摘 要：國內以往的EMS和DTS是2套系統(tǒng)，這嚴重影響了它的實用性。為此，設計了EMS／DTS一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)了EMS和DTS在支撐平臺、功能、數(shù)據(jù)結構和應用程序級的全面一體化，使傳統(tǒng)EMS功能和DTS功能相互補充。與非一體化系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)勢。
關鍵詞：能量管理系統(tǒng) 調度員培訓仿真系統(tǒng) 一體化 電力系統(tǒng)
引言
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電網(wǎng)商業(yè)化運營的深入開展，對電力系統(tǒng)的運行進行調度和控制變得越來越復雜。為提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質和經(jīng)濟運行水平，能量管理系統(tǒng)(EMS)［1］和調度員培訓仿真系統(tǒng)(DTS)［2］作為電網(wǎng)調度中心的2套重要的計算機自動化系統(tǒng)，已經(jīng)在實際的電力系統(tǒng)中得到了廣泛的推廣應用。其中，EMS系統(tǒng)主要用于電網(wǎng)監(jiān)控和調度輔助決策，可以使電網(wǎng)調度由經(jīng)驗型上升至科學的分析型。而DTS則主要用于調度員培訓、運行方式研究和反事故演習等。
由于歷史原因，國內以往的EMS和DTS是2套系統(tǒng)，分別獨立進行開發(fā)和研制。用戶使用時，需要掌握和維護2套系統(tǒng)，人機界面風格不一致，分析計算結果不盡相同，不同數(shù)據(jù)庫之間通過 數(shù)據(jù)接口相連，使用維護十分不便，嚴重影響了系統(tǒng)的實用性。近年來，隨著EMS和DTS系統(tǒng)應用的普及，迫切需要研制出一套真正的EMS／DTS一體化系統(tǒng)。
1 一體化系統(tǒng)的設計
1.1 概念設計
真正的EMS／DTS一體化系統(tǒng)的內涵主要有以下3個層次：
(1)支撐平臺的一體化。EMS和DTS采用統(tǒng)一的支撐平臺，包括：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、圖形和人機交互系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、進程管理系統(tǒng)等。
(2)應用功能的一體化。EMS和DTS功能一體，應用系統(tǒng)內部無縫連接，每臺工作站可以同時運行EMS和DTS應用系統(tǒng)。
(3)數(shù)據(jù)結構和應用程序級的一體化。EMS和DTS應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫定義和數(shù)據(jù)結構保持一致，相同的功能和算法細節(jié)采用完全相同的源代碼，使EMS和DTS在軟件上實現(xiàn)了最大程度的可重用性。
上述3個一體化層中，層次(3)是最高程度的一體化。
圖1給出了EMS／DTS一體化系統(tǒng)示意［3］。
圖1 EMS／DTS一體化系統(tǒng)示意
1.2 統(tǒng)一支撐平臺設計
在統(tǒng)一支撐平臺的設計中，利用了開放分布式的體系結構、面向對象的技術和國際標準的軟件平臺，采用UNIX操作系統(tǒng)、X-Window／Motif圖形界面、TCP／IP網(wǎng)絡通信協(xié)議和SQL數(shù)據(jù)庫訪問語言，系統(tǒng)具有良好的開放性，可在不同廠家的硬件平臺上運行，使用戶的軟件投資得到充分保護。
統(tǒng)一支撐平臺由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、圖形和人機交互系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)和進程管理系統(tǒng)等幾部分組成。
