0引言
隨著計算機軟硬件技術的飛速進步，以計算機為平臺的電力系統(tǒng)調(diào)度自動化技術得到了蓬勃發(fā)展。我國電力系統(tǒng)調(diào)度自動化在20世紀80年代以前一直處于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（scada）階段，80年代初，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計算法逐漸成熟，調(diào)度自動化技術開始向能量管理系統(tǒng)（ems）階段發(fā)展[1]。80年代末、90年代初，隨著實時狀態(tài)估計在實際電網(wǎng)中的實現(xiàn)，ems開始走向?qū)嵱没覈娏ο到y(tǒng)調(diào)度也隨之真正向自動化方向發(fā)展，電力調(diào)度工作由以調(diào)度工作人員經(jīng)驗為主，發(fā)展為在電網(wǎng)仿真計算基礎上的科學調(diào)度。
ems按其范圍可分為狹義和廣義兩種。
狹義的ems是指電力應用軟件，它利用scada系統(tǒng)采集電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，包括開關刀閘狀態(tài)、變壓器分接頭位置等開關量，以及節(jié)點電壓、支路潮流等模擬量，在這些實時數(shù)據(jù)基礎上，通過實時狀態(tài)估計，剔除壞數(shù)據(jù)，并求得所有節(jié)點的電壓，然后通過在線潮流求得全網(wǎng)的潮流分布。在線潮流每隔一個較短的時間間隔（例如1min）運行一次，便于調(diào)度人員對全網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。調(diào)度人員還可通過ems中的故障計算和暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊，計算各種故障情況下的故障電流、全網(wǎng)潮流分布和暫態(tài)穩(wěn)定情況，以便進行運行方式的制定和繼電保護定值的校核。
廣義的ems是指實現(xiàn)調(diào)度自動化的所有應用軟件，主要包括scada、狹義的ems以及調(diào)度員培訓仿真器（dispatchertrainingsimulator，縮寫為dts）。
目前，國內(nèi)外有人把dts稱為操作員培訓仿真系統(tǒng)（operatortrainingsimulator，縮寫為ots），或者稱為電力系統(tǒng)仿真器（powersystemsimulator）。
dts主要用于對調(diào)度員進行電網(wǎng)操作和事故處理培訓。一般由1個教員臺和1個或多個學員臺構成。教員通過設置各種教案，用dts培訓學員；學員面對的是整個電力系統(tǒng)仿真環(huán)境，以及由各種教案構成的事故和操作，通過處理這些教案產(chǎn)生的事故和操作，達到接受培訓的目的。
本文主要介紹dts的構成、dts與ems的與區(qū)別、目前國內(nèi)對dts系統(tǒng)的研究開發(fā)情況，以及國調(diào)中心對dts系統(tǒng)的應用情況和研究成果。
1dts的構成
目前，國內(nèi)外有多家廠商從事dts系統(tǒng)的開發(fā)工作，各個版本的dts系統(tǒng)雖然在算法水平、人機界面友好性等方面存在差異，但其基本構成大致相同，都是在主要包括離線數(shù)據(jù)庫（主要用于保存電網(wǎng)結構和參數(shù)以及歷史數(shù)據(jù)）和實時數(shù)據(jù)庫（主要用于實時計算）的分布式軟件平臺的基礎上，由3個功能模塊即電力系統(tǒng)模塊（psm）、控制中心模塊（ccm）和教員控制模塊（icm）[l]，構成。其核心部分是psm，它包括電力系統(tǒng)元件和控制系統(tǒng)模型、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲模型。ccm由控制中心scada和agc功能仿真、電力系統(tǒng)分析和調(diào)度員人機接口等功能仿真軟件組成。icm包括培訓前準備、教案制作、培訓中操作控制、培訓后恢復和評估等功能。
