（电气工程专业论文）配电网继电保护整定计算软件的开发.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着国民经济的发展，对配电网的可靠性提出更高的要求。配电网的运行 必须减少故障及其影响、确保可靠供电，因此配电网的继电保护越来越受到重 视。利用计算机技术，开发适用于配电网的继电保护整定软件对减轻整定人员 的工作负荷，提高保护装置的运行水平具有重要意义。文中首先介绍了软件的 整体设计思路，将软件划分为5 个模块。然后分别对图形建模模块、故障分析 模块、保护整定模块、信息管理模块的设计进行了详细的介绍。最后，以一个 实际的配电网为例，对软件的功能进行了验证。 关键词：继电保护，配电网，面向对象，数据库 a bs t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r k sn e e d st ob em o r er e l i a b l e a l o n g w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y t h e i ro p e r a t i o nm u s te n s u r et h es u p p l yo f e l e c t r i cp o w e r 觚dr e d u c et h ei n f l u e n c eo ff a u l t s s ot l l er e l a yp r o t e c t i o ni n d i s t r i b u t i o nn e t w o r k si sp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i tc a nl i g h t e nt h e 、v o r ko f s e t t i n gw o r k e r sa n di n l p r o v et h eo p e r a t i n gi e v e lo fr e l a yp r o t e c t i o nd e v i c e st o d e v e l o pas e t t i n gs o f t w a r e f o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sw i t ht h et e c h n o l o g yo f c o m p u t e r f i r s t l y ，t h ee n t i r ed e s i g n i n gi d e ao fs o f t w a r ei si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ， a n di ti sd i v i d e di n t of i v em o d u l e s s e c o n d l y ，g r a p h i cm o d u l e ，f a u l ta n a l y s i sm o d u l e ， p r o t e c t i o ns e t t i n gm o d u l e ，瓶di n f o m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e2 u r ei n t r o d u c e di n d e t a i l f i n a l l y ，t h e 血n c t i o n sa r ev a l i d a t e db yar e a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，觚gw e n x i n ( e l e c t r i ce n g i n e e “n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj u k e yw o r d s ： r e l a yp r o t e c t i o n ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，o b j e c t0 r i e n t e d ，d a t a b a s e 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着国民经济的发展，对配电网的可靠性提出更高的要求。配电网的运行 必须减少故障及其影响、确保可靠供电，因此配电网的继电保护越来越受到重 视。利用计算机技术，开发适用于配电网的继电保护整定软件对减轻整定人员 的工作负荷，提高保护装置的运行水平具有重要意义。文中首先介绍了软件的 整体设计思路，将软件划分为5 个模块。然后分别对图形建模模块、故障分析 模块、保护整定模块、信息管理模块的设计进行了详细的介绍。最后，以一个 实际的配电网为例，对软件的功能进行了验证。 