基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的研究和開發(fā)

基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的研究和開發(fā)

王鴻雁

（浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院　杭州市　310027）

    摘  要　文章論述了基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的設(shè)計(jì)思想及軟件總體結(jié)構(gòu)，括FORTRAN語言編制的電力系統(tǒng)分析軟件與可視化高級(jí)語言之間的接口，并給出了圖形模塊、穩(wěn)態(tài)分析模塊、故障分析模塊、暫態(tài)分析模塊功能的實(shí)現(xiàn)方法。
    關(guān)鍵詞　圖形界面　電力系統(tǒng)分析計(jì)算　面向?qū)ο蟆≤浖≡O(shè)計(jì)

1　引言　　
　　電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是大系統(tǒng)、大聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)行調(diào)度人員要處理的數(shù)據(jù)量日益龐大。電網(wǎng)的運(yùn)行由各級(jí)調(diào)度員調(diào)度，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，各級(jí)調(diào)度員調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行必須依靠電力系統(tǒng)分析軟件，依據(jù)計(jì)算結(jié)果確定各發(fā)電廠的出力，功率如何平衡，如何調(diào)控負(fù)荷，怎樣發(fā)電 經(jīng)濟(jì)，怎樣輸電 經(jīng)濟(jì)，以怎樣一種方式運(yùn)行 為安全，預(yù)想事故對(duì)策等等。總之，利用電力系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行計(jì)算和分析是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行 基本的手段，是必不可少的部分。
　　傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析計(jì)算軟件大多由FORTRAN語言編制，數(shù)據(jù)的輸入輸出以數(shù)據(jù)文件的方式進(jìn)行，而且輸入輸出數(shù)據(jù)文件的格式要求非常嚴(yán)格，數(shù)據(jù)文件的填寫過程中有時(shí)僅僅因?yàn)樘顚憯?shù)據(jù)發(fā)生一位錯(cuò)誤就將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的千差萬別。很難想象在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度人員仍必須通過數(shù)據(jù)文件的填寫和閱讀來對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析。因此，有必要為運(yùn)行調(diào)度人員提供一套具有良好的人機(jī)界面的電力系統(tǒng)分析軟件，將可視化編程技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析和仿真軟件已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件的一個(gè)發(fā)展趨勢。
2　軟件總體結(jié)構(gòu)
　　基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的一個(gè)基本特征就是圖形化，即用戶在使用該軟件時(shí)的大部分操作都能在圖形上通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動(dòng)等操作來完成，拋棄了以往的填寫、修改和閱讀數(shù)據(jù)文件的方法。該軟件主要有四大模塊組成，分別為圖形模塊、穩(wěn)態(tài)分析模塊、故障分析模塊和暫態(tài)分析模塊。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　圖形模塊負(fù)責(zé)電力網(wǎng)絡(luò)圖的建立、電氣元件數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算結(jié)果的圖形輸出以及穩(wěn)定計(jì)算曲線的輸出等功能。
　　穩(wěn)態(tài)分析模塊負(fù)責(zé)將每個(gè)元件的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)分析程序要求的數(shù)據(jù)格式，在穩(wěn)態(tài)分析完畢后將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為用戶所見的表格輸出和圖形輸出。
　　故障分析模塊有著和穩(wěn)態(tài)分析模塊相似的功能，同時(shí)該模塊要將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為故障分析程序的輸入文件。
　　暫態(tài)分析模塊將每個(gè)元件的暫態(tài)分析所需要的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為暫態(tài)分析程序要求的數(shù)據(jù)格式，并將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為暫態(tài)分析的輸入文件，然后將運(yùn)算后的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為用戶所見的表格和曲線輸出。

