【关键词】负荷模型短路电流电压稳定暂态稳定动态稳定
本文以实际电网（广州电网）为例，通过定量仿真计算分析负荷模型对短路电流、电压稳定、暂态稳定、动态稳定等的影响，分析其对系统安全稳定的影响机理，为逐步建立更加接近真实情况的负荷模型提供依据。
1电力系统安全稳定计算的负荷模型
在电力系统安全稳定计算中，国内电网调度部门在电力系统安全稳定计算中采用的负荷模型一般分为以下情况：①东北、华中、川渝电网采用感应电动机+恒阻抗模型，电动机比例40%～65%之间；②华东、山东、福建、南方电网采用不考虑负荷频率特性的静态负荷模型。
2负荷模型对电力系统安全稳定计算分析影响
2.1负荷模型对短路电流影响
近年来，随着电网规模和电网密集程度增大，短路电流超标问题已成为影响电网安全稳定运行的主要问题之一。短路电流很大程度上直接影响了电网规划、设计、调度运行的相关决策；若短路电流计算结果过于保守，则经济性较差；若偏冒进，则安全稳定运行存在隐患[5]；因此，短路仿真计算的准确性非常重要。
2.2负荷模型对暂态电压稳定影响
电压稳定是电力系统在额定运行条件下和遭受扰动之后系统中所有母线都持续地保持可接受的电压的能力[6]。电压稳定的实用判据：暂态和动态过程中系统中枢点母线电压下降持续低于0.75p.u.的时间不超过1秒，且动态过程平息后220kV及以上电压等级中枢点母线电压不低于0.9p.u.。下面通过对比分别采用上述四种负荷模型后，严重故障（三相短路单相开关拒动）下的电压跌落情况，分析负荷模型对电压稳定的影响。差别主要集中在故障和故障清除后的第一摆曲线中。其中故障时，ZIP静态模型的电压下降幅度最大，60%电动机+40%恒阻抗模型最小。故障清除后的第一摆曲线中，60%电动机+40%恒阻抗模型的电压恢复速度最慢，而ZIP静态模型最快，电动机比例越大，故障清除后的电压恢复越慢。
2.3负荷模型对暂态稳定影响
暂态稳定是电力系统遭受严重暂态扰动如输电设备上的故障、发电机跳闸或失掉一个大的负荷之类时保持同步的能力[7]。本文在电力系统输电设备上设置最严重的故障（三相短路故障）计算线路的极限切除时间，进而分析系统保持同步的能力。
当不同的线路或者母线发生三相短路故障时，采用60%电动机+40%恒阻抗模型时的极限切除时间最短。仿真计算过程中发现：负荷模型中感应电动机比例越高，其失稳模式由功角失稳向电压失稳的转变趋势越强。随着电动机比例的增大，极限切除时间大幅缩短。这是由于系统发生故障时必将引起节点电压的迅速降低，这将导致电动机负荷从系统吸收的电流和无功功率急剧增大，电动机的比例越大其所吸收的无功功率也就越多，从而更加容易造成系统无功不足，导致系统电压恢复困难，进一步降低了系统的稳定性。
2.4负荷模型对动态稳定的影响
区域振荡可能涉及分布于系统中的多个发电机组，造成系统电压、频率的显著变化；在这种情况下，负荷的电压、频率特性对振荡的镇定具有重要影响[8]。但这种影响与暂态稳定并不相同。现代大型电力系统振荡频率一般较低，在0.1Hz-2Hz之间。负荷动态模态一般不分布在这一频率区间，因此负荷的一些动态参数对系统阻尼影响不大。但动态负荷所占的比重会影响到总体静态特性系数，对系统阻尼具有显著影响。
3结语
大量仿真分析表明：负荷模型对短路电流、电压稳定、暂态稳定、动态稳定均有较大影响。（1）短路电流方面：采用考虑动态负荷的综合负荷模型后的短路电流明显大于静态负荷模型。（2）电压稳定方面：负荷模型中感应电动机比例越大，故障后电压失稳的风险越大。（3）暂态稳定方面：负荷模型中感应电动机比例越低，其失稳模式由电压失稳向功角失稳的转变趋势越强。随着感应电动机比例的增大，极限切除时间大幅缩短。（4）动态稳定方面：负荷中动态负荷所占的比重会影响到总体静态特性系数，对系统阻尼具有显著影响。随着电动机比例的不同，振荡频率变化较小，但阻尼比变化很大；感应电动机所占的比重越大，阻尼比越小。
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[6]程浩忠，吴浩著.电力系统无功与电压稳定性[M].中国电力出版社，2004.
