基于圖形界面的電力系統分析軟件的研究和開發

基于圖形界面的電力系統分析軟件的研究和開發

王鴻雁

（浙江大學電氣工程學院　杭州市　310027）

    摘  要　文章論述了基于圖形界面的電力系統分析軟件的設計思想及軟件總體結構，括FORTRAN語言編制的電力系統分析軟件與可視化高級語言之間的接口，并給出了圖形模塊、穩態分析模塊、故障分析模塊、暫態分析模塊功能的實現方法。
    關鍵詞　圖形界面　電力系統分析計算　面向對象　軟件　設計

1　引言　　
　　電力系統的發展趨勢是大系統、大聯網，運行調度人員要處理的數據量日益龐大。電網的運行由各級調度員調度，由于電網結構的復雜性，各級調度員調度系統運行必須依靠電力系統分析軟件，依據計算結果確定各發電廠的出力，功率如何平衡，如何調控負荷，怎樣發電 經濟，怎樣輸電 經濟，以怎樣一種方式運行 為安全，預想事故對策等等�？傊�，利用電力系統分析軟件進行計算和分析是現代電力系統運行 基本的手段，是必不可少的部分。
　　傳統的電力系統分析計算軟件大多由FORTRAN語言編制，數據的輸入輸出以數據文件的方式進行，而且輸入輸出數據文件的格式要求非常嚴格，數據文件的填寫過程中有時僅僅因為填寫數據發生一位錯誤就將導致計算結果的千差萬別。很難想象在計算機技術發展的今天，電力系統運行調度人員仍必須通過數據文件的填寫和閱讀來對電力系統進行分析。因此，有必要為運行調度人員提供一套具有良好的人機界面的電力系統分析軟件，將可視化編程技術應用于電力系統分析和仿真軟件已成為當前電力系統應用軟件的一個發展趨勢。
2　軟件總體結構
　　基于圖形界面的電力系統分析軟件的一個基本特征就是圖形化，即用戶在使用該軟件時的大部分操作都能在圖形上通過鼠標的點擊、拖動等操作來完成，拋棄了以往的填寫、修改和閱讀數據文件的方法。該軟件主要有四大模塊組成，分別為圖形模塊、穩態分析模塊、故障分析模塊和暫態分析模塊。軟件總體結構如圖1所示。
　　圖形模塊負責電力網絡圖的建立、電氣元件數據的輸入和計算結果的圖形輸出以及穩定計算曲線的輸出等功能。
　　穩態分析模塊負責將每個元件的輸入數據轉化為穩態分析程序要求的數據格式，在穩態分析完畢后將穩態分析的結果文件轉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態分析模塊相似的功能，同時該模塊要將穩態分析的結果文件轉化為故障分析程序的輸入文件。
　　暫態分析模塊將每個元件的暫態分析所需要的輸入數據轉化為暫態分析程序要求的數據格式，并將穩態分析的結果文件轉化為暫態分析的輸入文件，然后將運算后的結果文件轉化為用戶所見的表格和曲線輸出。

3　軟件功能的實現
3．1　設計思想
　　近年來面向對象（OOP）方法被引入電力系統軟件的開發，并逐漸開始在實際軟件設計中應用這一思想進行設計，并取得了良好的效果。電力系統是由各種物理元件組成的，各元件屬性的相對獨立性和元件間拓撲連接的特點特別適合于用面向對象的管理方式，將各種屬性封裝在對象的類中，既可在圖形模塊也可在計算分析模塊中得到使用。為了提高軟件可重用性和可擴充性，本軟件采用了面向對象的設計思想。在OOP程序中，程序由一個或多個類組成，它們用來描述一組具有共同特性的對象。對象是在系統中運行時刻的基本成分，是屬性和行為的封裝體。“對象”和“類”具有可繼承性和多態性，它們給外界提供了統一的接口，而且一旦建立，就可重復使用。
　　“對象”和“類”的組建是本程序設計的基礎，也是實現軟件開放性的關鍵所在。電力系統含許多元件，這些不同種類的元件有相對獨立的屬性，而元件之間有相互關聯的拓撲關系。由于各種元件具有一些相同的屬性和方法，因此首先定義一個元件基本類作為所有元件的父類。
    classCdevElement∷publicCObject
    �。鹥ublic∶　　
　     　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，用于存儲該元件在電網中的一個標識符，該標識符與數據庫相關聯，形成實例后，即可表示元件的唯一性又便于與數據庫對應。各類元件均由該基類派生，如母線類（CBus）、線路類（Cline）、負荷類（CLoad）、斷路器類（CBreaker）、變壓器類（CTransformer）以及發電機類（CGenerator）。
　　傳統的電力系統分析軟件大多是以FORTRAN語言開發的，這些軟件經過運行調度人員長期的運行驗證，重新開發電力系統計算軟件對于一般的電力系統來說是不必要的。本軟件首先將FORTRAN語言編制的穩態分析、暫態分析等電力系統分析計算程序改寫為子程序，并在FORTRAN環境下將其編譯為Windows環境下的動態鏈接庫，然后由可視化高級語言直接調用此動態鏈接庫。通過這種方式，由FORTRAN語言編制的電力系統分析軟件就完好地被封裝在由可視化高級語言實現的友好的人機界面下，充分地利用了已有的資源。同時由于動態連接庫的使用，使得在同一時刻完成多項計算成為了一項極為簡單的任務。
3．2　圖形模塊的設計
　　把文檔類CMycppDoc定義為一塊存放了所有繪圖所需的信息的數據區域，括：位置信息、尺寸信息、顏色、線型、網絡連接關系以及穩態分析、故障分析、暫態分析所需的電氣參數、計算信息。這些數據按用途可分為繪制圖形用數據、電氣參數數據、分析計算數據等三塊。根據電氣元件的不同，把繪圖用數據和電氣參數數據結合起來封裝成多個類。這樣，這些類中不僅含了這些數據和繪圖用信息，還含了表示網絡連接

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