关键词：继电保护，配电网，面向对象，数据库 a bs t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r k sn e e d st ob em o r er e l i a b l e a l o n g w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y t h e i ro p e r a t i o nm u s te n s u r et h es u p p l yo f e l e c t r i cp o w e r 觚dr e d u c et h ei n f l u e n c eo ff a u l t s s ot l l er e l a yp r o t e c t i o ni n d i s t r i b u t i o nn e t w o r k si sp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i tc a nl i g h t e nt h e 、v o r ko f s e t t i n gw o r k e r sa n di n l p r o v et h eo p e r a t i n gi e v e lo fr e l a yp r o t e c t i o nd e v i c e st o d e v e l o pas e t t i n gs o f t w a r e f o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sw i t ht h et e c h n o l o g yo f c o m p u t e r f i r s t l y ，t h ee n t i r ed e s i g n i n gi d e ao fs o f t w a r ei si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ， a n di ti sd i v i d e di n t of i v em o d u l e s s e c o n d l y ，g r a p h i cm o d u l e ，f a u l ta n a l y s i sm o d u l e ， p r o t e c t i o ns e t t i n gm o d u l e ，瓶di n f o m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e2 u r ei n t r o d u c e di n d e t a i l f i n a l l y ，t h e 血n c t i o n sa r ev a l i d a t e db yar e a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，觚gw e n x i n ( e l e c t r i ce n g i n e e “n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj u k e yw o r d s ： r e l a yp r o t e c t i o n ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，o b j e c t0 r i e n t e d ，d a t a b a s e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文配电网继电保护整定软件的设 计，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作粼锄 作者签名：竺! ! 日 期： 导师签名： 日期： 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 继电保护装置在电力系统中起着非常重要的作用，它是电力系统安全运行的重 要保证。当系统由于自然的、人为的或设备本身的原因在某处发生故障或出现不正 常运行状态，威胁系统的安全稳定运行时，必须能够迅速将故障部分切除，以最大 限度地保护电气设备，防止事故扩大，保证系统其余非故障部分的正常稳定运行。 然而无数次事故也说明，几乎涉及停电范围较广的大型系统事故都与继电保护装置 的不正确动作有关系。其原因有两个方面，其一，装置本身存在问题；其二，定值 的配置不合理。因此，合理配置与正确使用继电保护装置是保障电网安全运行的重 要条件，这也正是电力系统中继电保护工作人员日常的主要工作所在。 随着国民经济的发展，配电网运行必须确保可靠供电时间、减少配电网故障及 其影响，因此配电网的继电保护越来越受到重视。而以往人们对线路保护的研究多 着重于输电网，因此有必要加强对配电网继电保护的研究。 配电网与输电网相比有几个明显的特点：当前系统中配电网一般开环运行，多 呈现为辐射状网络；配电馈线中的断路器沿线链状布置，线路中没有母线；配电网 是有分支的网络，配电网中节点的分支具有任意性，使保护配合关系复杂化；配电 网中有分布负荷，线路两端负荷不平衡；在双端供电的配电系统中电源可能有不等 的相角。 在当前配电网中辐射状的电网应用范围最广。针对辐射状配电网，一般配置三 段式电流保护，保护的配置比较简单。