关键词：EMS模块；应用电网；供电能力
中图分类号：TM762文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）09-0027-02
1EMS概述
当今社会是一个始终处于高速发展中的社会，经济的发展和科技水平的提高，推动了城市化进程的不断加快，也使得城市对于电力的需求不断扩大。为了满足人们日常生活和城市发展的要求，需要采取更多的先进技术，提升电网的供电能力，确保电力系统运行的安全性、稳定性和可靠性，减少电力调度工作中的失误。
EMS，指电能管理系统，是指相关技术人员结合电力用户的实际需求，按照配电系统的标准规范，二次开发的一套具有专业性强、自动化程度高、使用方便、性能完善、可靠性强等特点的，适用于低压配电系统的电能管理系统。在该系统中，通过遥测和遥控，可以实现对电力负荷的合理调配，确保电网的优化运行，从而有效节约电能。同时，对于用电高峰和低估的数据记录，可以为能源管理提供必要的条件，同时也可以为不同用电项目的分项计量，为企事业单位电能的节能审计提供相应的参考依据。EMS系统的主要功能包括信息处理、异常报警和记录、曲线及报表管理设置、后台数据库管理、用户权限管理等，功能丰富，性能优良，在电力系统中得到了较为广泛的应用。
2电力系统需要满足的性能
在当今社会，经济的飞速发展带动了人们生活水平的提高，空调、冰箱、电脑等家用电气开始得到普及，为人们提供了舒适的生活环境，极大地方便了人们的生活。但是，这些电气的大量使用，也使得城市对于电力能源的需求不断增大，对于电力系统和电网的供电能力提出了更高的要求。通常来说，电力系统在运行过程中，需要，满足以下几个方面的要求：
可靠性：可靠性是电力系统运行的基础和前提，是指电力系统中的所有用户使用的电力能源都能够满足相应的质量标准，同时可以满足不同用户对于不同用电量的需求。
安全性：安全性是指电力系统在运行过程中，如果发生意外事故，且事故处于可预测范围之内，不会造成电力负荷的损失，也不会导致系统元件的超载，电力系统处于稳定状态，不会因事故造成连锁反映或崩溃。
充裕性：充裕行是指在电力系统处于静态的条件下，系统元件的负载能够满足系统的运行要求，母线的电压和系统频率维持在允许的范围内，技术人员要充分考虑用电峰值问题，留出相应的富余，确保在用电高峰时期，可以满足用户对于用电质量和电量的需求。
稳定性：稳定性是指电力系统在出现意外故障或受到扰动后，返回静态运行的能力。
完整性：电力系统的完整性，是指发输电系统保持互联运行，确保电网正常运行的能力。
3EMS模块在提升电网供电能力中的应用
EMS系统对于提升电网的供电能力有着十分重要的意义，这里结合实际例子，对其进行分析和探讨。
3.1电网概况
该电网通过四回500kV线路、四回220kV线路以及相应的电磁环网实现电能的配置和运行。电网覆盖了多个市区和村镇，为约500万人提供生产生活用电。在电网中，设有220kV以上变电站11座，主变26台，变电容量为6200兆伏安；有500kV变电站一座，主变3台，变电容量为2418兆伏安；220kV变电站9座，主变22台，变电容量为4200兆伏安。同时，电网范围内有电厂两座，装机容量55万千瓦。在不断的发展过程中，该区域的供电最大负荷不断增加，预计到明年，电力缺额会达到40万千瓦，电力供应形势极为严峻。因此，对于电力工作人员而言，采取相应的措施，提升电网供电能力，是一个刻不容缓的问题。
3.2目标
针对电网的实际情况，聘请相应的技术人员和专家进行了分析，对电力系统进行了改造处理，引入EMS系统中的部分功能模块，以提高电力系统的供电能力，确保电网供电的安全性、稳定性和可靠性，缓解日益紧张的用电需求。
3.3实际应用
EMS系统在该电网中的应用主要表现在以下几点：
（1）静态安全分析。安全分析，是EMS系统中用来辅助操作人员对系统在紧急情况下的安全性进行确定的一种功能模块或者说应用软件，主要着眼于事故的预防，通过预想事故对于电力系统运行可能造成的影响，使得操作人员可以对电网运行过程中可能发生的故障以及影响进行预测，从而做好事故的预防工作。针对该电网中存在的问题或漏洞，利用静态安全模块的实时模式，可以对其进行周期性扫描，根据反馈数据，电力工作人员可以及时了解线路的负荷情况，从而对电网中的功率进行调整和控制。
对于该电网而言，在应用静态安全分析模块时，采用实时模式，对网络的状态进行实时读取，以确保静态安全计算的准确性和真实性。通过在线实时计算，电力工作人员可以及时发现线路的过载情况，并采取相应的措施，对负荷进行控制，降低电网负荷，以提高电网供电的可靠性和稳定性。
（2）运行负荷预测。运行负荷预测模块，主要是针对电网在运行过程中的消耗情况进行分析，集合历史负荷数据以及当前气象变化的信息，对电网范围内所有的用电点进行分析，结合最高最低温度，以及日期气象情况，如雨天、大风天气等，对电网运行的数据信息进行记录，并通过曲线或者表格的形式表现出来，对于可能存在风险或者负荷过载的区域，进行提前预警，提高发现问题、解决问题的能力。
