0引言
　　
　　隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速進(jìn)步，以計算機(jī)為平臺的電力系統(tǒng)調(diào)度自動化技術(shù)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(jì)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(shù)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(chǔ)上的科學(xué)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(yīng)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(guān)刀閘狀態(tài)、變壓器分接頭位置等開關(guān)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(chǔ)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(jìn)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(jìn)行運行方式的制定和繼電保護(hù)定值的校核。
　　
　　廣義的EMS是指實現(xiàn)調(diào)度自動化的所有應(yīng)用軟件，主要包括SCADA、狹義的EMS以及調(diào)度員培訓(xùn)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(xùn)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(jìn)行電網(wǎng)操作和事故處理培訓(xùn)。一般由1個教員臺和1個或多個學(xué)員臺構(gòu)成。教員通過設(shè)置各種教案，用DTS培訓(xùn)學(xué)員；學(xué)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(gòu)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(dá)到接受培訓(xùn)的目的。
　　
　　本文主要介紹DTS的構(gòu)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(yīng)用情況和研究成果。
　　
　　1DTS的構(gòu)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(jī)界面友好性等方面存在差異，但其基本構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǔ)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(gòu)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(luò)拓?fù)淠Ｐ?。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(jī)接口等功能仿真軟件組成。ICM包括培訓(xùn)前準(zhǔn)備、教案制作、培訓(xùn)中操作控制、培訓(xùn)后恢復(fù)和評估等功能。
　　
　　PSM，CCM和ICM三者之間的關(guān)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(jié)果以RTU格式送至CCM，CCM向?qū)W員顯示當(dāng)前電網(wǎng)運行情況，并將學(xué)員的控制操作命令以RTU格式送至ICM再轉(zhuǎn)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(shè)計的。因此，PSM，CCM，ICM這3個模塊可以分裝在3臺計算機(jī)上，也可以將PSM和ICM裝在一臺計算機(jī)上。裝CCM的計算機(jī)稱為學(xué)員臺，允許配置多個學(xué)員臺，進(jìn)行調(diào)度全值人員橫向協(xié)調(diào)操作培訓(xùn)。裝ICM的計算機(jī)稱為教員臺，允許配置多個教員臺進(jìn)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(xùn)，例如在實施全國電力系統(tǒng)聯(lián)合反事故演習(xí)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(shè)置不同的事件，所有這些事件構(gòu)成了整個反事故演習(xí)的教案，對所有參演調(diào)度員和值班員進(jìn)行培訓(xùn)。
　　
　　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(yīng)用是培訓(xùn)調(diào)度員在熟練使用EMS的基礎(chǔ)上加深對電力系統(tǒng)的理解，熟悉調(diào)度操作。因此，DTS應(yīng)盡可能與EMS有相同或者相似的人機(jī)界面；同時，DTS應(yīng)能夠采用EMS的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行培訓(xùn)，使學(xué)員身處一種真實的電力系統(tǒng)環(huán)境之中。DTS與EMS應(yīng)一體化設(shè)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(jī)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(jié)構(gòu)參數(shù)，DTS可以使用EMS的當(dāng)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(jié)果，不僅大大減少了數(shù)據(jù)維護(hù)量和程序維護(hù)量，而且真正做到了DTS對EMS在人機(jī)界面和計算結(jié)果方面的模擬，使學(xué)員在接受培訓(xùn)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(jìn)行培訓(xùn)，也可以將DTS培訓(xùn)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(xùn)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(jī)理上不*相同。EMS反映的是系統(tǒng)當(dāng)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(dāng)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(fù)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(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，例如發(fā)電機(jī)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(yīng)；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(jī)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(fù)荷需要考慮其機(jī)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(dá)到1，是目前衡量DTS算法*與否的一個重要標(biāo)志，這與需要仿真的電網(wǎng)的規(guī)模、所使用的計算機(jī)的檔次、仿真時間的長短、仿真算法的性能有關(guān)。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(dá)到實時要求，當(dāng)然，這一速度與所計算的系統(tǒng)規(guī)模有關(guān)。
　　
　　3DTS系統(tǒng)在國內(nèi)的開發(fā)和應(yīng)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(xué)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(xué)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(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的地調(diào)得到應(yīng)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(yīng)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(wù)日漸增加，對調(diào)度員的培訓(xùn)、操作票的校核、反事故演習(xí)的開展、運行方式的研究和制定、繼電保護(hù)的整定和校核，都需要有一套*可靠的DTS系統(tǒng)。同時，國調(diào)中心還擔(dān)負(fù)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(jìn)調(diào)度系統(tǒng)的自動化進(jìn)程，是國調(diào)中心的職責(zé)。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(yīng)考慮設(shè)立一個調(diào)度員培訓(xùn)中心，為全國調(diào)度系統(tǒng)培訓(xùn)調(diào)度員。
　　
　　總的說來，國調(diào)中心對DTS系統(tǒng)的應(yīng)用主要有以下4個方面：
　　
　　a．培訓(xùn)調(diào)度員。包括：熟悉、使用EMS的各種應(yīng)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(xí)；與各級調(diào)度進(jìn)行協(xié)調(diào)性調(diào)度培訓(xùn)，開展聯(lián)合反事故演習(xí)；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(rèn)識。
　　
　　b．運行方式的研究和制定。
　　
　　c.保護(hù)定值的整定和校核。
　　
　　d．電網(wǎng)應(yīng)用軟件的正確性和效果校核。例如，國調(diào)中心準(zhǔn)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(jìn)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(yīng)用都進(jìn)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(jié)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(jī)啟動期間，對三堡、東明、陽城3站母線電壓的實測值進(jìn)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?fù)錉顟B(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(jìn)行陽城電廠1號機(jī)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(jié)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(xùn)、操作票校核、反事故演習(xí)、事故處理預(yù)案的制定、運行方式研究、繼電保護(hù)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(wù)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(chǔ)上，具有計算、仿真速度接近實時、人機(jī)界面友好、輸出曲線報表詳細(xì)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(luò)線和重要調(diào)頻廠，例如遼寧、吉林省間的220kV聯(lián)絡(luò)線及吉林、黑龍江省間的220kV聯(lián)絡(luò)線；其輸送潮流的大小對于東北、華北聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定極限有重要影響，必須詳細(xì)建模，以便模擬各種運行方式。發(fā)電機(jī)組的建模原則是：對系統(tǒng)內(nèi)300MW及以上機(jī)組，應(yīng)逐臺詳細(xì)建模；而對于200MW～300MW機(jī)組，可以有選擇地對一些重要機(jī)組詳細(xì)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(jī)組數(shù)量過大、計算量劇增的問題，可以通過適當(dāng)選擇仿真范圍、等值簡化外部網(wǎng)、采用*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(jìn)行存儲；能夠地仿真系統(tǒng)的全過程動態(tài)響應(yīng)，具有完備的保護(hù)配置，電流速斷、距離保護(hù)等采用定值啟動，而變壓器匝間保護(hù)、瓦斯保護(hù)等設(shè)備保護(hù)主要采用邏輯啟動；人機(jī)界面友好，概念清晰，輸出曲線報表完備、準(zhǔn)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(xué)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(jìn)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(xí)、特別是穩(wěn)態(tài)電壓預(yù)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(rèn)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(kuò)大仿真范圍，詳細(xì)模擬生要發(fā)電機(jī)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(qiáng)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(jié)果進(jìn)行校驗，等等。