但是，保护定值的整定受系统网络结构和运 行方式的影响很大，往往非常复杂。以往保护定值的整定计算主要依靠人工进行， 计算量大，计算时间长。随着电力系统规模的扩大以及用户对用电质量要求的提高， 快速而准确的整定已不是人工整定能做到的。近年来，计算机技术的飞速发展，其 功能日益强大。使用计算机进行电力系统继电保护的定值计算和管理受到了广泛地 重视，国内已用不同的计算机语言开发出了几套整定软件。研制一套好的整定软件 可以大大减轻整定人员的工作负荷，提高工作质量，降低由于误整定导致的保护装 置不正确动作率。 目前国内已经开发出的电力系统继电保护整定计算软件都存在部分缺点，有的 功能单一，只能进行故障计算，其余过程必须依靠熟练的整定人员手工完成，计算 周期长、效率低，容易由人为因素导致错误；有的虽然能够进行全部自动整定，但 往往针对某个电厂或地区，缺乏通用性；针对输电网和发电厂的整定计算软件较多， 华北电力大学工程硕士学位论文 而配电网的整定计算软件较少。还有一些软件用户界面不友好，只有少数的专业技 术人员才能掌握，且计算程序繁琐，不易被一般用户接受。 此外，随着配电网的建设发展，继电保护装置的数量大大增加，特别是微机保 护装置的数量提高很快，继电保护装置的定值计算和管理工作的复杂程度和技术难 度也大大增加。这对传统的配电网继电保护工作和管理方法带来了挑战。因此，开 发一套适用于配电网的整定计算软件成为当前的一个重要课题。 1 2 国内外的研究历史和发展现状 在国内外的电力系统中，整定计算工具经历了从低级到高级的发展，大体上可 以分为四个阶段： ( 1 ) 七十年代以前，整定计算工作处于手工计算时代，整定计算主要依靠手 工并辅助专用的计算工具完成； ( 2 ) 从七十年代开始，整定计算工作进入短路计算自动化时代，这一阶段的 基本特点是过去保护定值中有关各种故障分析计算改由数字计算机完成； ( 3 ) 八十年代初期，研究人员陆续开展了应用计算机进行继电保护整定计算 的研究工作，并推出了一批基于d o s 操作系统的整定计算软件，整定计算工作进入 了批任务处理自动化时代； ( 4 ) 进入九十年代，计算机软、硬件技术的发展日新月异，一些新思想、新 方法和新技术正逐步影响着电力系统分析软件的发展，例如软件工程的思想、面向 对象及组件技术的编程方法、人工智能及自适应技术、数据库技术等。在此背景下， 实现整定计算全过程的自动化，提供方便直观的人机交互界面，完善数据和信息的 组织管理模式，成为新一代整定计算软件的发展方向。至此，整定计算工作进入整 定过程自动化时代。【2 】 由于整定计算软件具有较高的实用价值，现阶段国内外在这方面进行研究和开 发的专业人士较多。这对继电保护领域微机化管理水平的提高、促进电力系统的安 全生产起到了积极的作用。由于各人的侧重点和研究对象的范围不同，总的看来可 以归结为以下几种类型：【3 】 ( 1 ) 单一的继电保护信息管理系统。一种是基于m i s 网c s 结构的继电保护 信息管理系统，这种继电保护信息管理系统以网络技术为基础，强调以分布式进行 信息处理的客户机服务器体系结构，可以采用p o 、e rb u i l d e r 作为数据库前端开发 工具，采用所见即所得的面向对象技术。生成的应用程序具有多平台支持，系统投 资小、可扩充性强、技术先进、运行安全可靠等特点。另一种是分层次的继电保护 动作及故障信息自动化管理系统。该系统作为一个实时监视系统，特别是目前已开 2 华北电力大学工程硕士学位论文 展的保护和故障录波联网具有相当重要的实际意义。对快捷故障定位、系统故障录 波分析、调度信息的传达及工作计划的开展等多方面管理提供了现代化的科技手 段，对电网的安全、稳定、经济运行有着重要的意义。继电保护运行及故障信息系 统结构包括五层：基础层、厂站管理层、通信层、调度层及专业管理层。 ( 2 ) 继电保护整定及综合信息管理系统。这种系统可以实现全网系统参数、 继电保护配置、整定值和定值单的管理，并可自动输出全网正、负、零序网络图， 可以输出任意局部网络各保护的定值配置图，可以编制全网等值阻抗表，并可方便 制作全网保护整定方案。整套程序包括继电保护系统库管理系统、短路电流计算软 件、继电保护整定计算软件和继电保护定值单管理软件等四部分。系统采用模块化 结构设计，程序由多个子模块构成，各子模块之间相互独立、互不影响。 ( 3 ) 继电保护整定专家管理系统。在这些专家系统中主要应用了智能代理者 的概念，即将原来由人来做的事转交给人工智能代理者来完成。它为继电保护整定 计算和定值管理工作提供了现代化的智能工具，把整定计算人员从复杂繁琐的日常 工作中解放出来，从而提高了继电保护的运行管理水平，确保了保护定值的准确性， 对电力系统的安全稳定运行具有重要的现实意义。 在我国电力系统中，继电保护整定计算经历了由低级到高级的发展过程。以往 保护定值的计算主要依靠人工并辅以专用计算工具或完全由人工计算来完成，工作 量大，计算时间长，计算精度不够。7 0 年代中期，我国有关部门陆续开展了应用计 算机进行电网继电保护整定计算的研究工作，使工作效率有了大幅度的提高，对提 高计算准确性和防止出现差错等方面也提供了可靠保证。经过多年的研究，电力系 统大量问题已具备相应的数学模型和数值算法。