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)中的生產和經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過處理的電網運行數(shù)據，這些數(shù)據是結算系統(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獲取電網中帶有時標的運行數(shù)據，例如電網頻率曲線、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，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)據采集級（SCADA）、發(fā)電計劃級和網絡分析級等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)據采集級
　　
　　數(shù)據采集與監(jiān)控（SCADA）是EMS與遠動的總接口，EMS通過它取得實時數(shù)據并將控制信號送回系統(tǒng)中。SCADA向EMS的能量管理級和網絡分析級提供實時數(shù)據；能量管理級通過它向電力系統(tǒng)發(fā)送控制信號；網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運行中的遙測和遙信數(shù)據，需要通過SCADA采集發(fā)電機的有功、無功、端口電壓等數(shù)據來實現(xiàn)。因此，電力市場環(huán)境下，EMS中SCADA采集的各種電網數(shù)據可作為電力市場應用的數(shù)據源，PMOS不必另行建設一套數(shù)據采集系統(tǒng)。PMOS編制的發(fā)、購電計劃，特別是發(fā)向具有遙控、遙調機組的實時調度指令，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，它可以提高電網頻率質量、經濟效益和管理水平。AGC主要功能包括：區(qū)域控制偏差（ACE）的計算，AGC機組基點功率和調節(jié)功率的計算，AGC方式、電廠控制（PLC）、機組控制方式和調節(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濟補償?shù)刃碌慕洕蛩亍Ｍ瑫r，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機會和結算電價，對其精度有更高的要求。特別是實時調度系統(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，充分利用調度員的經驗，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，不僅是簡單的調度指令，還需要協(xié)調市場參與者之間的關系，根據競價的原則實現(xiàn)系統(tǒng)的安全經濟運行[5]。制定計劃的依據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需要進行調整，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：不再由調度方直接制定，而是根據各發(fā)電機組的報價、依據購電費用zui小的原則按報價由高到低排序而制定[6]：根據不同的市場規(guī)則規(guī)定，提前1天市場排定的發(fā)電計劃稱為預調度（現(xiàn)貨）計劃；實時電力市場則根據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．經濟調度：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)的經濟調度（ED）模塊的算法將不再適應電力市場的需求。
　　
　　c．機組經濟組合：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、售電商及電網經營企業(yè)都是獨立經營、自負盈虧的獨立利益體，機組的經濟效益由發(fā)電商自己決定，電網經營企業(yè)則負責電網的安全。
　　
　　d．網間功率交換計劃；電力市場模式下也要考慮經濟性；在其他電網也實現(xiàn)了電力市場的前提下，根據購電成本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；但在其他電網未實行電力市場時，交換合同可協(xié)商制定。
　　
　　e．網間交易評估：在電力市場中，為了保證經濟性，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)電商是獨立的經濟實體，他們通過機組競價上網的方式參與電力系統(tǒng)的運行，對自己的經濟行為*負責；因此，發(fā)電廠的生產成本分析是發(fā)電商的行為，而不是由調度運行部門直接決定，但區(qū)域和全系統(tǒng)的生產成本仍然由調度和運行部門分析、制定。
　　
　　g．水電計劃和水火電聯(lián)合經濟調度：傳統(tǒng)電力市場的水電計劃和水火電聯(lián)合經濟調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度系統(tǒng)和實時調度系統(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)合經濟調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度和實時調度系統(tǒng)決定。
　　
　　根據以上分析可知：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網絡分析級
　　
　　在傳統(tǒng)的EMS軟件中，網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的基礎上，根據網絡的約束條件消除網絡的不安全因素，保證網絡和系統(tǒng)的安全性。在電力市場中的應用軟件通過網絡建模、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機組的出力對網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)化調度。以上各模塊的目標函數(shù)要充分體現(xiàn)電力市場的經濟性原則，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，作為網絡參數(shù)給其他模塊提供初始數(shù)據。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絡的擁擠堵塞情況。
　　
　　2．3．3調度員潮流模塊
　　
　　在電力市場中，調度員潮流的功能仍然是用于調度的模擬操作或運行方式的研究，但是調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度員請求啟動。在電力市場環(huán)境下，經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，必須依據市場規(guī)則和電網及機組的各種技術參數(shù)對機組出力計劃進行調整，以保證網絡的安全性。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)也應替換成電網購電費用zui小。網損zui小的目標函數(shù)可不變，但網損對系統(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．據隨國電調[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)據源和電力系統(tǒng)應用軟件，PMOS使用的許多數(shù)據都需要從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。