家里没电了,你不再给电力公司打电话,因为它解决不了你的问题。你会去超市,或者附近卖报的小摊,那里摆满了各式各样的、分属于不同电力公司的、标明电量与价格的电卡。你仔细选择,映入眼帘的是A配电公司面值100元的电卡, 你正准备购买的时候突然想起了一件往事:不久以前,在各大电力公司千方百计讨好用户、纷纷推出各种促销活动和特别服务之际,A公司却始终无动于衷。想起这件往事时你对A公司痛心疾首,于是弃之而去,转而决定购买B公司的电卡,因为B公司的电不仅便宜,服务也比较好。
这是不久的将来可能会发生在千家万户的真实的“百姓故事”,也是长期被称为“电老虎”的电力公司将不得不面对的严峻现实。
“改革要打破垄断,公平竞争,降低成本,实现资源优化配置,促进发电、输电和配电协调发展。”在不久前召开的“国家电力公司2001年工作会议”上,国家电力公司总经理高严强调,电力企业的服务理念将由计划用电向开拓市场转变,由用电管理向营销服务转变。与会的老总们听出了弦外之音:改革已是铁板钉钉,往后的日子不再那么好过了。
已有确切消息称,备受国内外关注的中国电力改革方案将在近期出台并实施。 据说,“改革总体思路”已基本确定,《电价管理条例》正在紧张制定之中。
引入竞争机制
“引入电力市场机制是世界潮流。”国家电力调度通信中心(以下简称国调)副总工程师辛耀中说,“电力市场对电网控制系统提出了更高的要求。”
电力改革将建立发电、输配电和售电“三段式”价格体系,在这个体系中,国调担当着电网控制和电力交易中心的双重角色,这将意味着,过去的电网调度自动化系统(EMS)、国家电力数据网(SPDnet)等计算机和通信系统需要改造、升级, 由此构建的电力市场运营系统(EMOS)被认为是第五代电网调度自动化系统。
辛耀中介绍,和前面几代不同,第五代控制系统突出体现在以电力市场为核心的应用上,电力市场机制的引入对控制系统是一次“深刻的革命”。“为什么这样说?因为控制的原则改变了。原来,发电机发电是根据预测的负荷曲线----一种波状曲线来进行,该曲线有波峰、波谷,通常,上午有一个用电高峰,随后降低,下午7点~8点钟左右又有一个用电高峰,发电机根据负荷曲线安排发电计划,用电量大,多发;用电量小,少发。哪个发电机多发,哪个少发,调度依据是发电机自身的经济特性。引入电力市场以后,虽然满足负荷曲线的特性没有改变,但是调度依据却变为各个发电厂申报的发电机组报价,先将报价由低到高排序,然后用负荷曲线来匹配截取,报价低的机组优先发电,满足负荷的最后一台机组的报价成为系统的边际电价,高于此价的机组将不得发电。这就是经济学中的边际理论。
应用的基本原则改变了,软件系统就要跟着变, 就要涉及到面向对象的技术、事务处理技术、人工智能技术、Web技术、XML技术、安全防护技术等与控制和市场领域相关的技术。“本质的变化是控制系统里加入了市场机制,原来的控制系统不涉及结算,现在的控制系统加入了计费系统和交易系统,既要保证电网安全运行,又要进行市场交易和结算。”辛耀中描绘的“第五代”系统有些类似于证券交易所的股票交易系统,但是实际操作控制要复杂得多。
股票在交易时段可以即时交易,电力市场却不能以即时交易为主。因为负荷曲线难以准确预测,峰谷差能够达到百万千瓦,满足这种变化需要预先计划,所以电力市场交易量最大的是期货市场----下月、下季、明年大约需要多少电量,按照以往的统计数据估计各个时段大概的电力。还有一部分电量放在现货市场(次日交易市场),即今天交易明天的电量,把一天分解为48或96个时段,每一时段发多少电,价钱多少,每个电厂、发电机组都在网上竞价。剩下极小一部分电量放在实时市场(下一个10分钟交易)----前10分钟交易后10分钟的电量,这种交易的方式即时性相对较强,但是难度也比较大。据说,美国加州就犯了一个致命的错误:把大部分电量放在实时市场交易,导致电价失控,电力危机,有的电力公司就此倒闭。