随着专家系统技术突飞猛进的发 展，其在电力系统的应用也越来越广泛，这为从事继电保护整定计算的科研工作人 员开拓了一个更为广阔的前景。1 4 j 在我国，现有的继电保护整定软件几乎都是应用于1 1 0 k v 以上的高压电力系统， 软件开发商出于经济效益的考虑，也主要把精力专注于这些市场。这些软件是针对 高压电力系统的特点开发的，而高压电网的继电保护整定计算和配电网的继电保护 整定计算并不是完全一样的，因为在电力系统继电保护整定计算中，配电网在参数 构成、网络结构以及整定方式等方面与高压电网相比，存在一定的差异，且现有的 继电保护整定软件一般价格昂贵，基层电力企业难以承受。 1 3 本论文的工作 本课题结合邢台地区配电网的实际情况，开发一套适用于1 1 0 k v 及以下电网的 继电保护整定计算软件。软件应适应配电系统运行方式灵活的特点，并满足电力系 统对继电保护的要求。 华北电力大学工程硕士学位论文 本文在研究了电力系统继电保护整定软件系统的发展和存在的问题与局限性 的基础上，针对目前配电网继电保护的反展现状，遵循简单实用并兼顾通用性和可 扩充性的设计原则，采用v b 6 o 作为开发工具并结合s q ls e r v e r 数据库对配电网继 电保护整定及管理软件进行了开发，程序力求具有良好的开放性、发展性、通用性 和实用性、人机界面友好。 本系统可以通过绘图界面进行电气接线图的绘制，通过人机交互界面输入各电 气元件参数，并对网络中各处任意类型的故障进行故障计算，可以对各电气元件进 行保护装置的配置，并进行整定计算及灵敏度的校验，计算后可对定值单进行管理， 包括察看、修改功能。本软件的通用性表现在：更换保护后可以由用户自己输入新 的整定原则，模块化的设计又使原有的整定过程不受影响。另外，还可以根据电网 的实际运行情况，修改各保护类型的整定原则。而这些修改均不影响软件的使用。 系统的程序界面设计遵循了友好性、交互性、易用性的原则，界面的布局合理，操 作简单，使用户能很快掌握使用方法，方便了用户的使用，体现了其实用性原则。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章软件系统的总体设计 继电保护整定计算软件的核心任务是辅助整定人员完成整定方案，加强对各类 数据的管理，降低劳动强度，减少人为失误。因此，开发一套实用性强的配电网整 定计算软件，应当深入了解电力系统继电保护整定人员的工作特点和专业工作流 程，并结合配电网整定计算的特点，对软件的功能和构成做出合理的分析。 2 1 系统的功能分析 一般来说，我国的地区配电网出线多、支线多、平行线路存在零序互感，与输 电网相比主要有以下几个特点： ( 1 ) 配电网系统具有环形网络，但为了故障定位和继电保护的方便，通常处 于开环运行状态，为辐射状，而输电网为网状或多环状，通常闭环运行； ( 2 ) 配电系统的支路电阻r 和电抗x 之比一般比较大，其并联电导和电纳很 小，因此可以忽略不计； ( 3 ) 配电设备沿线分散配置，常装设在杆塔顶上，输电设备多集中在变电站； ( 4 ) 配电网内要求安装的i 玎u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 数量通常比输电网多 一个数量级； ( 5 ) 配电系统比输电系统自动化技术水平低，配电系统中许多现场设备都是 手工操作的，而输电系统中大多是遥控的，但配电系统自动化的水平正在不断提高： ( 6 ) 配电网的网络接线经常变化，检修更新频繁。 因此，配电网继电保护主要考虑辐射状电网，辐射网的短路电流计算和整定计 算有着它自己的特点，在很多情况下都可以使计算大大简化，而其难点在于网络运 行方式的选择。 结合配电网及其继电保护的上述特点，整定计算软件实现如下基本功能： ( 1 ) 建立配电网络数据库； ( 2 ) 生成配电网一次系统图形编辑器： ( 3 ) 建立继电保护装置管理数据库，生成继电保护整定计算模板数据库： ( 4 ) 计算短路电流； ( 5 ) 继电保护整定计算，生成定值清单。 2 2 系统的总体设计思想 本系统的开发采用面向对象的设计思想。根据整定计算软件的核心任务和配电 网继电保护的特点，本系统提供强大的图形化平台，便于用户的学习和使用；采用 华北电力大学工程硕士学位论文 模块化的设计思想，使得系统容易实现通用性和扩展性：采用数据库对原始数据、 计算产生的数据和继电保护定值数据进行存放和管理，保证数据的有效性和安全 性。本系统并非简单意义上的计算程序，它是一个平台，用户可以利用这个平台对 配电网进行保护整定和管理。 2 2 1 面向对象程序设计及其特点 面向对象程序设计( o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 是软件系统设计与实现的新 方法，这种方法通过增加软件的可扩充性和可重用性，提高程序员的工作能力，并 控制软件的复杂性，减小软件运行的开销。【5 】 与传统的结构化程序设计方法相比，面向对象程序设计既吸收了前者的一切优 点，又考虑了现实世界与对象空间的映射关系。它将数据及对数据的操作放在一起， 作为一个相互依存、不可分割的整体来处理，并将对对象的操作抽象成一种新的数 据类型类，考虑了不同对象之间的联系和对象类的重用性。 