0引言
　　
　　能量管理系統(tǒng)（EMS）在電力系統(tǒng)中的應用已有數(shù)十年，其SCADA功能和應用軟件功能不斷發(fā)展和完善，為電力系統(tǒng)中的生產(chǎn)和經(jīng)營活動提供了大量的實時信息和分析工具。電力市場系統(tǒng)（PMOS）既要充分利用EMS的已有功能，又要切實保證這些功能能夠滿足電力市場環(huán)境下的需要。因此，實現(xiàn)PMOS與EMS的有機結合十分必要。
　　
　　在電力市場環(huán)境中如何充分利用現(xiàn)有EMS的功能是一個重要的課題。從電力市場的角度看，由EMS可以獲取大量的實時和經(jīng)過處理的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是結算系統(tǒng)[1]、信息發(fā)布系統(tǒng)[2]和交易管理系統(tǒng)[3]所必需的。因此，EMS可以看成電力市場運營系統(tǒng)中的一個重要組成部分。
　　
　　1PMOS與EMS的關系
　　
　　圖1為EMS與PMOS各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖。　　
　　為了進行電力市場的運營與考核，需要從EMS獲取電網(wǎng)中帶有時標的運行數(shù)據(jù)，例如電網(wǎng)頻率曲線、實際負荷曲線、機組實際出力曲線、備用容量曲線、控制指令和調(diào)整記錄、電壓檢測點電壓曲線、機組啟停記錄和開關動作記錄等。此外，EMS需要向即時信息系統(tǒng)（SIS）提供分鐘級的實時數(shù)據(jù)，例如系統(tǒng)頻率、總出力、總負荷、發(fā)電廠及變電所運行工況（機組出力、線路潮流、母線電壓、開關狀態(tài)等）。
　　
　　2EMS的軟件功能
　　
　　EMS軟件主要分為數(shù)據(jù)采集級（SCADA）、發(fā)電計劃級和網(wǎng)絡分析級等3級。電力市場的實施對EMS的各級軟件功能都有不同程度的影響。
　　
　　2．1數(shù)據(jù)采集級
　　
　　數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）是EMS與遠動的總接口，EMS通過它取得實時數(shù)據(jù)并將控制信號送回系統(tǒng)中。SCADA向EMS的能量管理級和網(wǎng)絡分析級提供實時數(shù)據(jù)；能量管理級通過它向電力系統(tǒng)發(fā)送控制信號；網(wǎng)絡分析級向它送回量測質量信息。
　　
　　在電力市場中，用于購電計劃編制、發(fā)電計劃下發(fā)前的安全校核，以及自動發(fā)電控制（AGC）、無功服務、強制備用的輔助服務計劃的制定所需的各種電網(wǎng)運行中的遙測和遙信數(shù)據(jù)，需要通過SCADA采集發(fā)電機的有功、無功、端口電壓等數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。因此，電力市場環(huán)境下，EMS中SCADA采集的各種電網(wǎng)數(shù)據(jù)可作為電力市場應用的數(shù)據(jù)源，PMOS不必另行建設一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PMOS編制的發(fā)、購電計劃，特別是發(fā)向具有遙控、遙調(diào)機組的實時調(diào)度指令，仍然需要通過SCADA系統(tǒng)來實現(xiàn)。
　　
　　2．2發(fā)電計劃級
　　
　　2．2．1自動發(fā)電控制
　　
