1 電力市場環境下電力系統的信息要求 　　電力工業改革的目標是引入競爭，實現市場化運行。因此，傳統的、垂直一體化的壟斷電力公司被拆分成多個實體，廠網分離，多個發電公司參與以競爭為基礎的調度運行；同時，競爭的電力市場引入了很多新的市場參與者，這些獨立的市場參與者在市場規則的約束下按照自己的目標運作。這樣，整個系統的運行呈現分布式的特征。為確保有許多追求不同目標的市場參與者的電力系統的安全、可靠與經濟運行，協調是必不可少的。快速的信息交換系統對實現電力系統的協調運行至關重要。及時、準確的信息是電力市場環境下電力系統安全運行的關鍵。從另一個角度看，競爭為電力市場的參與者改善運行效率與資產利用以獲取最大的利潤提供了動力，而要達到這一目的，信息同樣十分重要。 　　電力市場環境下的信息系統應該具有下述特征： 　　a．分散的數據收集。終端設備，例如智能電子設備（IED——intelligent electronic devices）和變電站控制系統（SCS——substation control systems）的計算能力和智能性更強。在設備終端處，數據收集和處理的速度更快。 　　b．市場交易既要求管理數據，也要求工程數據。在電力市場中，電能交易的時間單位是以d和h為基礎的，商業和工程數據是決策的基礎。這樣，對信息的要求非常高。在傳統的電力系統監視、控制、決策支持和管理系統（例如MIS，SCADA，DMS等）之間存在的分離狀況將被打破[1～4] 。 　　c．需要靈活的通信系統。電力工業改革是一個進化過程；沒有固定不變的市場；市場規則、要求和功能以及市場參與者都在不斷變化；不同的功能要求不同的數據和信息交換。還有，市場的組成在連續不斷地變化：開始時，壟斷的電力公司被拆分成多個公司；之后，合并、收購以及進一步地拆分將不斷改變公司的組成與業務界限。不同公司的結構，包括其信息系統的結構，可能也不相同。這樣，在電力市場環境下，電力系統的通信系統需要非常靈活。 　　從上面的討論可以明顯看出，電力市場的信息系統必須是開放的、可重構的（reconfigurable）和隨時隨地可以登錄的。只有Internet可以滿足所有這些要求。 　　2 Internet相關的事務 　　幾乎每一個專業人士都有使用Internet的經驗。當提到Internet在管理和工程中的應用時，人們立即會想到兩個問題；①性能（速度），Internet的速度是否足夠快以便支持實現十分重要的功能，并具有可接受的性能；②安全，Internet的開放式系統能否確保機密資料在信息交互的過程中不會泄露和具有可靠的身份認證，以及能否避免遭受網絡襲擊。下面將討論采用什么技術來解決上述問題。 　　2．1 Internet的性能 　　人們通常用著名的“云塊”圖案（見圖1）來表示Internet，用于掩蓋和簡化表示其中十分復雜的通信網絡。一方面，在物理上，數據是從一個點傳到另一個點；另一方面，數據通過網絡的中間點從發送者轉送和處理給接收者。這兩個方面決定了Internet中信息的交換速度。 　　在Internet中，同時采用了無線和有線方式來實現數據的物理傳輸。微波傳輸（無線方式）的速度現在達到Gbit／s量級；通信工業提供的DS—3服務可使傳統的銅線的數據傳輸速率高達45Mbit／s。光纖可以實現更驚人的傳輸速度；美國的同步光纖網絡（SONET——synchronous optical network）或其國際上同等的同步數字序列（SDH——synchronous digital hierarchy）的數據傳輸速率為52 Mbit／s～10Gbit／s；一種被稱為波分復用（WDM-——wavelength divisionmultiplexing）的技術可以使總的傳輸容量加大4倍、16倍甚至256倍。 　　在現代數字通信中，數據被分割成小的模塊，稱為“包”（packets）。之后，每個“包”被封裝到一個幀中，該幀包含原始信號中諸如目的地位置與地址等信息。