面向对象程序设计优于传统的结构化程序设计，其优越性表现在它有希望解决 软件工程中的两个主要问题软件复杂性的控制和软件生产率的提高，此外它还 符合人类的思维习惯，能够自然地表现现实世界的实体和问题，因此对软件开发具 有重要的意义。 面向对象程序设计能支持的软件开发策略主要有代码重用、共享代码以及精化 已有代码等。有了高质量的可重用代码就能有效地降低软件的复杂度并提高软件开 发效率。面向对象方法，尤其是它的继承性，是一种代码重用的有效途径。开发者 在设计软件时可以利用一些已经设计好并经过测试的代码，将这些可重用的代码组 织和存放在程序设计环境的类库中。由于类库中这些类的存在，使以后的程序设计 过程变得简单，程序的复杂性不断降低、正确性不断加强，越来越易于理解、修改 和补充。 面向对象程序的软件设计方法把认识和描述现实对象的过程和方法与分析、设 计和实现这个系统的过程和方法结合起来。由于面向对象系统结构与解题系统既有 相互独立性( 封装性) 又相互联系，因此可以保证软件系统能够不断扩展与维修。 面向对象程序具有以下优点： 1 ) 模块化：对象是一个功能和数据独立的单元，相互之间只能通过对象认可的 途径进行通讯，同时也可以较为自由地为各个不同的软件系统所重用： 2 ) 封装功能：为信息屏蔽提供具体的实现手段，用户不必清楚对象的内部细节， 只需调用相应的属性或方法就可以使用： 3 ) 代码共享：继承性提供了一种代码共享手段，可以避免重复的代码设计，使 6 华北电力大学工程硕士学位论文 得程序编制简洁有效； 4 ) 灵活性：对象的功能执行是在接受到消息时确定的，使得对象可以根据自身 的特点进行功能实现，提高了程序设计的灵活性； 5 ) 易维护性：对象实现了抽象和封装，使其中可能出现的错误限制在程序段自 身，不会向外传播，易于检测和修改； 6 ) 增量型设计：面向对象系统可以通过继承机制不断扩充功能，而不会影响原 有程序的运行。 2 2 2 系统的总体结构设计 系统的设计充分体现模块化和可视化的特点，分为人机交互界面、图形建模、 故障分析、保护整定、设备管理五大模块，具有良好的扩充性和通用性。其中，保 护整定模块包括保护配置和整定计算两个功能。在这个模块化的系统中，所有功能 模块的实现都是基于数据库的。在数据库的结构设计上，采用面向对象的数据结构 设计和多级数据表关联方式：在数据的管理组织上，考虑该类数据的可重用性。系 统的总体结构框图如图2 1 所示。 人机交互界面 图形 建模 故障 分析 保护 整定 数据库 图元l 整定i 整定l 保护l 用户 参数f 规则f 结果f 信息f 信息 库l 库i 库l 库l 库 设备 管理 图2 1 系统的总体结构框图 一般的继电保护定值计算软件，保护的整定计算原则都写在程序里面，用户不 能对其进行修改，而且对于具体设备其保护的配置也是固定的，造成当用户增删设 备或更改保护配置、以及对保护整定计算原则进行更改的时候，不能灵活地进行处 理。而本软件是基于开放式的保护整定和设备管理系统，保护的整定规则及配置都 可以根据实际情况添加和修改，其目的是在配电网的结构、系统运行方式、系统的 设备参数或继电保护配置发生变化以后，软件仍能方便使用。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 2 3 系统功能概述 上一节从总体上对软件的设计进行了说明，这一节分别对软件的各组成模块进 行介绍。 2 3 1 图形建模模块 图形建模模块提供给用户简单实用的电力系统网络拓扑结构编辑、管理的工具 和方便快捷的图形操作手段，通过图形系统用户能够快速地完成电厂一次系统拓扑 接线图的绘制和修改，并实现人机交互的大部分操作。具体的编辑工具包括对图形 的复制、剪切、粘贴、删除、单个元件的移动及块移动等。所绘制的接线图可以记 录下包括起始坐标和终止坐标在内的图元的各种属性并存放在数据库里，自动形成 网络内不同元件之间的拓扑关系。另外模块提供多种显示方式与显示工具，使用户 可以从图上非常直观地查看各种运行方式下元件的运行状态、元件参数和计算结果 等。图形绘制完毕后，可以将其保存为图形文件，下次使用时重新调出，还可以对 接线图及元件参数进行再次修改和补充。 系统提供了图形模块与其他三个模块交互的接口，可以很方便地调用图形数据 以供故障计算及定值整定模块使用。 2 3 2 故障分析模块 故障分析模块提供设置故障的人机对话接口，自动生成序网图，进行故障分析， 输出故障分析结果。故障分析采用稳态法。 故障计算模块提供了强大的故障计算功能，能计算出配电网发生各种形式短路 ( 包括对称短路和不对称短路) 时所产生的短路电流及其向本系统内其他支路分配 的短路电流，并将各支路的故障电流分量以表格的形式显示出来。同时，当系统运 行方式发生变化以及设备检修或新添加设备造成网络拓扑结构发生变更的时候，只 需要在一次系统图上断开或合上相应的开关以及输入相应改变的设备参数，重新计 算以后，就可以自动获得在新的网络拓扑结构关系下某点发生短路后短路电流在系 统内的分布。该模块计算出的短路电流数值可以提供给定值整定计算模块，用于保 护定值整定计算和灵敏度校验。 2 3 3 保护整定模块 保护整定模块是整套系统的核心部分，包括保护配置和整定计算两部分功能。 它实现了配电网常用设备的保护定值的整定计算和管理。在程序设计过程中严格遵 循：3 1 l o k v 电网继电保护装置运行整定规程的规定，并结合配电网的实际运行 8 华北电力大学工程硕士学位论文 经验进行编制，兼顾通用性和专用性。 