电力市场电网的顾客有两类:参与者是发电厂,使用者是配电公司。据辛耀中介绍,目前正在试点的是发电一侧的电力市场,将来逐步延伸到配电或售电环节。 “配电公司相当于电力分销商,电网是一个大的批发市场,国调既是控制中心,又是交易中心,负责电网和市场的随时平衡,一部分人管控制,另一部分人管交易,两者必须密切配合。实际上,这些事情大都由计算机自动完成,但是要密切监视,及时调整。”辛耀中预计,“第五代”电网调度自动化系统将在两年内实现。
半军事化
人们所熟知的常识是,电流一秒钟可以环绕地球七周半,发电机发出电以后,经过传输,最后被用户使用是瞬间完成的事情。所以,电网控制的最大特点是实时性,其次是系统性----电网是连在一起的,现在越连越大,已经形成了东北、华北、华中、华东、西北、南方六大电网,5年内初步形成全国互连电网。
电力系统的两个特点要求控制系统必须与之相适应。 “人工反应已来不及,只能采用计算机,实现实时闭环自动控制,还必须有可靠的远程通信系统。”辛耀中认为这是电力系统独有的特征,因此,电力行业最早的计算机应用是控制领域,随后才逐步推广到办公自动化以及生产、设计、工程的管理等方面。
电网调度系统分为五级,国调是最高级,六大电网是第二级,还有省调、地调、县调,自上而下形成一套完整的调度体系。和部队、铁路类似,“五级调度体系”是一个半军事化的运行指挥系统,调度令一旦发出,必须绝对服从,按令执行,不允许在调度台上讨价还价,否则发生事故就无法处理。
电力瞬间流通的特性使电力控制系统对计算机的速度、可靠性、稳定性、安全性等方面提出了很高的要求:电网控制系统的所有重要环节都要求双重冗余,而且要热备份,主服务器出问题了,瞬间就要接到另一个服务器上;控制系统采用闭环方式,如果闭环里加入异常信号,可能对整个系统产生十分巨大的破坏力----出现重大事故的二滩电厂就是因为不明原因的异常信号进入控制系统导致停机;控制系统不能间断,因为电流传输是不间断的,只要控制系统一投入使用,即意味着每时每刻都不可停息。
有电网,就有调度。早期的调度中心主要靠电话工作, 前面挂个电网结构图,调度人员一边打电话一边盯着电网图。“发电机发电后进入电网,电压高达50万伏,电流经过传输后通过几级变电站,降压后进入配电网络,再到达用户。整个过程涉及的设备很多。”辛耀中介绍,从大的方面说,电网需要控制的对象有两类:一类是发电机,用户用电量大就多发电,反之就少发电;另一类是变电站。原则上说,用户是无法控制的,正常时候绝对要保证用户用电,除非严重缺电时拉闸,这是基本原则。这些控制手段一方面保证用户不间断用电,另一方面保证电网、电厂的稳定运行。
“发电控制的原理和骑自行车有些类似。”辛耀中解释说,用户负荷重,发电机转动变慢;用户负荷轻,发电机转动快,快慢在电网上表现为频率----电网的稳定工作频率是50Hz,太快太慢都会造成电器的损伤,甚至引起电网瓦解事故,所以需要通过控制机制随时保证发电和负荷的动态平衡。
自己造计算机
在EMOS之前,电网控制系统经历了四代。早期,发电机少,用户也少,打打电话调度一下尚可以对付,后来,用户多了,发电机也多了,电话就不灵了。
从20世纪60年代起,电力系统就开始研究自动控制, 当时没有集成电路,就用晶体管电路。真正成功的是用集成电路搭成电路板,主要用来采集数据,做局部处理。这还不能称为第一代控制系统。
20世纪70年代,有关部门了解到一些国外计算机应用的情况,觉得计算机是个好东西。当时,国外计算机都是军用,民用几乎没有。在这种情况下,电力系统决定自己制造计算机----1976年,属于电力系统的南京自动化研究所研制的SD176小型机问世并成功应用于华北电网,这算是国内第一代电网调度自动化系统。这在当时是了不起的成就,据说还获了奖,虽然这种机器没有操作系统,只能处理、显示简单的数据信息。20世纪80年代初出现了通用计算机,出现了一个PDP11、H80E等计算机控制系统,这个阶段的计算机具有操作系统,