在每一個開關節點，把這些“包”借助中間點的存儲與轉發（forward）機制送出。如何對“包”進行處理以確保正確（錯誤校正）、快速（確定路徑）和可靠的（服務質量）傳輸屬于協議給定（protocol specification）技術的范疇。已經開發了快速開關技術，如幀中繼（frame relay）和異步傳輸模式（ATM——asynchronoustransfermode）。ATM可以確保服務供應商能夠提供點與點之間廣泛的、且就速度和準確性而言的不同水平的服務質量。Internet協議（IP——Internet protoc01）是在ATM被提出之前發展的。IP很簡單，得到了廣泛應用，并在某些（如確定路徑）方面相當有效。在將來，如果IP中的新的服務質量協議能夠進一步完善，完全由IP組成的網絡也許是可行的。就目前來看，在ATM基礎上的IP運行似乎是過渡時期的解決方案[5] 。 　　隨著保證服務質量的能力的提高，老的專用線路計算機網絡和所謂的虛擬專用網（VPN——virtualprivatenetworks）之間的差別將縮小。在將來，服務供應商將會為用戶提供VPN，以滿足用戶的不同需要和商業要求[6，7] 。數據傳輸的性能或速度將由服務供應商保證。 　　2．2 Internet的安全性 　　加密是保證在開放環境下發送的信息能夠受到保護的最有效的方法。對于信息的發送者和接收者來講，傳統的方法是雙方商定采用同樣的“軟”鑰匙（算法）對信息進行加密和解密。所謂的“秘密鑰匙”密碼技術或對稱加密技術需要秘密傳送該“秘密鑰匙”的手段。美國麻省理工學院的3位研究人員Rivest，Shamir和Adleman于1977年發明了后來被稱為RSA的算法。該算法產生兩個“軟”鑰匙，一個用于對信息加密，被稱為“公共鑰匙”，其可以讓所有感興趣的公眾知道，以便他們與擁有兩個鑰匙的人安全地交流被加密的信息；另一個用于解密，被稱為“私人鑰匙”，用于對收到的信息進行解密。如果加密采用了很長的數據塊，例如128位，要破解它在計算上是不可行的。 為確保對信息的認證，可以采用混列（Hash）編碼。混列編碼算法用于從一個任意長度的信息中計算一個數字，且對于每一條信息而言該數字幾乎肯定是惟一的。如果文本在傳輸過程中被改變了，信息接收者計算出來的混列編碼相應的值將與原始值不匹配，這樣就可以得知信息是否已經被泄露和篡改。混列編碼技術也被用于數字簽名。 　　為了保護計算機中存儲的信息免受可能來自外部的襲擊，可以在網絡或計算機中安裝防火墻（firewall）。通常將在防火墻內部的計算機稱為可信賴的，而外部的計算機則為不可信賴的[8] 。 　　密碼學和防火墻技術的發展使Internet的安全性得到不斷加強。隨著計算機計算和處理信息的速度的不斷加快，密碼技術的應用會更為普遍。 　　3 電力市場中Internet的應用現狀 　　Internet已經被應用于電力市場，在這方面美國走在了前頭。自1994年美國開始電力工業改革以來，聯邦能量管制委員會（FERC——Federal EnergyRegulationCommittee）就要求建立“開放的同時信息系統”（OASIS——openaccess same—time information system），以確保現有的電力公司不會比其他競爭對手擁有信息優勢。OASIS中發布交易、調度和價格信息，對所有市場參與者開放，而且輸電系統當前的使用情況也通過可用輸電容量（ATC——available transfer capability）的形式在OASIS中發布。OASIS就是基于Internet建造的。 　　在很多運行的電力市場中，發電公司通過Internet向市場運行機構，如電力聯營體（P001）或電力交換機構（Power Exchange）申報價格和可供容量的報價單；市場運行機構采用電力市場交易系統對所有發電公司的報價進行評估后，再通過Internet通知各發電公司最后的發電調度結果。 　　