　　在傳統(tǒng)的EMS中，自動發(fā)電控制（AGC）是其中zui重要的控制功能，它可以提高電網(wǎng)頻率質量、經(jīng)濟效益和管理水平。AGC主要功能包括：區(qū)域控制偏差（ACE）的計算，AGC機組基點功率和調(diào)節(jié)功率的計算，AGC方式、電廠控制（PLC）、機組控制方式和調(diào)節(jié)方式等模型，實現(xiàn)區(qū)域定頻率控制、定交換功率控制及聯(lián)絡線偏差控制，確保區(qū)域頻率和區(qū)域間聯(lián)絡線交換功率在一定的水平。
　　
　　在電力市場中，AGC作為輔助服務的功能之一，其作用仍是維持發(fā)電功率與負荷功率的平衡、保證電能質量。因此，AGC的內(nèi)部算法和控制環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)的EMS中的AGC軟件相比并沒有發(fā)生太大的變化。但是，PMOS中的AGC的選定和投運方式與傳統(tǒng)的EMS相比發(fā)生了根本的變化。在電力市場模式下，AGC的調(diào)節(jié)作為輔助計劃的一部分，要充分考慮該機組對市場邊際電價的影響、投入輔助服務后的經(jīng)濟補償?shù)刃碌慕?jīng)濟因素。同時，AGC機組必須進行AGC申報，沒有AGC申報的機組不可投入AGC的輔助服務。
　　
　　雖然不同的電力市場模式和運營規(guī)則對AGC乃至其他輔助服務的處理方式可能會不相同，但是，國內(nèi)外一些成功的做法是AGC機組也要參加競價，它也會對市場邊際電價產(chǎn)生影響。這種方式可以自然過渡到將采輔助服務市場的競價。
　　
　　這里必須指出的是，作為現(xiàn)有EMS的AGC軟件，在電力市場模式下仍然可以繼續(xù)使用，在PMOS中提供與AGC控制系統(tǒng)接口支持。
　　
　　2．2．2負荷預測
　　
　　傳統(tǒng)的負荷預報概念就是利用已知的負荷歷史數(shù)據(jù)及影響負荷變化的各種因素的信息，采用各種預測方法，總結出負荷變化規(guī)律，建立負荷模型。
　　
　　在電力市場中，負荷預測的模型必須考慮負荷對電價的響應[4]。電價隨時間和電網(wǎng)的運行狀態(tài)的改變而改變，發(fā)電公司相應地對電價做出響應，負荷高時可能會使發(fā)電公司提高報價。某一時段的電價對本時段的負荷和其他時段的負荷都會有影響。而且，負荷的高低直接影響機組的上網(wǎng)機會和結算電價，對其精度有更高的要求。特別是實時調(diào)度系統(tǒng)中，需要超短期負荷預報，并且精度要求也更高。在傳統(tǒng)的EMS中，一般只需要短期負荷預報，精度在3％～5％之間，且不太需要人工干預，而在電力市場中，對負荷預報功能的要求將增加，為保證其精度，充分利用調(diào)度員的經(jīng)驗，應在負荷預報模塊中提供較多的人工干預手段。應該提高超短期負荷預報的精度，要求平均誤差小于1％，zui大不超過3％。
　　
　　現(xiàn)有的負荷預報軟件如要在電力市場環(huán)境下繼續(xù)使用，需要按以上要求進行完善，其預測結果需要通過接口傳送到PMOS中。
　　
　　2．2．3發(fā)電計劃
　　
　　在傳統(tǒng)的EMS中，發(fā)電計劃主要包括發(fā)供電計劃及機組經(jīng)濟組合、交換功率計劃、燃料計劃、檢修計劃、水庫計劃等功能。而在電力市場中的運行計劃，不僅是簡單的調(diào)度指令，還需要協(xié)調(diào)市場參與者之間的關系，根據(jù)競價的原則實現(xiàn)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行[5]。制定計劃的依據(jù)是交易合同和投標信息。不僅要制定發(fā)供電計劃，還要制定輔助服務計劃，并且計劃的制定過程是交互性的，每個時段都可能也可以根據(jù)需要進行調(diào)整，或人工干預。
　　