psm，ccm和icm三者之間的關系如圖1所示。
icm向psm提供各種模型、參數(shù)、初如潮滾和事件表，啟動psm運行，psm的仿真結果以rtu格式送至ccm，ccm向?qū)W員顯示當前電網(wǎng)運行情況，并將學員的控制操作命令以rtu格式送至icm再轉至psm，改變psm運行條件。
一般的，dts系統(tǒng)是按照分布式系統(tǒng)原則設計的。因此，psm，ccm，icm這3個模塊可以分裝在3臺計算機上，也可以將psm和icm裝在一臺計算機上。裝ccm的計算機稱為學員臺，允許配置多個學員臺，進行調(diào)度全值人員橫向協(xié)調(diào)操作培訓。裝icm的計算機稱為教員臺，允許配置多個教員臺進行同級調(diào)度員之間或是上下級調(diào)度員之間縱向協(xié)調(diào)培訓，例如在實施全國電力系統(tǒng)聯(lián)合反事故演習中，如果使用分布式多教員臺dts系統(tǒng)，各級教員調(diào)度員在其管轄范圍內(nèi)設置不同的事件，所有這些事件構成了整個反事故演習的教案，對所有參演調(diào)度員和值班員進行培訓。
2dts與ems的和區(qū)別
dts作為廣義ems的一部分，與狹義ems有著緊密的。dts系統(tǒng)的一個重要應用是培訓調(diào)度員在熟練使用ems的基礎上加深對電力系統(tǒng)的理解，熟悉調(diào)度操作。因此，dts應盡可能與ems有相同或者相似的人機界面；同時，dts應能夠采用ems的實時數(shù)據(jù)進行培訓，使學員身處一種真實的電力系統(tǒng)環(huán)境之中。dts與ems應一體化設計[2]。目前，國內(nèi)外各主要調(diào)度自動化軟件開發(fā)商紛紛推出ems／dts一體化系統(tǒng)。這種一體化系統(tǒng)，不僅體現(xiàn)在相同的人機界面、相同的數(shù)據(jù)來源，都是從同一個離線數(shù)據(jù)庫取得同一個電網(wǎng)的結構參數(shù)，dts可以使用ems的當前數(shù)據(jù)斷面作為初始教案，從而兩者的運行參數(shù)一致：而且，兩個系統(tǒng)運行于同一個實時數(shù)據(jù)庫平臺之上，在某些功能相近的模塊中，兩個系統(tǒng)還實現(xiàn)了部分程序代碼的共用。這種一體化的結果，不僅大大減少了數(shù)據(jù)維護量和程序維護量，而且真正做到了dts對ems在人機界面和計算結果方面的模擬，使學員在接受培訓之后能夠更快地熟悉自己的工作。
dts與ems作為功能不同的兩個系統(tǒng)，相互之間的區(qū)別也是明顯的。
首先，dts可以通過程序自帶的數(shù)據(jù)斷面作為初始教案進行培訓，也可以將dts培訓過程中的某一個數(shù)據(jù)斷面保存為一個存儲柜（savecase），供下次培訓時使用。因此，dts可以具有獨立于ems運行的能力，它的運行并不*依賴于ems。
其次，dts與ems在運行機理上不*相同。ems反映的是系統(tǒng)當前的實時狀態(tài)，是一個數(shù)據(jù)斷面，由scada數(shù)據(jù)驅(qū)動，是靜態(tài)的概念；而dts仿真的是以初始數(shù)據(jù)斷面為起點，按照一定算法模擬系統(tǒng)在一段較長時間內(nèi)的運行狀態(tài)，反映的是一個由時間驅(qū)動的仿真過程，是動態(tài)的概念。反映到算法上，在穩(wěn)態(tài)方面，ems計算的是在線潮流，反映的是當前的系統(tǒng)潮流分布；而dts計算的是動態(tài)潮流，反映的是一段時間內(nèi)系統(tǒng)潮流分布隨負荷曲線而變化的情況。在動態(tài)方面，ems計算的是故障情況下的故障電流和短時間（1秒～幾秒）內(nèi)的暫態(tài)穩(wěn)定情況，使用的是穩(wěn)態(tài)模型和準穩(wěn)態(tài)模型，例如發(fā)電機采用的是能量恒定的二階經(jīng)典模型，不考慮調(diào)速器、勵磁器、pss穩(wěn)定器等裝置的影響，因此計算速度較快，能夠滿足實時性要求，而且參數(shù)收集也比較容易，缺點是不夠，不能仿真系統(tǒng)的長過程響應；而dts計算的是故障后一段時間（0～10s或者更長）內(nèi)的系統(tǒng)短、中、長期動態(tài)過程，因此需要采用動態(tài)模型，例如有些發(fā)電機需要采用五階模型，需要考慮調(diào)速器、勵磁器、pss穩(wěn)定器等裝置的影響，負荷需要考慮其機電暫態(tài)過程，因此計算量較大，對算法和硬件速度要求較高。