Internet在电力市场中的应用

1 电力市场环境下电力系统的信息要求 电力工业改革的目标是引入竞争，实现市场化运行。因此，传统的、垂直一体化的垄断电力公司被拆分成多个实体，厂网分离，多个发电公司参与以竞争为基础的调度运行；同时，竞争的电力市场引入了很多新的市场参与者，这些独立的市场参与者在市场规则的约束下按照自己的目标运作。这样，整个系统的运行呈现分布式的特征。为确保有许多追求不同目标的市场参与者的电力系统的安全、可靠与经济运行，协调是必不可少的。快速的信息交换系统对实现电力系统的协调运行至关重要。及时、准确的信息是电力市场环境下电力系统安全运行的关键。从另一个角度看，竞争为电力市场的参与者改善运行效率与资产利用以获取最大的利润提供了动力，而要达到这一目的，信息同样十分重要。 电力市场环境下的信息系统应该具有下述特征： a．分散的数据收集。终端设备，例如智能电子设备(IED——intelligent electronic devices)和变电站控制系统(SCS——substation control systems)的计算能力和智能性更强。在设备终端处，数据收集和处理的速度更快。 b．市场交易既要求管理数据，也要求工程数据。在电力市场中，电能交易的时间单位是以d和h为基础的，商业和工程数据是决策的基础。这样，对信息的要求非常高。在传统的电力系统监视、控制、决策支持和管理系统(例如MIS，SCADA，DMS等)之间存在的分离状况将被打破[1～4] 。 c．需要灵活的通信系统。电力工业改革是一个进化过程；没有固定不变的市场；市场规则、要求和功能以及市场参与者都在不断变化；不同的功能要求不同的数据和信息交换。还有，市场的组成在连续不断地变化：开始时，垄断的电力公司被拆分成多个公司；之后，合并、收购以及进一步地拆分将不断改变公司的组成与业务界限。不同公司的结构，包括其信息系统的结构，可能也不相同。这样，在电力市场环境下，电力系统的通信系统需要非常灵活。 从上面的讨论可以明显看出，电力市场的信息系统必须是开放的、可重构的(reconfigurable)和随时随地可以登录的。只有Internet可以满足所有这些要求。 2 Internet相关的事务 几乎每一个专业人士都有使用Internet的经验。当提到Internet在管理和工程中的应用时，人们立即会想到两个问题；①性能(速度)，Internet的速度是否足够快以便支持实现十分重要的功能，并具有可接受的性能；②安全，Internet的开放式系统能否确保机密资料在信息交互的过程中不会泄露和具有可靠的身份认证，以及能否避免遭受网络袭击。下面将讨论采用什么技术来解决上述问题。 2．1 Internet的性能 人们通常用著名的“云块”图案(见图1)来表示Internet，用于掩盖和简化表示其中十分复杂的通信网络。一方面，在物理上，数据是从一个点传到另一个点；另一方面，数据通过网络的中间点从发送者转送和处理给接收者。这两个方面决定了Internet中信息的交换速度。 在Internet中，同时采用了无线和有线方式来实现数据的物理传输。微波传输(无线方式)的速度现在达到Gbit／s量级；通信工业提供的DS—3服务可使传统的铜线的数据传输速率高达45Mbit／s。光纤可以实现更惊人的传输速度；美国的同步光纤网络(SONET——synchronous optical network)或其国际上同等的同步数字序列(SDH——synchronous digital hierarchy)的数据传输速率为52 Mbit／s～10Gbit／s；一种被称为波分复用(WDM-——wavelength divisionmultiplexing)的技术可以使总的传输容量加大4倍、16倍甚至256倍。 在现代数字通信中，数据被分割成小的模块，称为“包”(packets)。之后，每个“包”被封装到一个帧中，该帧包含原始信号中诸如目的地位置与地址等信息。在每一个开关节点，把这些“包”借助中间点的存储与转发(forward)机制送出。如何对“包”进行处理以确保正确(错误校正)、快速(确定路径)和可靠的(服务质量)传输属于协议给定(protocol specification)技术的范畴。已经开发了快速开关技术，如帧中继(frame relay)和异步传输模式(ATM——asynchronoustransfermode)。ATM可以确保服务供应商能够提供点与点之间广泛的、且就速度和准确性而言的不同水平的服务质量。Internet协议(IP——Internet protoc01)是在ATM被提出之前发展的。IP很简单，得到了广泛应用，并在某些(如确定路径)方面相当有效。在将来，如果IP中的新的服务质量协议能够进一步完善，完全由IP组成的网络也许是可行的。就目前来看，在ATM基础上的IP运行似乎是过渡时期的解决方案[5] 。 随着保证服务质量的能力的提高，老的专用线路计算机网络和所谓的虚拟专用网(VPN——virtualprivatenetworks)之间的差别将缩小。在将来，服务供应商将会为用户提供VPN，以满足用户的不同需要和商业要求[6，7] 。数据传输的性能或速度将由服务供应商保证。 2．2 Internet的安全性 加密是保证在开放环境下发送的信息能够受到保护的最有效的方法。