　　PMOS中的發(fā)電計劃模塊與傳統(tǒng)EMS中的發(fā)電計劃模塊相比，歸納起來有以下幾點不同：
　　
　　a.發(fā)供電計劃：不再由調(diào)度方直接制定，而是根據(jù)各發(fā)電機組的報價、依據(jù)購電費用zui小的原則按報價由高到低排序而制定[6]：根據(jù)不同的市場規(guī)則規(guī)定，提前1天市場排定的發(fā)電計劃稱為預調(diào)度（現(xiàn)貨）計劃；實時電力市場則根據(jù)超短期負荷預測和各電廠機組的實時重申報價編制實時發(fā)電計劃。
　　
　　b．經(jīng)濟調(diào)度：由于傳統(tǒng)EMS中的發(fā)電計劃的制定原則是全系統(tǒng)的發(fā)電費用zui低，而進入電力市場后，例如在發(fā)電側開放的電力市場模式下，以各省電力公司為代表的單一購買者制定發(fā)電計劃時，在保證系統(tǒng)安全的前提下，必然要以其購電費用zui低為目標，因此，傳統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度（ED）模塊的算法將不再適應電力市場的需求。
　　
　　c．機組經(jīng)濟組合：傳統(tǒng)EMS中的機組組合軟件將不再適合于電力市場模式；不論是當前我國正在進行的發(fā)電側電力市場的試點運行，還是將來發(fā)展成為更開放的輸電側開放或是進入零售市場，發(fā)電商、售電商及電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)都是獨立經(jīng)營、自負盈虧的獨立利益體，機組的經(jīng)濟效益由發(fā)電商自己決定，電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)則負責電網(wǎng)的安全。
　　
　　d．網(wǎng)間功率交換計劃；電力市場模式下也要考慮經(jīng)濟性；在其他電網(wǎng)也實現(xiàn)了電力市場的前提下，根據(jù)購電成本zui低的原則和區(qū)域間的交換合同制定交換功率計劃；區(qū)域間交換合同的制定應按照利益zui大化原則制定，實際的市場運作中，可通過代理交易商實現(xiàn)本區(qū)域與其他區(qū)域的市場交易；但在其他電網(wǎng)未實行電力市場時，交換合同可協(xié)商制定。
　　
　　e．網(wǎng)間交易評估：在電力市場中，為了保證經(jīng)濟性，需要利用實際的運行方式與預先計劃的方式進行比較，做短期評估，幫助電力系統(tǒng)人員確定其與相鄰電力公司進行的電力交易費用，并評價所做的交易在經(jīng)濟上是否有利。
　　
　　L.發(fā)電廠成本分析；在電力市場中，各發(fā)電商是獨立的經(jīng)濟實體，他們通過機組競價上網(wǎng)的方式參與電力系統(tǒng)的運行，對自己的經(jīng)濟行為*負責；因此，發(fā)電廠的生產(chǎn)成本分析是發(fā)電商的行為，而不是由調(diào)度運行部門直接決定，但區(qū)域和全系統(tǒng)的生產(chǎn)成本仍然由調(diào)度和運行部門分析、制定。
　　
　　g．水電計劃和水火電聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度：傳統(tǒng)電力市場的水電計劃和水火電聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度在電力市場中都要發(fā)生顯著變化，水電廠若作為競價實體參與市場運營，水電計劃要服從系統(tǒng)購電費用zui小的需要，由電力市場中的預調(diào)度系統(tǒng)和實時調(diào)度系統(tǒng)安排，傳統(tǒng)的水電計劃不再存在；水電廠若不參與市場競價，可以作為固定出力參與市場；水火電聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度在電力市場中也不再存在，因為火電機組和水電機組的計劃都要由電力市場中的預調(diào)度和實時調(diào)度系統(tǒng)決定。