統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有以下4個特點：(1)使用UNIX的共享內存技術使數(shù)據(jù)常駐內存，滿足了實時性的要求；(2)支持邏輯上的層次和指針結構，同時滿足了電網(wǎng)分析和仿真計算的要求；(3)支持不同的數(shù)據(jù)集模式，每個數(shù)據(jù)集模式可以包含多個數(shù)據(jù)庫，EMS和DTS可以使用不同的數(shù)據(jù)集模式，滿足了在同一臺計算機上同時運行EMS和DTS功能而互不干擾的要求，并可在EMS和DTS應用之間方便地進行切換；(4)支持多數(shù)據(jù)集，即同一個數(shù)據(jù)集模式可以生成多個結構完全一致但內容取值可以不同的數(shù)據(jù)集，滿足了在同一臺計算機上供不同的用戶同時運行EMS和DTS功能而互不干擾的要求。本文從一體化高度，設計了EMS和DTS一體的應用數(shù)據(jù)庫結構，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫從管理到應用級的全面一體化。
統(tǒng)一的圖形和人機交互系統(tǒng)由工作平臺和維護平臺2部分組成。其中，工作平臺主要由EMS工作平臺、DTS教員臺和DTS學員臺3部分組成，它們分別是EMS使用人員、DTS教員和DTS學員所使用的人機交互環(huán)境，其中DTS學員臺是EMS工作平臺的完整拷貝，保證了控制中心模型的逼真性。在設計中，嚴格保證了幾套工作平臺在顯示、查詢和操作等人機交互風格上的一致性，易于學習和使用。維護平臺是維護人員用于建立和維護系統(tǒng)所使用的圖形數(shù)據(jù)庫工具，維護人員只需掌握一套維護工具。
統(tǒng)一的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)基于TCP／IP協(xié)議，負責EMS／DTS分布式系統(tǒng)中各功能節(jié)點工作站之間可靠的網(wǎng)絡通信，進行網(wǎng)絡監(jiān)視和管理。
統(tǒng)一的進程管理系統(tǒng)負責協(xié)調和管理EMS／DTS一體化系統(tǒng)中眾多功能各異的進程，對進程的運行進行監(jiān)視，控制進程的啟停和進程間的通信。
1.3 應用功能的設計
1.3.1基本公共應用
由于EMS和DTS應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構在設計時保持一致，使2套系統(tǒng)中相同的功能和算法細節(jié)可以采用相同的源代碼，即通過提取EMS和DTS應用軟件中的“公因子”(即公共應用)，使EMS和DTS運行時統(tǒng)一調用這些公共模塊。
(1)電網(wǎng)建模。本文將EMS和DTS所需的電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫相結合，設計出EMS／DTS一體化系統(tǒng)的統(tǒng)一電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。采用了智能化的方法來進行電網(wǎng)建模，智能化的電網(wǎng)建模工具能利用廠站單線圖中隱含的電網(wǎng)結構信息，采用拓撲搜索算法自動生成電網(wǎng)結構數(shù)據(jù)庫，并直接通過選擇圖元錄入對應電力設備的參數(shù)，并在圖元和數(shù)據(jù)庫中的電力設備之間建立了連接關系。系統(tǒng)可自動標定待顯示的動態(tài)數(shù)據(jù)的位置實現(xiàn)了圖形數(shù)據(jù)庫一體化，大幅度降低了建立和維護EMS／DTS一體化系統(tǒng)的工作量，并且不易出錯，降低了對系統(tǒng)維護人員的要求。
(2)拓撲分析［4］和動態(tài)著色。它被EMS和DTS中眾多模塊所調用。該應用可根據(jù)開關／刀閘的開／合狀態(tài)，確定整個電網(wǎng)的電氣連通關系，軟件中采用了通用的深度優(yōu)先算法，能處理電網(wǎng)復雜多樣的主接線方式。電力設備帶電還是不帶電、是處于環(huán)網(wǎng)還是輻射網(wǎng)上，都可以在單線圖上用不同的顏色來加以區(qū)別。
(3)外網(wǎng)等值。外網(wǎng)等值統(tǒng)一采用了改進的擴展WARD等值法［5］，能考慮外網(wǎng)對內網(wǎng)擾動產(chǎn)生的功率增援。
(4)潮流計算。統(tǒng)一采用快速分解算法，并統(tǒng)一考慮如：多島潮流、功率缺額分配和系統(tǒng)頻率變化等特殊的問題［6］。
(5)故障計算。它可對各種類型的短路和斷路計算故障后系統(tǒng)中元件上的各相和各序電流和電壓，統(tǒng)一采用了一種規(guī)范化的故障計算方法［7］，可適應于各種故障類型。
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