对于信息的发送者和接收者来讲，传统的方法是双方商定采用同样的“软”钥匙(算法)对信息进行加密和解密。所谓的“秘密钥匙”密码技术或对称加密技术需要秘密传送该“秘密钥匙”的手段。美国麻省理工学院的3位研究人员Rivest，Shamir和Adleman于1977年发明了后来被称为RSA的算法。该算法产生两个“软”钥匙，一个用于对信息加密，被称为“公共钥匙”，其可以让所有感兴趣的公众知道，以便他们与拥有两个钥匙的人安全地交流被加密的信息；另一个用于解密，被称为“私人钥匙”，用于对收到的信息进行解密。如果加密采用了很长的数据块，例如128位，要破解它在计算上是不可行的。 为确保对信息的认证，可以采用混列(Hash)编码。混列编码算法用于从一个任意长度的信息中计算一个数字，且对于每一条信息而言该数字几乎肯定是惟一的。如果文本在传输过程中被改变了，信息接收者计算出来的混列编码相应的值将与原始值不匹配，这样就可以得知信息是否已经被泄露和篡改。混列编码技术也被用于数字签名。 为了保护计算机中存储的信息免受可能来自外部的袭击，可以在网络或计算机中安装防火墙(firewall)。通常将在防火墙内部的计算机称为可信赖的，而外部的计算机则为不可信赖的[8] 。 密码学和防火墙技术的发展使Internet的安全性得到不断加强。随着计算机计算和处理信息的速度的不断加快，密码技术的应用会更为普遍。 3 电力市场中Internet的应用现状 Internet已经被应用于电力市场，在这方面美国走在了前头。自1994年美国开始电力工业改革以来，联邦能量管制委员会(FERC——Federal EnergyRegulationCommittee)就要求建立“开放的同时信息系统”(OASIS——openaccess same—time information system)，以确保现有的电力公司不会比其他竞争对手拥有信息优势。OASIS中发布交易、调度和价格信息，对所有市场参与者开放，而且输电系统当前的使用情况也通过可用输电容量(ATC--available transfer capability)的形式在OASIS中发布。OASIS就是基于Internet建造的。 在很多运行的电力市场中，发电公司通过Internet向市场运行机构，如电力联营体(P001)或电力交换机构(Power Exchange)申报价格和可供容量的报价单；市场运行机构采用电力市场交易系统对所有发电公司的报价进行评估后，再通过Internet通知各发电公司最后的发电调度结果。 在更高级的电子标签系统(ETC——electronic—taggingsystem(或E—tag))中可以插入发电环节的投标和自调度功能，以及输电环节的阻塞管理(如ATC的监视与计算)和输电通道预约(如金融性输电权，缩写为FTR)功能，可以为市场参与者和类似于北美电力可靠性委员会(NERC——North AmericanElectric Reliability Council)的运行管理机构提供区域间功率交换的交易信息，并实施相应的行动(如发出通知和为批准过程提供方便)。电力市场的运营和电力系统的可靠运行将越来越依赖于ETC及其准确性。 到目前为止，Internet在电力市场中的应用仅仅利用了Internet的一些初级功能，如直接数据收集和张贴。这只是Internet的大量的、潜在的应用领域与功能的冰山之一角。随着电力市场的成熟和由于竞争所引发的创新的不断渗透，必将会导致更成熟的、具有商业价值的Internet的应用。 4 Web服务 Web服务是Internet应用的一个新的、重要的分支[9] 。在这里，“服务”这个词不仅仅指直接的服务(例如预定酒店的房间)，也指模块性服务，而其他人可以基于这些模块性服务提供更大的配套服务。Web服务可以完成从简单的请求应答服务到复杂的商业和工程决策过程。Web服务是一种可以通过标准的Internet协议进入的可编程应用逻辑。与现有的组件技术(component technolqogy)不同，Web服务不是通过具体的面向对象的模型协议，如分布式组件对象模型(DCOM——distributed component Object model)访问的，而是通过无所不在的Web协议和数据格式如超文本传输协议(HTTP——hypertexttransportprotoc01)和可扩展标 记语言 (XML——extensible markup language)[10，11]进入的。还有，Web服务的接口是按照Web服务接收和产生的信息而严格定义的。只要用户可以产生和接收由Web服务接口所定义的信息，就可使用Web服务。 图1展示了Web服务的一个具体操作过程。该服务的用户，不管是通过计算机的浏览器或是需要这种服务的智能设备，都可以借助Internet提交使用Web服务的访问申请。每一项具体的Web服务可以利用其他组块式Web服务、甚至安装在Internet的其他地方的软件来完成所需的服务。 Web服务包括5个层次(参见图2)，即Web服务界面层、商务外表层、商务逻辑层、数据访问层和数据层。数据存储于数据层，通过数据访问层进入。数据访问层把商业逻辑和存储的数据的变化隔离起来，这有利于确保数据的完整性。商务外表层提供了简单的接口，将服务要求