【关键词】 能量管理系统 调度员培训仿真系统 一体化 电力系统EMS／DTSIntegratedSystemDesignAbstract TheseparatelydevelopedEMSandDTStwosystemshavebroughtaboutdifficultyonoperation.Therefore,thefullyintigratedEMS／DTSsystemdesignonsupportingplatform,functions,dataconfigurationandapplicationprogramfacilitatesmutualsupportingbetweentheconventionalEMSandDTSfunctions,andhassignificantadvantageovertheseparatedsystems.
Keywords EMS DTS integrated powersystem0 引言
随着电力系统的发展和电网商业化运营的深入开展，对电力系统的运行进行调度和控制变得越来越复杂。为提高电网安全、稳定、优质和经济运行水平，能量管理系统(EMS)［1］和调度员培训仿真系统(DTS)［2］作为电网调度中心的2套重要的计算机自动化系统，已经在实际的电力系统中得到了广泛的推广应用。其中，EMS系统主要用于电网监控和调度辅助决策，可以使电网调度由经验型上升至科学的分析型。而DTS则主要用于调度员培训、运行方式研究和反事故演习等。
由于历史原因，国内以往的EMS和DTS是2套系统，分别独立进行开发和研制。用户使用时，需要掌握和维护2套系统，人机界面风格不一致，分析计算结果不尽相同，不同数据库之间通过 数据接口相连，使用维护十分不便，严重影响了系统的实用性。近年来，随着EMS和DTS系统应用的普及，迫切需要研制出一套真正的EMS／DTS一体化系统。1 一体化系统的设计
1.1 概念设计
真正的EMS／DTS一体化系统的内涵主要有以下3个层次：
(1)支撑平台的一体化。EMS和DTS采用统一的支撑平台，包括：数据库管理系统、图形和人机交互系统、网络通信系统、进程管理系统等。
(2)应用功能的一体化。EMS和DTS功能一体，应用系统内部无缝连接，每台工作站可以同时运行EMS和DTS应用系统。
(3)数据结构和应用程序级的一体化。EMS和DTS应用系统的数据库定义和数据结构保持一致，相同的功能和算法细节采用完全相同的源代码，使EMS和DTS在软件上实现了最大程度的可重用性。
上述3个一体化层中，层次(3)是最高程度的一体化。
图1给出了EMS／DTS一体化系统示意［3］。图1 EMS／DTS一体化系统示意1.2 统一支撑平台设计
在统一支撑平台的设计中，利用了开放分布式的体系结构、面向对象的技术和国际标准的软件平台，采用UNIX操作系统、X-Window／Motif图形界面、TCP／IP网络通信协议和SQL数据库访问语言，系统具有良好的开放性，可在不同厂家的硬件平台上运行，使用户的软件投资得到充分保护。
统一支撑平台由数据库管理系统、图形和人机交互系统、网络通信系统和进程管理系统等几部分组成。
统一的数据库管理系统有以下4个特点：(1)使用UNIX的共享内存技术使数据常驻内存，满足了实时性的要求；(2)支持逻辑上的层次和指针结构，同时满足了电网分析和仿真计算的要求；(3)支持不同的数据集模式，每个数据集模式可以包含多个数据库，EMS和DTS可以使用不同的数据集模式，满足了在同一台计算机上同时运行EMS和DTS功能而互不干扰的要求，并可在EMS和DTS应用之间方便地进行切换；(4)支持多数据集，即同一个数据集模式可以生成多个结构完全一致但内容取值可以不同的数据集，满足了在同一台计算机上供不同的用户同时运行EMS和DTS功能而互不干扰的要求。本文从一体化高度，设计了EMS和DTS一体的应用数据库结构，实现了数据库从管理到应用级的全面一体化。