不同于以往同类软件，本系统的整定计算是直接面向具体的继电保护装置的， 根据保护装置的生产厂家、设备型号等信息分别建立相应的保护设备管理信息库。 在建立信息库时，与保护装置相对应的定值清单列表及整定规则原始信息已经确定 并写入库中，将来用户对某个保护装置整定值所作的修改，即是对该保护所对应的 信息库中的相关信息进行修改。修改后的定值单及整定规则经用户确认后，将自动 保存到相应的数据库中并覆盖掉原来的记录。 用户只需要添加某类设备的某种保护并输入相应的计算参数，就可以计算出 来。对于一般的常用保护，计算定值的时候整定规则可以直接从已经定制好的整定 计算数据库中提取，同时由于继电保护整定计算原则的复杂性和多样性，我们构建 了自定义保护模式，用户可以通过增加新的保护整定规则以及对原来数据库里存放 的整定规则的修改，来实现保护整定计算的通用性和灵活性。 2 。3 4 信息管理模块 信息管理模块用于实现用户对数据的管理功能，包括数据查询、打印、数据备 份和删除等。可以调用系统提供的定值单模板，在用户参与下自动生成保护装置的 整定定值单，并提供多种定值单查询手段。定值单内容包括被保护设备名称、保护 型号、生产厂家、整定时间、具体整定结果等，均由系统自动生成。所涉及的数据 包括：设备参数、故障计算书、整定计算定值单、整定计算书。 2 3 5 人机交互界面 人机交互界面是连接用户与软件的桥梁，用户通过人机界面调用上述各功能模 块实现软件的操作。本系统的图形界面包括标题栏、菜单栏、工具栏窗口、视图窗 口和状态栏窗口。其中标题栏是工程或文件的名称，视图为用户提供可视的电气接 线图画面，菜单和工具条为用户提供操作途径，状态栏反映了工程或文件当前的状 态。人机交互界面的设计依赖于其他各模块，因此本文对它的介绍渗透于各模块的 设计之中。 2 4 系统的开发环境 本系统的开发，编程工具选择v i s u a lb a s i c6 o ，v i s u a lb a s i c 是近年来在国内外 得到迅速推广应用的可视化程序设计语言，具有简单易学、功能强大、软件费用支 出低，见效快等特点，同时它又是采用面向对象技术的开发工具。 数据库采用s q l s e n r e r2 0 0 0 ，s q l s e r v e r 2 0 0 0 是在s q ls e n ，e r 7 0 的基础上扩 展升级的产品。s q ls e r v e r7 0 是m i c r o s o r 公司在数据库领域中非常重要的产品， 9 华北电力大学工程硕士学位论文 它具有非常好的再造和重写特性，是一个真正采用客户端服务器结构的关系式数据 库。这种结构有利于管理大量不同的计算机。计算机之间通过网络完成数据交互， 客户端为用户提供操作界面，形成d b m s 的用户请求，服务器则处理该请求，将结 果返回给客户端，并按照定格式显示出来。1 6 】 s q ls e r v e r 继承了数据可软件设计和引擎方面的优势，已经成为新一代网络应 用程序的最佳数据库和分析解决方案之一。作为m i c r o s o f tn e te n t e r p r i s es e r v e r s 的核心组件，它将减少电子商务、在线商务和数据仓储应用程序推向市场的时间， 并对需要的环境提供可靠的支持。s q ls e “e r2 0 0 0 对x m l 和h t t p 提供充分的支 持；提供分割装载和确保时间的特性；提供先进的管理和协调机制，可以自动管理 线程任务，降低总体开销。另外，s q ls e r v e r2 0 0 0 充分利用了w i n d o w s2 0 0 0 的功 能，包括支持活动目录( a c t i v ed i r e c t o r ) ，) 服务，最多支持3 2 个处理器和6 4 g b 的 内存。【7 1 因此，本系统采用v b6 o 和s q l s e r v e r2 0 0 0 相结合的方式进行开发，即在v b 程序中使用t r 锄s a c t s q l 语句对数据库中的数据进行读写操作，来完成系统的有关 数据读写的各种功能。 i o 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章图形建模功能的实现 图形建模功能由图形建模模块( 简称图形模块) 来实现，主要用于绘制和修改 配电网一次系统接线图，并进行相应各设备原始参数的输入。这样作可以使软件的 操作更加简便、直观。目前实现图形化的方法主要有两种，一种是自己设计一个绘 图系统，利用点线的组合绘制各种元件【8 1 ；另外一种是基于专用的绘图工具( 如 a u t o c a d 等) 进行开发，通过对专用的绘图工具的调用实现电气接线图的绘制1 9 1 。 本文采用前一种方法。 本章首先介绍图形模块的总体结构及其与软件中其他部分的联系，然后介绍该 模块的主要功能及实现方法。 3 1 图形模块的总体结构设计 软件的程序整体是在v b 6 o 的集成环境下采用面向对象的编程方法开发的。为 实现图形模块的通用性，大部分图形程序被封装在一个a c t i v e x 组件中，与其他代 码进行脱离，这样通过对外接口与主程序交换信息，从而完成全部图形功能。