內(nèi)容。各地正在建設(shè)為電力市場服務(wù)的電能計量遙測系統(tǒng)和開放交換即時信息系統(tǒng)（OASIS）。問題是當(dāng)前的電力市場運營系統(tǒng)、計量系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的建設(shè)，僅按廠網(wǎng)分開”考慮還是連同“輸配電 分開”一并規(guī)劃分步實施。筆者的意見是后者較妥。如將輸配關(guān)口納入計量系統(tǒng)建設(shè)，地區(qū)實施網(wǎng)供內(nèi)部考 核和地方小電廠競價上網(wǎng)市場運作兩部機制，以及供需基本平衡、地區(qū)大用戶直接向地區(qū)小電廠買電的計 劃協(xié)調(diào)(Scheduling Coordinator，SC)等，這樣可為今后實現(xiàn)“輸配電分開”平滑過渡。無論是自動化組入ERP或是電力市場