　　
　　根據(jù)以上分析可知：在電力市場環(huán)境下，EMS中應用軟件原有的發(fā)電計劃類功能模塊將不能繼續(xù)使用，需要由PMOS中的交易管理系統(tǒng)（TMS）來完成各種計劃的編制。
　　
　　2.3網(wǎng)絡分析級
　　
　　在傳統(tǒng)的EMS軟件中，網(wǎng)絡分析軟件的功能是提高運行的安全性，利用電力系統(tǒng)的全面信息進行決策和分析。
　　
　　在電力市場模式下，電力系統(tǒng)應用軟件主要目的是在電廠報價機組競價上網(wǎng)的基礎上，根據(jù)網(wǎng)絡的約束條件消除網(wǎng)絡的不安全因素，保證網(wǎng)絡和系統(tǒng)的安全性。在電力市場中的應用軟件通過網(wǎng)絡建模、狀態(tài)估計，建立對電力系統(tǒng)的完整而準確的描述，潮流計算分析竟價上網(wǎng)機組在系統(tǒng)中的潮流分布。預想故障選擇模塊用于識別可能會造成系統(tǒng)運行不安全問題的關鍵故障。安全校正模塊用來消除競價上網(wǎng)機組的出力對網(wǎng)絡造成的不安全因素。*潮流模塊負責對所有的系統(tǒng)資源和控制手段進行優(yōu)化調(diào)度。以上各模塊的目標函數(shù)要充分體現(xiàn)電力市場的經(jīng)濟性原則，同時保證電力系統(tǒng)安全性。如果發(fā)現(xiàn)不安全現(xiàn)象，電力市場的應用軟件將按照一定的規(guī)則修改運行計劃。
　　
　　2．3．1網(wǎng)絡分析、建模和狀態(tài)估計模塊
　　
　　該模塊的基本算法在電力市場中和傳統(tǒng)的EMS中沒有大的區(qū)別。但是，電力市場中機組上網(wǎng)的不確定性增強，機組的出力也容易發(fā)生較大變化，同時要考慮系統(tǒng)的檢修計劃等因素，所以這些模塊在電力市場中的重要性相應增強，調(diào)用的方法也會發(fā)生相應變化。同樣，這些模塊的結果也將作為其他分析軟件的基礎，作為網(wǎng)絡參數(shù)給其他模塊提供初始數(shù)據(jù)。該模塊在電力市場環(huán)境下，在原有基礎上做一定改進便可繼續(xù)使用。
　　
　　2．3．2潮流計算模塊
　　
　　這是一個預計算的過程，是計算現(xiàn)貨計劃（預計劃）和實時計劃引起的潮流分布和網(wǎng)損。潮流計算中機組的有功出力不是遙測或狀態(tài)估計的值，而是現(xiàn)貨計劃和實時計劃中排定的機組出力。因為電力市場中暫未考慮無功的計劃，所以機組的無功出力可取上一時段的狀態(tài)估計值。節(jié)點的負荷可以通過母線負荷預測得到，也可以通過上一時段的負荷分配情況計算分配因子，將負荷預報的值分配到各計算節(jié)點上。其他網(wǎng)絡參數(shù)值由狀態(tài)估計得到。潮流計算的結果中要給出網(wǎng)絡的擁擠堵塞情況。
　　
　　2．3．3調(diào)度員潮流模塊
　　
　　在電力市場中，調(diào)度員潮流的功能仍然是用于調(diào)度的模擬操作或運行方式的研究，但是調(diào)度操作模擬不僅可以處理開關／刀閘的開／合、變壓器分接頭調(diào)整、機組出力和負荷值的增減，還要模擬電廠的報價變化和調(diào)度計劃的變化引起的潮流分布，以及系統(tǒng)中各設備和全系統(tǒng)的有功、無功損耗。這在現(xiàn)有EMS的PAS軟件功能中還沒有，需要增加和完善。
　　
　　2．3．4預想事故分析（靜態(tài)安全分析）模塊
　　