（3）无功电压优化。通过对无功潮流电压的调节和控制，以及对所有网络结构运行质量的管理，可以实现电网运行的最大效益。在实际应用中，可以结合具体情况，对电机无功、电容器等进行调整，确保设备的电压在一个合理的范围之内，保证无功正常运行。同时，无功电压具有能够快速判定最优潮流的功能，因此在需要对最优潮流进行计算是，可以使用无功电压。
3.4需要注意的问题
EMS系统自身的操作和使用相对复杂，对于操作人员的要求更高，因此，要通过与生产厂家的协调，使得系统的操作更加简单，更加高效。同时，要加强对于操作人员的技能培训，避免人为原因对于电网的影响。
4结语
总而言之，EMS的功能是十分强大的，针对电网管理工作中的问题，应用相应的功能模块，可以方便地寻找解决办法，需要引起电力工作人员的重视，充分利用EMS的强大功能，提高电网的供电能力，促进当地经济的持续健康发展。
参考文献
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[关键词]天津电网DTS网损分析系统
1前言
电力系统的中心任务是保证电网安全、稳定、经济和优质运行。线损率是电力企业重要的综合性指标，它与电网规划、设计、运行、管理密切相关。电网经济调度是在保证电网安全、可靠的基础上，充分利用电网中现有的输(配)、变电设备，通过科学的定量计算与分析，优化运行方式组合及负载经济渊配等技术措施，最大限度地降低变压器和线路损耗。
随着城网、农网改造及‘十一’五规划的实施，基于天津电网CC2000DTS的网损分析系统是电网安全经济运行必不可缺少的在线计算分析工具，在较短时间内可以快速、准确分析出方式变化对地区损失的影响，通过量化对比后，采取有效措施，使电网处于经济合理运行状态。本文从提高天津电网安全、经济运行为出发点，就系统功能、构想及方案实施等六个方面进行了阐述。
2总体功能与构思
(1)利用CC2000DTS与CC2000SCADA/EMS一体化的系统结构具有系统画面、数据库维护量小，可以方便地获取电网实时数据和状态估计处理后的实时数据的特点，使网损分析系统能够在‘分’级单位内同时分忻比较方式变化、负荷转移及网络重构对各电压等级网损关联影响：
(2)采用CC2000DTS动态潮流法进行电网损耗计算分析，可存频率计算基础上实现厂网方式变化对网损影响分析，与常规潮流单一平衡节点相比更能真实的反映网络损失分布情况，同时可提高潮流计算的收敛性：
(3)在CC2000DTS电网仿真计算基础上，网损管理分析子系统可以深入分析电网损耗的构成和分布情况，找出电网中的薄弱环节：
(4)利用CC2000DTS的研究分析功能，在人机界面上方便进行电网结构和运行方式的调整，进一步制定节能降损措施：
(5)利用网络重组功能，可针对电网规划研究特定方式下网损分布情况，合理调整或规划未来电网的运行方式：
(6)网损分析系统可在CC2000DTS基础上，通过分层、分线、分变计算损耗绝对值和损耗率，具有排序、查找、转存功能，利用关口定义可对天津地区网损及网损率进行汇总计算，也可以通过拓扑进行网损分区分析，并对统计分析结果施行有机组织和管理，供用户查阅、编辑。
3技术方案
3.1总体结构
基于CC2000DTS的网损分析系统是在CC2000电网调度自动化平台基础上，利用DTS的强大计算和研究分析功能实现网损计算分析。网损分析系统总体结构如图1所示。CC2000DTS系统主要包括初始化、教员支持功能和电网仿真等子系统。初始化子系统读取电网设备参数、拓扑结构及运行数据在CC2000平台的DTS专用实时库中建立各类关联关系。电网仿真子系统是DTS计算引擎，建立电力系统设备数字仿真模型进行电力系统动态潮流计算从而实现电网仿真。教员支持功能子系统分教员的培训、分析前教案准备和培训及分析中一二次设备操作提供全范围的功能支撑。
网损分析系统包括研究分析功能和网损管理分析子系统。其中研究分析功能可为分析人员提供了网络重构分析功能，通过人机界面，增减厂站、变压器、线路、电容(抗)器设备以及负荷数据整合等功能，实现对未来方式网损分析。网损管理分析子系统在电网仿真分析基础上分电压等级、分设备类型、拓扑分区及用电分区进行有功损耗及损耗率进行统计计算，给出用户需要的具有网损和网损率排序功能的各类统计分析报表，报表既可以在人机界面上进行显示，也可生成离线文件供用户编辑。
3.2电网仿真子系统
电网仿真子系统已经考虑了电网现有和未来规划中的所有电气设备及元件的模型要求。提供的稳态设备模型主要有：发电机、线路、变压器、电抗／电容器、母线、开关、刀闸、负荷等。
3.2.1电力系统网络模型
(1)母线模型：为了和实际系统中的母线保护相匹配，实际厂站中的母线一律予以保留。网络建模中保持母线模型和现场的完全一致性，母线编号采用实际母线的编号，包括如下母线接线方式：3/2接线、4/3接线、双母线带旁路、双母线分段带旁路、多角形接线、桥形接线、单母分段带旁路、单母线带旁路、四段母线带旁路、三段母线带旁路、旁路兼母联等。