動態(tài)仿真程序的動態(tài)仿真計算時間比能否達到1，是目前衡量dts算法先進與否的一個重要標志，這與需要仿真的電網(wǎng)的規(guī)模、所使用的計算機的檔次、仿真時間的長短、仿真算法的性能有關。據(jù)南瑞公司1999年資料，sd-6000系統(tǒng)對暫態(tài)過程的動態(tài)仿真比接近3，而對短、中、長期的全過程動態(tài)仿真比接近l，已達到實時要求，當然，這一速度與所計算的系統(tǒng)規(guī)模有關。
3dts系統(tǒng)在國內(nèi)的開發(fā)和應用情況
目前，國內(nèi)從事調(diào)度自動化軟件銷售的公司很多，其中一部分是國內(nèi)外開發(fā)商的代理。據(jù)不*統(tǒng)計，已開發(fā)出的比較完整的系統(tǒng)主要有：電力科學研究院科東公司的cc-2000系統(tǒng)、南京電力自動化研究院的sd-6000系統(tǒng)和open-2000系統(tǒng)、清華大學的th-2100系統(tǒng)和th-pss系統(tǒng)等。
隨著調(diào)度自動化這一概念在我國電力調(diào)度系統(tǒng)中逐漸被人們所接受，ems／dts等調(diào)度自動化系統(tǒng)在越來越多的網(wǎng)、省調(diào)和一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的地調(diào)得到應用。目前，華北、華東等網(wǎng)調(diào)以及遼寧、廣西等中調(diào)的dts系統(tǒng)都已投運，有些網(wǎng)、省調(diào)正處于工程實施階段，一些地區(qū)調(diào)度所也實現(xiàn)了dts[3]。
4國調(diào)中心dts系統(tǒng)的應用
隨著葛南直流系統(tǒng)和陽城發(fā)輸電系統(tǒng)的啟動運行，以及全國聯(lián)網(wǎng)步伐的加快，國調(diào)中心的實時調(diào)度任務日漸增加，對調(diào)度員的培訓、操作票的校核、反事故演習的開展、運行方式的研究和制定、繼電保護的整定和校核，都需要有一套先進可靠的dts系統(tǒng)。同時，國調(diào)中心還擔負著全國調(diào)度系統(tǒng)的行業(yè)管理職能，提高全國范圍內(nèi)調(diào)度員的調(diào)度水平、推進調(diào)度系統(tǒng)的自動化進程，是國調(diào)中心的職責。因此，國調(diào)需要有一套高水平的、仿真范圍涵蓋全國主要發(fā)電廠和主干電網(wǎng)的dts系統(tǒng)。在條件成熟的情況下，應考慮設立一個調(diào)度員培訓中心，為全國調(diào)度系統(tǒng)培訓調(diào)度員。
總的說來，國調(diào)中心對dts系統(tǒng)的應用主要有以下4個方面：
a．培訓調(diào)度員。包括：熟悉、使用ems的各種應用軟件；正常情況和事故情況下的操作；事故分析和反事故演習；與各級調(diào)度進行協(xié)調(diào)性調(diào)度培訓，開展聯(lián)合反事故演習；通過對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)情況下的仿真計算，提高調(diào)度員對系統(tǒng)的認識。
b．運行方式的研究和制定。
c.保護定值的整定和校核。
d．電網(wǎng)應用軟件的正確性和效果校核。例如，國調(diào)中心準備研究開發(fā)的操作票自動生成系統(tǒng)，就可以在dts系統(tǒng)上進行校核。