在更高級的電子標簽系統（ETC——electronic—taggingsystem（或E—tag））中可以插入發電環節的投標和自調度功能，以及輸電環節的阻塞管理（如ATC的監視與計算）和輸電通道預約（如金融性輸電權，縮寫為FTR）功能，可以為市場參與者和類似于北美電力可靠性委員會（NERC——North AmericanElectric Reliability Council）的運行管理機構提供區域間功率交換的交易信息，并實施相應的行動（如發出通知和為批準過程提供方便）。電力市場的運營和電力系統的可靠運行將越來越依賴于ETC及其準確性。 　　到目前為止，Internet在電力市場中的應用僅僅利用了Internet的一些初級功能，如直接數據收集和張貼。這只是Internet的大量的、潛在的應用領域與功能的冰山之一角。隨著電力市場的成熟和由于競爭所引發的創新的不斷滲透，必將會導致更成熟的、具有商業價值的Internet的應用。 　　4 Web服務 　　Web服務是Internet應用的一個新的、重要的分支[9] 。在這里，“服務”這個詞不僅僅指直接的服務（例如預定酒店的房間），也指模塊性服務，而其他人可以基于這些模塊性服務提供更大的配套服務。Web服務可以完成從簡單的請求應答服務到復雜的商業和工程決策過程。Web服務是一種可以通過標準的Internet協議進入的可編程應用邏輯。與現有的組件技術（component technolqogy）不同，Web服務不是通過具體的面向對象的模型協議，如分布式組件對象模型（DCOM——distributed component Object model）訪問的，而是通過無所不在的Web協議和數據格式如超文本傳輸協議（HTTP——hypertexttransportprotoc01）和可擴展標 記語言 （XML——extensible markup language）[10，11]進入的。還有，Web服務的接口是按照Web服務接收和產生的信息而嚴格定義的。只要用戶可以產生和接收由Web服務接口所定義的信息，就可使用Web服務。 　　圖1展示了Web服務的一個具體操作過程。該服務的用戶，不管是通過計算機的瀏覽器或是需要這種服務的智能設備，都可以借助Internet提交使用Web服務的訪問申請。每一項具體的Web服務可以利用其他組塊式Web服務、甚至安裝在Internet的其他地方的軟件來完成所需的服務。 　　Web服務包括5個層次（參見圖2），即Web服務界面層、商務外表層、商務邏輯層、數據訪問層和數據層。數據存儲于數據層，通過數據訪問層進入。數據訪問層把商業邏輯和存儲的數據的變化隔離起來，這有利于確保數據的完整性。商務外表層提供了簡單的接口，將服務要求直接映射為Web服務的運算。商務外表層和商務邏輯層之間的接口可以通過中間平臺如公共對象請求代理體系結構（CORBA——common Object request broker architecture）或DCOM實現。用戶的申請通過Web服務界面提交，該界面也負責將用戶請求的任務分配到商務外表層中所包含的相應的解決方法或程序，或從Internet中取得其他服務。如果服務器返回一個響應，Web服務界面層負責將該響應從商務外表層送給用戶。 　　Web服務平臺基本上由XML和HTTP組成。眾所周知，HTTP在Internet中得到普遍應用，這里無須贅述。XML專門用于對數據進行結構化處理，并可用于描述用戶和Web服務之間、或一個組合服務所包含的組件（分量）服務之間復雜的交互作用。Web服務平臺也支持其他功能如查找、交易、安全和認證等。Web服務平臺具有由簡單對象訪問協議（SOAP——simple Objectaccessprotoc01）提供的遠程請求服務，由通用描述、查找和集成（UDDI——universal description，discovery and integration）協議提供的目錄服務，以及由Web服務定義語言（WSDL——Web service definition language）提供的服務特征的表述功能。 　　