(2)交流线路：交流线路采用π型支路模型。线路考虑了电导和对地电纳参数。
(3)变压器模型：变压器模型一般采用丌型等值电路模型，能够模拟两卷变、三卷变及分裂绕组变压器，同时考虑了变压器固定损失的影响。
(4)电抗器模型：用一接地支路来模拟，其电抗值为正值。
(5)电容器模型：用一接地支路来模拟，其电抗值为负值。
(6)开关模型：能模拟线路开关、变压器开关、发电机开关、负荷开关、电容／电抗器开关、母线、旁路开关、母联开关、旁路兼母联开关。
(7)刀闸模型：有母线刀闸，线路刀闸，旁路刀闸，母线接地刀闸，线路接地刀闸，变压器中性点接地刀等。
(8)发电机模型：把发电机看成静态变化的电源，发电机出力调节过程中考虑发电机功率调节的惯性过程和功频特性。
(10)静止无功补偿装置：静止无功补偿装置用电抗器和电容器的叠加来模拟，能根据系统电压变化情况，调节无功补偿容量。
(11)负荷模型：负荷模型中考虑频率静特性和二次电压静特性，能反应频率和电压变化时负荷的动态特性。在仿真过程中负荷设置为恒定功率、恒定电流、恒定阻抗三部分，用户可以修改各部分所占比例。通常用多项式表示负荷的有功功率和无功功率静态特性。
3.2.2频率计算模型
CC2000DTS根据各孤立系统有功出力和负荷的大小，计算各孤立系统不同时刻加速功率的大小，并根据调速特性、负荷特性的数学模型来确定各孤立系统的频率。在计算系统频率时考虑了发电机的转动惯量和一次调频的作用。可模拟故障或操作后各解列岛的频率变化过程。当电网中有并网／解列操作时，可计算并网／解列后的新电岛的频率。根据各子系统发电总出力、用电总负荷、网损、负荷特性、调速器特性，用微分方程计算各岛频率。
3.2.3网络拓扑模型
网络拓扑功能可处理任意接线方式的厂站。可以根据各刀闸与开关的实际开合状态来判断各母线与线路的联通状况，以构成各岛内节点的联通状况，提供潮流计算所需的网络结构。包括变电站拓扑分析和系统网络拓扑分析：
变电站拓扑分析是根据变电站中开关、刀闸状态和连接关系分析出计算母线的连接关系：系统网络拓扑分析是在变电站拓扑分析基础上，根据系统线路的连接关系分析出各相互连接线路和计算母线，即电气岛的连接关系。DTS在此基础上进行动态潮流计算。
3.2.4电网动态潮流、频率仿真
DTS的动态潮流不考虑机电暂态过程，但计及中长期动态过程，能仿真出系统操作或调整后发电机和负荷功率的变化、潮流的变化和系统频率的变化过程。在静态仿真过程中，采用了全网同摆的动态潮流模型、考虑发电机出力调节的惯性变化过程。系统频率的变化，采用微分方程来模拟。计算频率的动态变化而不是静态结果，计算中考虑了发电机的频率调节效应、发电机转动惯量及负荷的频率特性效应。系统解列后，可同时计算各孤立系统的潮流频率。
采用动态潮流算法，本身具有很好的收敛性，提供了PQ分解法和牛顿一拉夫逊法，在常规情况下采用PO分解法，保证潮流计算的快速性，在潮流收敛慢时自动转成牛顿一拉夫逊法，保证潮流的收敛性。潮流算法中考虑了元件大R/X比值病态问题、重负荷系统等病态系统的收敛性问题及具有串联电容支路系统的收敛性问题。
一般系统解列后，由于解列前后联络线输送功率变化较大，必然伴随子网缺额或过剩功率而导致子网的潮流不收敛。解决方法是将频率计算先于潮流计算，待与频率相关的自动装置一轮动作完成后，再进行潮流计算，如此循环，直至系统潮流收敛为止。
3.3网损分析管理分析子系统
网损分析管理分析子系统是电网损耗分析系统的中枢，在电网仿真准确的计算出电网状态基础上，分电压等级、分设备类型、分整网地区及拓扑分区进行有功损耗及损耗率统计计算，并对分析、统计结果进行有机组织和管理，在人机界面显示并存储于报表文件。
网损分析系统具有两种启动方式：人工和整点定时启动。人工启动方式可以由用户触发启动网损分析计算，可针对某一运行工况深入分析电网损耗的构成和分布情况，找出电网中的薄弱环节，并利用教员支持功能或研究分析功能验证方式调整对降损的效果等目的。整点定时启动在一天各整点时刻自动启动DTS的初始化、电网仿真和网损管理分析子系统，并将网损分析报表文件依时存储在硬盘中供用户查阅。
根据网损分析的范围，分为三类网损分析功能：全网网损分析、地区网损分析、用电分区网损分析。全网网损分析是计算拓扑范围内各电压等级线路铜损和变压器铁损、铜损，在此基础上分别对电压等级线路损耗进行统计、对各电压等级变压器损耗进行统计，对所有线路铜损总加、所有变压器铜损总加和铁损总加。地区网损分析是计算用户所关注的管辖区域电网中所有电压等级线路和变压器铜损及变压器铁损，并根据用户设置关口定义和电压等级分别计算线路铜损、变压器铁损和铜损、关口注入总量和网损率。用电分区网损分析对用户指定的用电区域进行变压器铜损、铁损和线路铜损进行分析、统计。根据网损分析的设备类型，分为线路和变压器损耗分析。线路损耗分析对所有线路的铜损进行分析并可以根据线路铜损的绝对值或损耗率进行排序后显示以方便定位损耗严重的线路。变压器损耗分析对所有变压器的铜损和铁损进行分析并可以根据变压器铜损的绝对值或损耗率进行排序后显示，便于找出重损变压器。