a c t i v e x d l l 就是被编译为动态链接库( d l l ，d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) 而不是可执行文件的 a c t i v e x 控件，d l l 控件的功能只可以通过一个包含在d l l 中的类所创建的对象访 问。图形模块功能的实现需要人机交互界面和数据库的支持，其基本框架结构如图 3 1 所示。其中，主应用程序层包含于人机交互界面之中。 一 图形数据库 图3 1 图形建模模块基本框架结构 3 。1 1 主应用程序层设计 主应用程序是整个软件人机交互界面的主要部分，包括菜单、工具条以及绘图 区域，另外还包括图形系统的工具窗口、页面设置和页面预览等窗口。主应用程序 的作用是拦截用户操作中的各种事件和参数，在主程序的事件处理函数中调用图形 组件相应的接口属性或方法，完成指定的图形功能。 在主窗体中采用一个p i c t u r e b o x 控件作为绘图区域。坐标系统的原点在绘图区 l l 华北电力大学工程硕士学位论文 域的左上角，向右延伸定为x 轴正方向，向下延伸定为y 轴正方向，坐标的单位是 像素。将p i c t u r e b 0 x 控件赋给图形控件的图形区域属性，图形控件就可以在这个绘 图区域上根据用户的鼠标操作绘制图形了。p i c t u r e b o x 控件能够响应用户鼠标的 m o u s e d o w n 、m o u s e m o v e 、m o u s e u p 、单击、双击以及其他事件( 如键盘事件等) 。 控件接收到这些事件后，调用图形控件相应的事件处理程序完成对鼠标或键盘事件 的响应。 3 1 2 图形控件层设计 图形控件是具体完成绘图功能的组件。作为一个a c t i v 邑x 控件，它封装了其中 的全部代码，与外界程序脱离，主要通过接口属性和方法与主应用程序进行交互， 完成绘图功能。 图形控件的内部分为三个层次，最上层是对外接口层，也是整个组件的控制层， 由一个类模块构成。中间层是元件的集合层，是由各个元件集合的类模块构成的。 最底层是由各个元件的类模块构成的，其中存放了各类元件的基本数据。控件结构 如图3 2 所示。 图3 2 图形控件的内部结构 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 3 2 图形模块主要功能及实现方法 图形模块提供给用户简单实用的电力系统网络拓扑结构编辑、管理的工具和方 便快捷的图形操作手段，通过图形系统用户能够快速地完成配电网一次系统接线图 的绘制和修改，并实现人机交互的大部分操作。具体的编辑工具包括对图形的复制、 剪切、粘贴、删除、单个元件的移动及块移动等。所绘制的接线图可以记录下包括 起始坐标和终止坐标在内的图元的各种属性并存放在数据库里，自动形成网络内不 同元件之间的拓扑关系。另外模块提供多种显示方式与显示工具，使用户可以从图 上非常直观地查看各种运行方式下元件的运行状态、元件参数和计算结果等。图形 绘制完毕后，可以将其保存为图形文件，下次使用时重新调出，还可以对接线图及 元件参数进行再次修改和补充。 系统提供了图形模块与其他模块交互的接口，可以很方便地调用图形数据以供 故障计算及保护整定模块使用。 3 2 1 图形文件的生成、打开与保存 本系统能为用户提供配电网常用设备工具箱用于电气接线图的绘制，包括双绕 组变压器、三绕组变压器、母线、输电线线路、断路器、电容器、电动机等电力系 统常用设备的图元，绘图时只要选择正确的图元，就可以非常方便得绘制出各种电 气接线图，由计算机根据节点连接自动生成其网络拓扑图，并可以修改原有的接线 图。另外，工具箱中还包括外接系统图元，因为虽然外接系统在进行短路计算时可 作为一台等值发电机考虑，但它的具体属性和发电机还是有区别的。 该模块还为每种图元提供相应电气设备的参数输入窗体，在每绘制一个图元后 自动弹出，用户在绘制接线图的过程中可填入各元件的实际参数，用于故障计算和 整定计算，各元件的参数保存在设备参数数据库中。 用户在绘制电气接线图时首先要新建一个图形文件。在本系统中有两个数据库 备份文件，一个是系统参数数据库s y s t e m d b 的初始备份文件s y s d a t a b a s e ，在图形 程序中对系统参数进行显示和修改的操作，实际上就是对系统数据库文件中相应表 格的读写过程；另一个是图元参数数据库w b r k d b 的初始备份文件i n i t d a t a b a s e ，它 包含了所有的元件参数表和计算参数表，是生成新的图形数据库的文件模板。本系 统包含一个用户数据文件夹，用来保存用户绘制的电气接线图。当用户在主应用程 序的界面中调用“新建”功能时，系统要求用户输入一个新图形文件的名称，然后 程序就将i n i t d 她a b a s e 文件复制到用户数据子目录下，并将文件名称更改为用户指 定的名称，这个文件只包含数据库的结构而不包含任何数据。之后主程序利用这个 用户新创建的数据库备份文件对本机上的s q ls e n r e f 数据库进行还原，这样就为图 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 形模块的运行提供了相应的底层数据库平台。