统一的图形和人机交互系统由工作平台和维护平台2部分组成。其中，工作平台主要由EMS工作平台、DTS教员台和DTS学员台3部分组成，它们分别是EMS使用人员、DTS教员和DTS学员所使用的人机交互环境，其中DTS学员台是EMS工作平台的完整拷贝，保证了控制中心模型的逼真性。在设计中，严格保证了几套工作平台在显示、查询和操作等人机交互风格上的一致性，易于学习和使用。维护平台是维护人员用于建立和维护系统所使用的图形数据库工具，维护人员只需掌握一套维护工具。
统一的网络通信系统基于TCP／IP协议，负责EMS／DTS分布式系统中各功能节点工作站之间可靠的网络通信，进行网络监视和管理。
统一的进程管理系统负责协调和管理EMS／DTS一体化系统中众多功能各异的进程，对进程的运行进行监视，控制进程的启停和进程间的通信。
1.3 应用功能的设计
1.3.1基本公共应用
由于EMS和DTS应用系统的数据结构在设计时保持一致，使2套系统中相同的功能和算法细节可以采用相同的源代码，即通过提取EMS和DTS应用软件中的“公因子”(即公共应用)，使EMS和DTS运行时统一调用这些公共模块。
(1)电网建模。本文将EMS和DTS所需的电网数据库相结合，设计出EMS／DTS一体化系统的统一电网数据库。采用了智能化的方法来进行电网建模，智能化的电网建模工具能利用厂站单线图中隐含的电网结构信息，采用拓扑搜索算法自动生成电网结构数据库，并直接通过选择图元录入对应电力设备的参数，并在图元和数据库中的电力设备之间建立了连接关系。系统可自动标定待显示的动态数据的位置实现了图形数据库一体化，大幅度降低了建立和维护EMS／DTS一体化系统的工作量，并且不易出错，降低了对系统维护人员的要求。
(2)拓扑分析［4］和动态着色。它被EMS和DTS中众多模块所调用。该应用可根据开关／刀闸的开／合状态，确定整个电网的电气连通关系，软件中采用了通用的深度优先算法，能处理电网复杂多样的主接线方式。电力设备带电还是不带电、是处于环网还是辐射网上，都可以在单线图上用不同的颜色来加以区别。
(3)外网等值。外网等值统一采用了改进的扩展WARD等值法［5］，能考虑外网对内网扰动产生的功率增援。
(4)潮流计算。统一采用快速分解算法，并统一考虑如：多岛潮流、功率缺额分配和系统频率变化等特殊的问题［6］。
(5)故障计算。它可对各种类型的短路和断路计算故障后系统中元件上的各相和各序电流和电压，统一采用了一种规范化的故障计算方法［7］，可适应于各种故障类型。
1.3.2 EMS应用
EMS应用功能包括常规SCADA功能和EMS高级应用功能，EMS高级应用功能则主要由拓扑分析和动态着色、量测系统的分析和维护、实时状态估计、短期／超短期负荷预测、外网等值、在线潮流、经济评估分析、静态安全评定、自动故障选择、灵敏度分析、校正对策分析、最优潮流、在线故障计算、短路容量扫描、静态电压稳定分析、暂态稳定分析、开停机计划、水火电发电计划等组成。EMS高级应用软件系统的数据流图见图2，其中，实时状态估计功能从SCADA获取，定期自动启动运行。图2 EMS高级应用软件系统的数据流程1.3.3 DTS应用
图3给出了DTS软件系统的数据流图。其中，“学员台”模拟了控制中心的EMS功能，它一般是由实际EMS软件系统的完整拷贝和模拟的EMS硬件系统所组成。“教员台”则负责实现仿真支持(包括：教员操作台、教案的制作与管理、仿真过程控制、事件处理器、仿真时钟等功能)、电力系统模型、远动系统模型以及仿真运行评估等功能。其中，电力系统模型包括网络拓扑、系统频率、稳态计算、动态计算、故障计算、继电保护、自动装置、操作培训等模型，不仅可用于模拟电力系统的稳态运行状况还可以模拟系统失稳时的动态过程行为，实现了从稳态到动态，再从动态返回稳态的平滑过渡，实现了稳态模型和动态模型的一体化。图3 DTS软件系统的数据流程2 一体化系统的优势
与传统的非一体化EMS和DTS系统相比，EMS／DTS一体化系统具有非常明显的优势。
2.1 支撑平台一体化的优势
从开发角度看，便于系统的研制和管理，可大大缩短开发周期，大幅度提高系统的可扩展性，而且支撑平台的改进和升级对EMS和DTS应用系统均会带来益处。同[1][2]下一页