4人机系统
基于CC2000DTS的电网损耗分析系统与CC2000平台是一体化型的系统。体现以下四个方面：共用同一套数据库管理系统：共用同一套画面管理系统；用同一套网络通讯管理系统：共享SCADA，PAS的厂站图、系统图，用户只需维护一套电网模型数据库和图形界面即可；
一体化系统具有如下优点：(1)与EMS共享画面和数据，将维护工作简化到最少；(2)可以方便地获取电网实时数据或状态估计处理后的实时数据，网损分析系统可以比较真实计算出实际电网损耗的真实情况。
在CC2000DTS基础上开发了网损分析专用的人机界面，用户所有的设置、操作均可以在人机界面完成，使用方便、灵活。利用DTS的教员支持功能子系统的人机界面可以完成系统运行方式的调整，例如分／合开关、发电机调节、负荷调节、区域发电出力调节、区域负荷调节等等操作。利用研究分析功能子系统的人机界面，用户可以在已有厂站或新增的厂站中增加发电机、变压器、线路、负荷和电容(抗)器等设备模型，并与原电力网络设备实现自动整合后，插入原DTS实时库中，由此可以实现未来方式电网的损耗分析。
5应用效果
CC2000DTS的网损分析系统自2001年投运以来，在‘十五’期间一直在天津电网中得到实际运用，该系统针对新设备投运、线路切改、设备检修或增容及变压器负荷转移等因素及时进行网损量化分析，采取有效针对措施加以解决，是保证电网安全、经济运行不可缺少的辅助分析工具。
利用该系统通过对天津电网机组出力、网络结构及方式变化等方面进行计算分析，得出影响网损定性或定量的结论。
5.1机组出力变化
网损受地区电厂出力、环网线路或网间联络线方式变化较大。取11月23日平均负荷，当时北民一、二断，对机组不同出力影响网损情况进行了计算，其中盘电、杨厂、大港电厂不同出力影响程度依次递减。
5.2500kV网络结构变化
滨海站3号变投运后，增加了从500kV受电瓶颈，提高了向东部电网输送能力，虽增加了滨宁、滨汉和韩宁线送电潮流，但降低了滨民双回受电和上葛双、上民双、北民一、北汉一线路潮流，降低了220kV线损，日降低2.5万kW・h。
从500kV线路检修方式看，对220kV网损影响最大的是盘滨线，其次为滨吴线、北吴和吴霸线，分别影响0.304、0.192、0.045及0.078个百分点。
500kV变压器中滨海#2或#3变检修方式对220kV网损影响较大，分别为0.198和0.186个百分点。
5.3220kV线路检修或网间联络线潮流变化
220kV滨宁线检修对网损影响最大，潮流转移将带来线损增加，其次为上葛双和北屈双任一回线检修、吴唐线检修(港西全部倒由上港线带)、上民一、北卫一、北武、屈武、上港、吴港、蓟宝线，对220kV网损率影响0.2至0.026个百分点。
5.4调整合理运行方式
葛沽#3变的投入，缓解了大沽和葛沽变电站变压器负载率偏高问题，通过对葛沽站调整方式，均衡了三台主变负载率，日降损0.2425万kW・h，影响220kV网损率0.002个百分点。
杨柳青两台高耗变更换后，解决了多年来变压器重损问题，在相同负荷情况下，较原来变压器日降损0.5万kW・h，影响220kV网损率0.005个百分点。
大盂庄站投入后切代了武清站部分负荷，使220kV日降损0.358万kW・h。
胜利村站两台变压器负荷不均，2006年4月中旬对35kV实施倒间隔后，使两台变压器负载率均衡度提高了16％，日降损198kW・h。
武豆一和武马线新投后，对武马线和武豆一二线方式进行了调整，较原方式日降损0.315万kW・h，调整方式前后，三条线路综合降低0.321个百分点。
6结论
基于天津电网CC2000DTS的网损分析系统是目前电网理论损失计算先进的技术工具，通过对电网施行进行在线分析研究、可以减少网上不合理潮流，充分发挥设备带负载能力，达到企业降损增效的目的。
7参考文献
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关键词：安全关键软件；实时程序；执行时间预测
安全关键系统（safety-criticalsystem，CSC）[1]泛指具有潜在破坏力的一类系统。此类系统一旦失效（例如汽车的ABS失灵）就可能造成人员伤亡、财产损失或环境破坏等严重后果。
安全关键实时程序可理解为在安全关键系统中起重要控制作用的实时程序。需要指出的是，安全关键程序未必是实时程序，而实时程序也未必是安全关键程序。例如，遥控玩具飞机上的控制程序是实时程序，但不是安全关键程序。而医疗X射线机中的程序是安全关键程序，因为辐射剂量控制的不好会对人体造成伤害，但它不是实时程序。
本文余下首先对程序执行时间预测进行一个总览，然后简要分析安全关键实时程序执行时间预测研究现状及方向。
1程序执行时间预测研究现状