當實現Web服務系統時，幾種有用的商業化的產品可用于構造Web服務平臺。例如，Sun Microsystems公司的JXTA（Juxtapose），微軟公司的．NET，都是基于XML的。它們可以提供實現點對點（peer—to—peer）的Web服務申請，例如搜索站點、或站點之間通信等基本功能。 　　5 電力市場的應用服務提供者模型 　　Web服務為電力市場中新的應用服務提供了潛力。決策支持系統中所包括的市場分析問題的復雜性要求大量的數據準備工作、最先進的技術和軟件工具；另一方面，電力市場運行規則的不斷變化要求對分析工具頻繁更新。為此，需要具有商業管理、工程和軟件方面的專門知識及經驗。市場信息的發布要求頻繁的實時數據更新，這需要管理數據收集和維護數據完整性方面的專門知識。大的市場參與者（例如大的發電公司）可以雇傭一個專家組來完成這些任務。但隨著市場參與者數量的增加和參與者規模的減小，將會出現專家短缺的局面，這樣具有專業水平的市場應用服務將會出現并逐步成長、壯大。可以將有關專家集中起來借助Internet向分散的用戶提供服務。 　　應用服務提供者（ASP——application service provider）模型是基于軟件的服務或應用，通常由第 　　三方提供。ASP提取Web服務器收到的要求服務的信息，并基于這些要求完成一些相應的服務工作。應用服務軟件完成的服務工作類別與要解決的具體問題有關。這樣，應用服務（包括數據）的管理是中央化的，服務通過Internet提交給大量的用戶。 　　已經提出了基于Web的負荷管理信息系統[12] ，也有文獻討論了通過Internet進行電力系統的研究[13] 。負荷預報作為由ASP提供的、直接的Web服務已經在美國出現[14] 。 　　在電力市場環境下，由ASP提供Web服務的一個可能的例子是電能生產調度（energy production scheduling）系統，如圖3所示。發電公司可能會需要由ASP提供的這種服務。ASP可以從PX或ISO獲取交易和系統運行數據。氣象預報和負荷預報、能源市場和電力市場的預測結果均可以作為電能生產調度系統的輸入來激活這種服務。當然，必須嚴格維持服務器與客戶之間的信任和保守機密的承諾，這在服務器同時向多個客戶提供類似服務的場合尤其重要。 　　Web服務的另一個例子是基于實際運行狀態的檢修調度[15] ，如圖4所示。ASP可以實現一個維護管理系統，其主要的功能是監視設備的狀態，并基于設備的物理條件和從市場運行的角度衡量，以保證服務質量要求為目的，來確定應該何時檢修。所以，檢修管理系統除了要與通過Internet的設備監視系統互聯外，還要與電能生產調度系統、信息管理系統（MIS）等進行交互，以確定最優檢修計劃。 　　很多技術上可行的其他應用可望不斷出現，但是否能夠取得商業上的成功取決于具體的環境和局部條件。我們相信，將來會有很多基于ASP模型的Web服務。 　　6 結論 　　a．將來競爭的電力工業需要開放、靈活、遍布各地的系統進行信息提取、管理和交換。Internet為 　　此提供了理想的解決辦法。電力市場目前應用Internet進行信息交換的OASIS和電子標簽系統，只是Internet在改革后的電力工業中應用的冰山之一角。 　　b．隨著Internet服務質量的提高和加密協議的改善，對大多數應用來講，專用計算機網絡和通過Internet的VPN之間的差別將越來越小。 　　c．適用于分布式處理的Web服務平臺正在出現并得到快速發展。電力工業可以利用這些新技術，并應用于解決電力市場中的有關問題。 　　d．ASP模型將是電力市場中應用Internet的下一輪熱點之所在。 e．XML作為一種通用語言，在由Internet實現的交互作用中將起到重要作用。 轉自：東方自動化