　　該模塊可進行自動故障選擇，并選出嚴重事故，給出事故越限報警。這與傳統(tǒng)的預想事故分析模塊功能相同，不同的是預想事故的數(shù)據(jù)源與潮流計算模塊一樣，是一個提前的預先計算過程。機組出力和節(jié)點要從計劃軟件和負荷軟件中得到。而且，該模塊一般要按時段啟動，對預先計劃和實時計劃的發(fā)電計劃安排進行分析、校驗。當然，該模塊同樣可以由調(diào)度員請求啟動。在電力市場環(huán)境下，經(jīng)過一定的改進后能夠繼續(xù)使用。
　　
　　2．3．5安全校正模塊
　　
　　這是現(xiàn)貨計劃（預計劃）和實時計劃模塊中一個重要的過程。機組競價上網(wǎng)改變了傳統(tǒng)模式的發(fā)電計劃，使得機組出力的變化較大，從而系統(tǒng)潮流的變化較大，因此，網(wǎng)絡的不安全性增加[7]。電力市場下的安全校正模塊，必須依據(jù)市場規(guī)則和電網(wǎng)及機組的各種技術參數(shù)對機組出力計劃進行調(diào)整，以保證網(wǎng)絡的安全性。在完善的市場規(guī)則中，將對安全問題的解決措施做出明確的規(guī)定，市場運營下的安全校正模塊應依據(jù)這些規(guī)定確定目標函數(shù)。
　　
　　2．3．6*潮流模塊
　　
　　傳統(tǒng)的*潮流一般以發(fā)電成本zui小和網(wǎng)損zui小為目標函數(shù)，考慮各種系統(tǒng)約束和機組的技術參數(shù)約束。在市場環(huán)境下，*潮流不僅要考慮技術約束，而且應考慮機組報價等經(jīng)濟參數(shù)的約束。發(fā)電成本zui小的目標函數(shù)也應替換成電網(wǎng)購電費用zui小。網(wǎng)損zui小的目標函數(shù)可不變，但網(wǎng)損對系統(tǒng)的影響相對較弱，所以優(yōu)先選擇購電費用zui小為目標函數(shù)。
　　
　　3結論
　　
　　電力市場的引入給傳統(tǒng)EMS帶來了功能和內(nèi)涵的重大變化。本文提出了電力市場對現(xiàn)有EMS各級軟件功能的影響，以及在建立新的EMS時如何為PMOS的建立打下基礎，使日后建立PMOS時盡量利用現(xiàn)有資源，減少投資，達到兩個系統(tǒng)的順利過渡和無縫銜接。通過以上分析，在PMOS的建設和EMS的改造過程中應重視以下幾點：
　　
　　a．據(jù)隨國電調(diào)[2000]773號文件下發(fā)的《電力市場系統(tǒng)功能要求》中定義，電能量管理系統(tǒng)和電能量計量系統(tǒng)在未來競爭型電力市場中作為一個相對獨立的子系統(tǒng)出現(xiàn)，是PMOS的一部分。
　　
　　b．在現(xiàn)階段，應該保持各自的相對獨立性，這樣可以提高兩個系統(tǒng)自身的安全與穩(wěn)定系數(shù)。雖然兩個系統(tǒng)緊密相連，但各自的目的、方式不盡相同，認為兩個系統(tǒng)可以一起考慮，只要拓展EMS的功能，就能涵蓋PMOS的功能，這種想法是不可行的。切合實際的做法是將兩個系統(tǒng)在硬件設置和軟件功能上保持相對獨立。
　　
　　c.提高系統(tǒng)的開放性，可以減少模塊和系統(tǒng)之間的接口工作，提高系統(tǒng)效率。兩個系統(tǒng)在硬件設置上雖然相對對立，卻有很多共性的東西，如上文所述的數(shù)據(jù)源和電力系統(tǒng)應用軟件，PMOS使用的許多數(shù)據(jù)都需要從EMS中轉發(fā)，因此，應盡量使兩個系統(tǒng)在許多方面能達到無縫銜接。
　　
　　d．充分考慮系統(tǒng)的可擴展性。由于PMOS和EMS在電力市場中的這種特殊關系，在這兩個系統(tǒng)規(guī)劃和建設時應統(tǒng)籌兼顧，使建成后的系統(tǒng)發(fā)揮zui大的效率和效益，為電力市場的發(fā)展留有余地。