程序执行时间预测技术大体上可以分为3类：动态方法、静态方法以及混合方法。
动态方法也称为基于测量的方法，其基本原理是统计预测（StatisticalPrediction），即：使用大量测试用例，多次运行程序，获取程序的执行时间数据，加工后进行预测。
静态方法也称基于分析的方法，其基本原理是图论（graphtheory），即：分析程序的控制流图，搜寻特定输入（具体值或者范围）下，满足目标处理器特性约束的穿过程序的最长执行路径。
混合方法，顾名思义，要么先动态后静态，要么先静态后动态。
上述3种方法在预测程序执行时间时各有利弊。动态方法的优点是方法简单，硬件适应性强。缺点是多次测试，时间较长，且由于不能穷举程序的所有执行路径以及硬件状态，因此预测值比实际程序的执行时间范围要小，不能用于安全关键实时程序。静态方法的优点是有数学基础，因此预测值比实际程序的执行时间范围要大，能用于安全关键实时程序。缺点是对硬件建模比较困难，尤其是对含有复杂架构（比如多级Cache、流水线、分支预测等）的处理器建模。混合方法则可以克服两者的缺点，融合两者的优点。
2程序执行时间预测研究方向
从图1中可以看出，近年来程序执行时间预测所发SCI论文总体是呈上升趋势的，说明这个研究方向是很有前景的。
安全关键实时程序执行时间预测主要使用静态方法。目前，在该领域有两个较好的研究方向。一个面向编码阶段的交互式程序执行时间预测。Harmon[2]等人采用基于语法树的计算方法开发了volta，该工具面向java程序和JOP处理器，能够在编程过程中即时给出函数的WCET分析值。另一个是面向确认阶段的概率化程序执行时间预测。Cazorla[3]设计了概率可分析的实时系统Proartis，能够给出程序执行时间的概率分布。确认阶段是由第三方对软件进行一致性验证的阶段，安全关键软件经过安全性确认后才可以交给用户使用。
3结束语
随着信息物理系统的兴起，安全关键实时程序必将应用于更多的领域。为了确保系统安全，必须对程序执行时间进行预测，以保证程序能够在安全的截至时间范围内运行完成。基于测量的方法由于获得的执行时间范围比实际的小，因此不适用于安全关键实时程序。交互式以及概率化的程序执行时间预测，作为静态预测方法，具有很好的研究前景。
[参考文献]
[1]鲁志伟，马文婧，宋文国，等.新立变电站接地系统安全性能研究[J].东北电力大学学报，2012，32（6）：28-32.
关键词：能量管理系统；EMS；应用软件；SE-9000
1能量管理系统EMS的发展概述
电力系统自动化经历了“元件自动化”、“局部自动化”、“单一岛自动化”到“综合自动化(EMS)”的发展阶段，能量管理系统将各个自动化孤岛连接成为一个有机的整体。20世纪60年代提出的在线安全分析的急迫性，促进了能量管理系统的诞生；20世纪80年代频繁出现的大型电力系统电压崩溃事故，使EMS的重要性更为突出；20世纪90年代以来实行的电力市场，使电力系统的运营从垄断走向开放、走向市场，：EMS的功能子模块重新面临技术改造和补充完善的严峻挑战，突出表现在实时电价计算、最大输电能力计算、输电路径优化、输电费用计算、输电服务预调度和实时调度等。
能量管理系统的开发和应用可大致划分为四个阶段，如表1所示。
2能量管理系统EMS主要应用软件
根据各主要软件的功能及用途，可将EMS划分为五大类别：发电控制类、发电计划类、网络分析类、调度员培训模拟类、市场交易与管理类。
2.1发电控制类软件
这类软件主要由自动发电控制、发电成本分析、交换计划评估和机组计划组成。
①自动发电控制(AGC)。自动发电控制是一项成熟的技术，它有40多年的历史而且已经由模拟系统发展到数字系统，由线形反馈控制发展到最优控制。自动发电控制的基本功能包括：负荷频率控制，维持系统频率(50Hz)或／和维持区域间联络线交换功率为计划值；经济调度，确定各机组的经济基准运行点；系统备用容量监视；AGC系统性能监视。
②发电成本分析。在垄断体制下，该软件模块将定期给出每台机组及各区域总的生产成本。在电力市场环境下，每个发电厂都将成为独立发电运营商(IPP)，电网调度或交易中心在分析单个电厂成本及报价的同时，应当把握信息公开的范围和尺度，做好部分信息的保密工作。
③交换计划评估和机组计划。前者对发电交换计划的结果进行评估和AGC再校正，后者确定机组的基点功率计划和减出力计划等。
2.2发电计划类软件
发电计划类软件主要包括负荷预测、机组组合、水电计划、交换计划、火电计划等。在电力市场机制下，负荷预测应该引入电价弹性的理念；机组组合应该充分考虑不同机组在负荷曲线上的位置及其预期的报价盈利水平；交换计划应该满足购电和买电双方交易的利益均分原则；火电计划应兼顾绿色能源和环境保护的需要。
机组组合是在满足系统负荷、备用容量、机组容量、最小启动时间和最小停机时间等约束条件下，考虑机组启动费用和发电费用特性，确定系统各区域的电厂、机组次日规定时段的开停机计划，使一定周期内的总费用最小。但在计划经济体制下，人为干预和不确定性因素太多，很难自动实现。在电力市场中，报价面前人人平等，实现机组组合反而容易了。虽然机组组合功能是在交易管理系统中，目标函数不同了，但其基本算法并没有根本改变，原来的基础和经验仍然有效。