目前，國調(diào)中心陽城發(fā)輸電系統(tǒng)dts已經(jīng)投入試運行，我們利用這一系統(tǒng)對上述4個方面的應用都進行了嘗試。其中，對于國調(diào)中心目前工作直接意義并取得滿意結果的是：對陽城發(fā)輸電系統(tǒng)在不同運行方式和各種操作過程中系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的模擬仿真計算。以其中一次仿真計算為例，2001年2月18日陽城電廠1號機啟動期間，對三堡、東明、陽城3站母線電壓的實測值進行了現(xiàn)場記錄，并令國調(diào)中心dts系統(tǒng)在相同系統(tǒng)拓撲狀態(tài)下，調(diào)節(jié)仿真系統(tǒng)的華東網(wǎng)運行方式，使三堡站母線仿真電壓在東三線充電前為513kv，然后按照相同的操作步驟，進行陽城電廠1號機啟動并網(wǎng)，并記錄在整個操作過程中的5種狀態(tài)下，3站母線電壓的仿真值（如表1所示）。
由表1可以看出，國調(diào)中心dts系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓仿真計算結果與實測值基本吻合。通過上述校核可以看出，國調(diào)中心dts系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)仿真計算具有較高的精度，可以用于實際系統(tǒng)仿真，這對國調(diào)中心的調(diào)度員培訓、操作票校核、反事故演習、事故處理預案的制定、運行方式研究、繼電保護整定等工作都有一定的現(xiàn)實意義。
5國調(diào)中心對dts系統(tǒng)的功能要求
從2001年開始，為了實施“西電東送”發(fā)展戰(zhàn)略，全國聯(lián)網(wǎng)步驟明顯加快，到“十五”末期，將基本實現(xiàn)全國電網(wǎng)的互聯(lián)，國調(diào)中心的實時電力調(diào)度任務將大幅度增加。因此，要求國調(diào)中心dts在仿真范圍涵蓋全國主要發(fā)電廠和主干電網(wǎng)的基礎上，具有計算、仿真速度接近實時、人機界面友好、輸出曲線報表詳細清晰的特點；其仿真范圍包括國內(nèi)的500kv主干電網(wǎng)；220kv廠站的等值原則為保留省間聯(lián)絡線和重要調(diào)頻廠，例如遼寧、吉林省間的220kv聯(lián)絡線及吉林、黑龍江省間的220kv聯(lián)絡線；其輸送潮流的大小對于東北、華北聯(lián)絡線的穩(wěn)定極限有重要影響，必須詳細建模，以便模擬各種運行方式。發(fā)電機組的建模原則是：對系統(tǒng)內(nèi)300mw及以上機組，應逐臺詳細建模；而對于200mw～300mw機組，可以有選擇地對一些重要機組詳細建模，例如，對于華北電網(wǎng)調(diào)頻具有重要意義的陡河電廠（4x200mw）。由此產(chǎn)生的機組數(shù)量過大、計算量劇增的問題，可以通過適當選擇仿真范圍、等值簡化外部網(wǎng)、采用先進算法的方式得到解決。
國調(diào)中心dts系統(tǒng)要求能夠從國調(diào)中心現(xiàn)有scada系統(tǒng)取得實時數(shù)據(jù)，并能夠方便地進行存儲；能夠地仿真系統(tǒng)的全過程動態(tài)響應，具有完備的保護配置，電流速斷、距離保護等采用定值啟動，而變壓器匝間保護、瓦斯保護等設備保護主要采用邏輯啟動；人機界面友好，概念清晰，輸出曲線報表完備、準確。
6國調(diào)中心dts初期研究成果
在dts初期研究階段，國調(diào)中心與清華大學相互配合，主要取得了以下兩項成果：
a，完成了陽城發(fā)輸電系統(tǒng)的仿真建模工作，在試運行階段向開發(fā)商提出了一些改進措施的要求，使該仿真系統(tǒng)與實際系統(tǒng)更加接近。目前在國調(diào)中心的日常操作票校核和反事故演習、特別是穩(wěn)態(tài)電壓預測和校核中發(fā)揮了重要作用，得到了調(diào)度人員的充分認同。
b.完成了《國調(diào)中心dts系統(tǒng)初期研究報告》，提出了一系列建議，包括：擴大仿真范圍，詳細模擬生要發(fā)電機以提高系統(tǒng)仿真精度，采用分塊等值和使用并行算法以提高計算速度，增加系統(tǒng)仿真時間控制按鈕，增強快照和生演功能，增加dts與bpa接口從而可以利用國調(diào)中心現(xiàn)有bpa程序?qū)ts計算結果進行校驗，等等。