邹德虎
从电网调度自动化系统到泛在电力物联网
2020-9-15 16:31
阅读:914

泛在电力物联网是2019年非常火的一个词。由于众所周知的原因,这个词目前已经销声匿迹了。但是,这个词倒不是大风吹来的。我们可以温故而知新,从技术角度把它彻底弄清楚,也有助于把握电力系统行业的发展趋势。

先要从电网调度自动化说起。早在20世纪70年代,我国就开展了电网调度自动化的研发。20世纪80年代,我国花了宝贵的外汇,从国外进口了四套电网调度自动化系统,标志着电网调度工作进入了实用化工作。后来在该领域逐渐实现了国产替代,以南瑞的OPEN-3000系统为标志(2005年左右大规模投入市场),OPEN-3000系统基本上把国外的同类产品挤出国内市场。

我们现在回过头来看,电网调度自动化其实就是电网二次设备接入调度控制中心,其采集层、传输层、控制中心构成完整的物联网。这个物联网已经有几乎50年的历史了,那么与近期很火的物联网的区别在哪呢?

实际上,电力系统在传统工业中,可能是自动化、信息化水平最高的行业了。很多电力系统早已应用的技术,很多年后才在社会上广泛应用。例如,20世纪80年代,我国电网调度自动化系统就引入了内存数据库,当代以Redis为代表的内存数据库技术火了不到十多年。还有,21世纪初电网调度自动化就已经是很大规模的分布式计算机集群了,因此,电网企业自主开发了消息总线、服务总线,用于构建基于服务的大型软件系统。而2010年以后,以Kafka为代表的消息队列才流行起来。在通信方面,电网企业早就自建了独立的通信网络,等等。但是,有一个值得思考的问题:电网企业早期开发的这么多技术,基本上只是满足于自身的需求,缺少向社会其它行业推荐、服务(其实有,但是不怎么成功),也没有开源,从而失去了发扬光大的机会。最终电网公司的这些技术在最近几年逐渐落后于互联网行业。这个话题我有可能在别的博客文章中继续探讨。

调度自动化系统涉及生产运行,因此是最早实用的系统。我记得刚工作那会(2007年),在重要的500kV枢纽变电站值班,设备操作要人眼看位置,设备台账是纸质版的,操作票是自己写然后打印出来的,电气主接线图是用AutoCAD画出来再打印。大多数工作都没有自动化、信息化。但当时的调度是有调度自动化系统的,虽然当时调度还不能直接遥控开关,需要打电话指挥我们在现场操作。后面,电网公司才出现各种形形色色的信息系统,比如记录台账的PMS系统,还有变电站监控系统、输电线路状态监测系统,等等。

当时的电网调度自动化的发展逐渐出现了一些问题:系统(指的是调度内部的系统)越上越多,系统与系统之间就像蜘蛛网一样密密麻麻,运维人员苦不堪言。例如,有基本的EMS/SCADA系统,还有基于同步向量数据的WAMS系统,还有调度管理系统,还有保护信息系统,等等。于是,国网公司提出建立统一的调度控制平台,然后调度的所有业务都做成基于平台的应用。这就是D5000系统的由来。应该说D5000系统在大目标上是成功的,解决了大规模电力系统的多级协同调度问题(主要问题是成本太高,在系统外很难推广)。现在回过头来看,D5000系统的平台,不就是企业中台么?只不过当时没有出现“中台”这个词而已。

D5000是成功的,但只涉及调度业务。电网公司还有许多其它业务,是不是可以在D5000的基础上乘风破浪,扩展到电网公司的其它部门/其它业务呢?当前,电网公司每个部门都主推自己的信息化系统,系统与系统之间存在冗余、存在重复建设,系统间联系成本也很高,就像一个个烟囱那样,严重制约了电网企业对外开展新型服务。那模仿D5000的成功经验,建设强大的中台,在中台基础上建设形形色色的应用,泛在电力物联网不就可以建成了?这种想法是不现实的,呵呵。

任何技术,都是为管理(或者说是业务/商业模式等等)服务的。电网调度自动化系统是为电网调度业务服务的。由于电力系统安全稳定的要求,调度业务是严密的、分层分级的生产指挥体系,下级调度对于上级调度的指令,是绝不能讨价还价的。在调度自动化系统出现之前,这套管理机制就出现了,只不过当时是打电话进行调度指挥,全手工操作(包括调频调压都是手工操作,工作量很大而且系统不太稳定)。调度自动化系统这个技术是为调度业务服务的,加强了调度管理的能力,不存在需要对已有的机制进行重大变革。

但是,除了调度之外,电网公司还有大大小小的部门,例如设备部、营销、配电等。这些部门当然优先着重完成自己的业务,因而建设的信息化系统必然是烟囱状的,信息分割。如果要求建设的企业中台可以横跨很多部门,完成数据和业务的整合工作,那在管理上也要求同时完成整合。否则,就是试图采取一个技术来解决某个管理问题。这必然带来建成的系统不好用,难以实用化,最后不了了之。

当然,电网公司也不是没有在管理变革上努力,例如成立互联网部统筹泛在电力物联网的建设。但是,信息化部门对于传统工业部门是相对弱势的。例如,从泛在电力物联网的全局角度要对调度自动化系统进行大幅度改进,调度部门会答应吗?擅长搞通信计算机的互联网部可以对电网安全稳定运行负责吗?

平心而论,就算不提出“泛在电力物联网”,没有什么企业中台的概念,有的部门间确实需要加强协同或整合。最典型的就是营配贯通。营销和配电业务都与电网的最终用户密切相关,只不过配电相对在上游。例如许多地方,配电变压器停电了,却不知道对应具体的哪些终端用户停电了,这很降低用户体验。开展对外增值服务,营配可能是最重要的两个环节了。但是营配贯通首先是要在很多地方理顺了,技术本身反而是次要的。

后来很多电网部门提出自己的中台建设方案,不涉及跨部门数据贯通、新型业务的开展,这根本就是之前的信息化系统,换汤不换药。

上面是从平台角度来说,下面谈一谈边缘侧和终端侧(感知层)。其实,在边缘侧和终端侧,成本是很高的,一个配电变压器终端(TTU),比配电变压器成本还高。通过统一的边缘物联代理,同时为营销和配电提供数据,这是完全可行的。通过扩大开放性(包括华为等公司的参与),把这部分成本降下来是非常有必要的。另外,扩大开放也意味着可调度对象增多,使得电网控制更加多样化,有利于电力系统经济稳定。

下面给出总结:泛在电力物联网代表着电网公司的愿景:一方面是解决以前信息化系统建设的一些问题;另一方面,希望在传统的卖电收费业务之外,开发增值业务,将总体业务由工业型向服务业转换。

下面是我不成熟的看法,互联网企业可以在移动、电信的信息通信基础设施上开展巨量的增值服务,能否自动推导出:在电网基础设施上可以开发出巨量的新增业务?我认为新增业务是有的,但是体量远不能跟卖电相比。毕竟行业完全不同,信息和能源遵循不同的物理规律。把过多的资源用来寻找新型业务是否划算呢?我觉得还不如在保证可靠性的前提下,通过技术和管理的改善尽可能降低电力的成本,这也是政府降电价的本意。

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