2.3网络分析类软件
网络分析类软件主要由网络拓扑、状态估计、外部网络等值、调度员潮流、安全约束调度、最优潮流、静态安全分析、暂态安全分析、电压稳定分析、无功优化、短路计算等。
网络拓扑和外部等值是EMS应用软件中最基本的功能。拓扑分析的作用在于将网络的物理模型实时转化为计算的数学模型，根据数据采集与监视系统中断路器和隔离开关的信息确定电网的电气连接状态，并将网络的物理模型转换为数学计算模型；外部等值(有静态和动态等值之分)的作用是简化计算，提高求解速度。它是对调度范围或计算范围以外的网络进行简化，以便考虑这部分网络对本区域电网的影响。两者作为公共模块广泛应用于状态估计、调度员潮流、安全分析、无功优化等程序中。
静态安全分析的作用在于，对多种给定运行方式进行预想事故分析，模拟元件或线路越限或开断故障，找出薄弱环节，评估整个系统的静态安全水平。当发现有危及系统静态安全的预想事故时，调用安全约束调度软件，以系统控制量调整最小或生产费用最低或网损最小为目标函数，提出解除有功、无功、电压越限并使系统进入新的安全状态的对策。
暂态安全分析是在给定的或预想的运行方式下，针对预想事故集中的故障或继电保护装置动作情况，判断系统是否会失去暂态稳定并确定故障的最长持续时间。电压稳定性分析可以给出预想运行方式下各个节点的电压稳定性指标、功率极限和临界电压。
最优潮流的计算目的是优化电力系统的静态运行条件，通过调节控制变量使目标函数达到最小，实现发电费用最小或购电总成本最低的经济运行目标。无功优化则是在调度员潮流分析基础上，通过改变无功设备，在满足安全约束和电压质量的条件下，使系统的有功总网损达到最小。
2.4调度员培训模拟
这主要用于培训调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力，也可用作独立系统调度员(ISO)分析电网运行状况的工具。
2.5市场交易与管理类
这主要包括实时电价计算、最大输电能力计算、输电路径优化、输电费用计算、输电服务预调度和实时调度等软件。这类软件在功能上如何与现有EMS软件整合与分工，有待进一步研究和探索。
4实例分析——以SE-9000系统为例
电力市场机制给EMS带来了巨大挑战，其主要软件模块在功能和内涵上将发生重大的变化，如SCADA、AGC、负荷预测、机组组合、调度员潮流、安全分析、无功优化、数据库结构、人机界面等。当今主流能量管理系统以SE-9000为典范，SE-9000系统以开放、稳定、实用、先进、功能完善、易维护、易扩充为主要设计目标，在系统设计中进行了图模库一体化、SCADA/PAS/FA设计一体化、人机界面一体化、开发接口一体化、维护一体化一体化设计。
4.1软件系统分析
SE-9200系统支撑平台是整个系统的核心，平台为各应用子系统提供统一的系统运行管理、数据访问、模块间通信、图形界面、权限管理、告警处理等公共服务，使各应用只需专注于各自业务逻辑的实现，如图1。
系统支撑平台可以归纳为集成总线层、数据总线层、公共服务层三层，如图2。集成总线层提供各公共服务之间、各应用子系统以及第三方软件之间规范化的交互机制；数据总线层提供适当的数据访问服务；公共服务层为各应用子系统提供公共服务，如图形界面、报表工具、告警服务等。
在应用软件方面，SE-9000系统的大型软件应用子系统除了包含常规的电网监控子系统外，还集成有集控中心子系统、电网高级应用软件子系统、电量管理子系统、调度管理子系统、配网自动化子系统等。
4.2结语
通过实际操作应用，SE-9000在操作上比较简单，拥有智能化的系统建模，界面比较人性化；在系统上采用全新的一体化设计，并适合混合平台操作。而且日常维护工作量大大减少，在数据处理上支持ORACLE等商用数据库，保证了其安全性，具有全方位的监视和管理功能。
关键词：起落架内孔；键槽加工；动静态特性分析；动力铣头
中图分类号：V261文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）27-0058-03
飞机起落架是飞机重要安全功能部件之一，随着飞机系统对起落架系统更高的可靠性、更轻的重量要求，起落架普遍采用超高强度钢材料制造，对加工工艺要求极为严格，要求避免零件表面烧伤，提高构件表面完整性。某型飞机前起落架φ186内孔约深300mm处直径方向均布两个10mm宽导向键槽，需要在筒体热处理后进行精密加工。对于内孔键槽，常用的加工方法是在拉床上用专用拉刀进行拉削制造。但是由于键槽端部为圆弧平底，采用拉削方法无法进行加工，同时拉削需要购置专用的拉削设备和工具，投资较高，需要探索其他较为经济的加工方法。本文根据加工要求设计了一种直角动力铣头装置安装于通用万能车床的刀架上，在比较狭小的外筒内孔空间内部完成键槽的铣削加工，比较经济地利用现有设备完成了键槽