3　軟件功能的實(shí)現(xiàn)
3．1　設(shè)計(jì)思想
　　近年來面向?qū)ο螅∣OP）方法被引入電力系統(tǒng)軟件的開發(fā)，并逐漸開始在實(shí)際軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用這一思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，并取得了良好的效果。電力系統(tǒng)是由各種物理元件組成的，各元件屬性的相對(duì)獨(dú)立性和元件間拓?fù)溥B接的特點(diǎn)特別適合于用面向?qū)ο蟮墓芾矸绞剑瑢⒏鞣N屬性封裝在對(duì)象的類中，既可在圖形模塊也可在計(jì)算分析模塊中得到使用。為了提高軟件可重用性和可擴(kuò)充性，本軟件采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想。在OOP程序中，程序由一個(gè)或多個(gè)類組成，它們用來描述一組具有共同特性的對(duì)象。對(duì)象是在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)刻的基本成分，是屬性和行為的封裝體。“對(duì)象”和“類”具有可繼承性和多態(tài)性，它們給外界提供了統(tǒng)一的接口，而且一旦建立，就可重復(fù)使用。
　　“對(duì)象”和“類”的組建是本程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)軟件開放性的關(guān)鍵所在。電力系統(tǒng)含許多元件，這些不同種類的元件有相對(duì)獨(dú)立的屬性，而元件之間有相互關(guān)聯(lián)的拓?fù)潢P(guān)系。由于各種元件具有一些相同的屬性和方法，因此首先定義一個(gè)元件基本類作為所有元件的父類。
    classCdevElement∷publicCObject
    　｛public∶　　
　     　char＊m－Name；

　　上述類定義中，m－Name為一指向字符串的指針，該字符串用于描述元件的名稱，m－Index為一整型變量，用于存儲(chǔ)該元件在電網(wǎng)中的一個(gè)標(biāo)識(shí)符，該標(biāo)識(shí)符與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，形成實(shí)例后，即可表示元件的唯一性又便于與數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)。各類元件均由該基類派生，如母線類（CBus）、線路類（Cline）、負(fù)荷類（CLoad）、斷路器類（CBreaker）、變壓器類（CTransformer）以及發(fā)電機(jī)類（CGenerator）。
　　傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析軟件大多是以FORTRAN語言開發(fā)的，這些軟件經(jīng)過運(yùn)行調(diào)度人員長期的運(yùn)行驗(yàn)證，重新開發(fā)電力系統(tǒng)計(jì)算軟件對(duì)于一般的電力系統(tǒng)來說是不必要的。本軟件首先將FORTRAN語言編制的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析等電力系統(tǒng)分析計(jì)算程序改寫為子程序，并在FORTRAN環(huán)境下將其編譯為Windows環(huán)境下的動(dòng)態(tài)鏈接庫，然后由可視化高級(jí)語言直接調(diào)用此動(dòng)態(tài)鏈接庫。通過這種方式，由FORTRAN語言編制的電力系統(tǒng)分析軟件就完好地被封裝在由可視化高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)的友好的人機(jī)界面下，充分地利用了已有的資源。同時(shí)由于動(dòng)態(tài)連接庫的使用，使得在同一時(shí)刻完成多項(xiàng)計(jì)算成為了一項(xiàng)極為簡單的任務(wù)。
3．2　圖形模塊的設(shè)計(jì)
　　把文檔類CMycppDoc定義為一塊存放了所有繪圖所需的信息的數(shù)據(jù)區(qū)域，括：位置信息、尺寸信息、顏色、線型、網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系以及穩(wěn)態(tài)分析、故障分析、暫態(tài)分析所需的電氣參數(shù)、計(jì)算信息。這些數(shù)據(jù)按用途可分為繪制圖形用數(shù)據(jù)、電氣參數(shù)數(shù)據(jù)、分析計(jì)算數(shù)據(jù)等三塊。根據(jù)電氣元件的不同，把繪圖用數(shù)據(jù)和電氣參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)合起來封裝成多個(gè)類。這樣，這些類中不僅含了這些數(shù)據(jù)和繪圖用信息，還含了表示網(wǎng)絡(luò)連接

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