加工。
1动力铣头的结构设计
动力铣头主要由刀杆组件、电机调速传动机构、安装板组成，如图1所示：
1.刀杆组件2.电机调速传动机构3.安装板
刀杆组件内部结构如图2所示，主要功能为承载三个方向的切削力，通过传动轴组件和锥齿轮副将电机调速机构的旋转运动和功率传递至刀轴，通过2号莫氏锥孔驱动键槽铣刀完成键槽加工。为了提高生产效率、减少加工工序，键槽在外筒热处理后一次加工成形，切削力较大，对动力铣头的动静态特性要求较高。而由于加工空间的限制，动力铣头只能悬臂结构，为了提高系统的动静态承载特性并根据仿真分析结果对5号件刀杆外形进行了优化，同时加大了安装板的尺寸，增加系统重量，在安装板上设计加强筋板，增加系统刚度，从而保证系统具有较高的固有频率，防止与加工过程的振动频率接近引起加工系统的谐振。为了保证键槽侧面的平面度和键槽对外筒中心的对称度要求，要求铣削头的轴向和径向跳动均较小。为了保证刀轴的轴向和径向具有较大的刚度，刀轴转速较低。为了装配方便和刀杆结构便于加工，采用一对面对面安装的圆锥滚柱轴承支撑刀轴。为了获得较小的轴向和径向跳动，需要对轴承间隙进行精密调节，同时应考虑轴承和刀轴温升使刀轴伸长、使轴承间隙减小的影响。为此在铣削头磨合1小时后根据刀轴的轴向和径向跳动调整垫片1的厚度，保证刀轴的轴向和径向跳动达到设计要求。
同样为了保证6号件传动轴组件的转动精度，调整7号垫片厚度对锥齿轮副进行预加载，减小轴向和径向间隙。为了保证锥齿轮副的配合精度调整垫片8的厚度，保证锥齿轮副的良好配合间隙。为了便于装配和调整，在6号件传动轴组件装配调整完成后装入5号件刀杆。
电机调速传动机构由成品件调速机、电机、窄V带传动机构构成，可以实现驱动转速从200r/min到1000r/min的调整，根据加工状态对实际加工转速进行调整，从而获得各加工工艺参数的合理配置。窄V带在系统过载时，带轮打滑从而保护动力头和零件。
安装板用于安装刀杆组件、电机调速传动机构，保证铣削轴与外筒轴线之间的相对位置。安装板用中部孔安装在车床的刀架上，可以沿车床主轴径向移动铣削头，从而完成切削量的调整。
1.调整垫片2.刀轴3.圆锥滚柱轴承4.锥齿轮副5.刀杆6.传动轴组件7.调整垫片8.调整垫片
2动力铣头结构动静态特性分析
为了在设计阶段对铣头的动静态特性进行评估，对设计方案进行优化，对动力铣头结构建立了动态和静态分析模型，对铣头的振动模态、振动响应和静态应力分布、变形进行了分析。
2.1动力铣头分析建模
在动力铣头的结构中，图2中5号件刀杆、图1中3号件安装板为主要承力件，由切削载荷和振动引起的对系统加工精度的影响主要取决于由这两个承力件和紧固螺钉构成的结构。为了简化分析忽略除主要承力件的其他构件，将图1中2号件电机调速传动机构简化为质量点，将切削载荷转换至图2中5号件刀杆前端支撑孔和轴承盖螺纹孔处，铣头安装面和固定孔分别为图2中3号件安装板的底面和中间圆孔。对模型进行了网格划分和约束载荷施加。
2.2动力铣头动态特性分析
动力铣头的前三阶固有频率分别为：294.34Hz、364.48Hz、792.5Hz。1阶模态为刀杆组件的上下摆动，2阶模态为刀杆的左右摆动，3阶模态为刀杆的弯曲和与刀杆壁板相连的壁板弯曲。刀杆的上下摆动直接影响键槽的对称度和键槽侧面的平面度，对键槽加工质量影响很大，所以1阶模态对动力铣头的动态特性影响最大。
动力铣头一般采用3齿或4齿铣刀进行键槽铣削加工，转速一般为300～1000r/min，对应的切削冲击频率为15～67Hz。切削力冲击频率远低于1阶固有频率294.34Hz，所以动力铣头的动态特性
较好。
2.3动力铣头静态特性分析建模
根据相关的切削力研究结果，动力铣头在切削过程中受轴向700N、切向250N和侧向300N切削力。在切削力载荷下，动力铣头的应力分布如图3所示：
由图中可以看出，整体应力水平远低于材料的屈服强度，高应力主要分布在刀杆根部及刀杆与安装板的连接处。变形分析结果表明，结构变形主要集中在刀杆头部，总变形为0.0324mm，其中轴向、切向和侧向变形分别为0.0283mm、0.010mm、0.0121mm。内孔键槽加工精度要求最高的两个尺寸是键槽宽度和键槽对中心的对称度，对这两个尺寸影响最大的是刀杆的切向变形，而0.010mm的切向变形量能够保证这两个尺寸加工的要求。同时在加工过程中可以通过调整精加工时的切削用量在精加工阶段获得更小的切削力和刀杆变形，从而获得更高的加工精度。
3结语
通过对动力铣头的动态特性和静态特性的分析可以看出，动力铣头能满足内孔键槽加工的要求。通过仿真分析和试加工验证，该动力铣头结构小巧，动、静刚度较高，能够满足较大内孔直径范围内内孔键槽的加工。
参考文献
[1]李铭.大型飞机起落架制造技术[J].航空制造技术，2008，（21）.
[2]徐少红.高强度钢和超高强度钢的切削加工[D].中国科学院上海冶金研究所，2000.