当用户绘制了一个接线图后对图形进 行保存时，程序将图形数据分类保存到数据库的各个表格中，然后再将这个含有图 形数据的数据库按原来的用户文件路径进行备份，覆盖掉原有的文件，这样一个最 终的用户文件就生成了。此时如果用户没有终止程序还可以继续绘制图形并保存， 每次保存都重复上述的过程。文件的“打开 过程与“新建类似，不同之处在于 打开一个已保存过的文件时，程序无需处理系统数据库目录下的初始文件，只需将 用户文件中的数据还原到本机数据库中即可。 3 2 2 元件添加与删除 用户在工具条中选取了某种图形元件，在图形区域中单击鼠标左键后，就完成 了图形元件的添加。在程序中，当用户在工具条中选取了某种图形元件后，就将该 元件的数字代号赋给图形控件的n e w c o m c l a s s 属性值。当单击鼠标时，在图形控件 的m o u s e d o w n 接口方法的处理程序中，则根据n e w c o m c l a s s 的值利用分支语句判 断出要增加的元件类型，调用相应元件类型集合对象的a d d n e w 方法，完成元件的 添加。在集合对象的a d d n e w 方法处理中，程序先生成一个元件对象，再将元件放 置的坐标和元件的初始放置方向保存到元件对象中，这样就完成了一个元件的添 加。 当删除一个元件时，用户首先应该选中一个元件，然后按删除按钮或键盘的 d e l e t e 键，就可以将元件删除。在程序中，当删除事件被触发后，就调用图形控件 的d e l e t e 接口方法。在d e l e t e 接口方法中程序调用各个元件集合对象的d e l e t e 方法 搜索集合内部被选中的元件，只要是元件的f o c u s 属性置为1 则表示此元件被选中， 然后程序利用集合类内部的d e l e t e 方法删除选中的元件，同时如果此元件在数据库 表格中有相应的数据记录则利用a d o 的命令将其删除。 3 2 3 元件的复制与粘贴 复制和粘贴的功能，可以使用户很容易的绘制若干个相似的元件。在元件复制 时元件的形状、位置和相应的参数被一同复制，这样就给绘制若干个相似元件的情 况提供了便利。在程序中为每一种元件设置了一个变量，用于装载被复制元件的副 本，变量类型是相应的集合类型。例如对于断路器类，程序设置了一个名为 m j r e a k e r c 0 p y 的变量，它的类型是相应的断路器集合类型。为了在复制元件位置 参数和形状时，连同元件的电气参数一同复制，在图形的数据库中为每一类元件建 立了一个装载元件参数副本的数据表格，其结构和相应元件的数据表格相同。 用户在所绘制的图形中选取了若干个图形元件后，系统调用当前图形中包含的 各个图形元件的集合类，搜索被选中的元件，并且找到所有被选中元件所构成区域 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 的左上角坐标( x ，y ) 。在各个集合对象对其所包含的元件进行搜索时，如果发现 有被选中的元件则以元件对象为参数调用集合对象的c o p y i n t o 接口方法，将这个对 象添加到元件副本集合中，同时这个函数还根据被复制元件的i d ，在数据库中找到 相应的元件参数记录，将该记录复制到元件参数副本的表格中，并且将此记录和元 件副本对象通过设置一个新的i d 相关联，这样就完成了复制的全过程。在这个过 程中，元件副本集合变量和相应的副本元件数据表格充当了剪贴板的作用。 当用户使用粘贴功能时，所复制的元件默认被粘贴到图形区域的左上角位置， 用户可以将其移动到适当的位置。粘贴的实现过程与复制类似，只是方向相反，数 据是从元件的副本集合流动到元件的集合中，其过程是调用各种元件的剪贴板对 象，对所包含的元件对象遍历一次，对遍历到的每一个元件，以这个元件对象为参 数，调用集合对象的p 嬲t e i n t o 接口，将元件剪贴板中的图元对象加入到集合交量中。 如果元件有参数则将元件副本表格中的数据复制到元件的数据表格中，并且建立元 件和对应的数据记录之间的唯一对应关系。 3 2 4 一次主接线图和各序网图的显示 在图形控件的图形属性中设有一个v i e w m o d e 属性，当被设置成不同的指定值 时会显示不同的图形模式，其中o 表示主接线图视图，l 表示正序图，2 表示零序 图。而在程序内部实现时只要由元件集合层根据v i e w m o d e 的值调用元件层中不同 的元件对象的显示接口即可。例如当v i e w m o d e = 0 时调用图元对象的s h o w i t 方法， 此时显示的是主接线图：当v i e w m o d e = l 时调用图元对象的s h o w p o s i v i e w 方法， 显示正序网图：当v i e w m o d e = 2 时则调用图元对象的s h o w z e r o v i e w 方法，显示零 序网图。所以通过对图形对象设置不同的图形显示接口，就可以实现不同的显示模 式。 在图形元件的各个图形方式显示的实现中，主要调用了大量关于p i c t u r e b o x 控 件的图形接口方法来实现图形的具体绘制，如l i n e 方法用于绘制各种线条和矩形； c i r c l e 方法用于绘制一个指定原点和半径的圆：s e t p i x e l s 用于在指定的位置显示一 个像素等。在图形的绘制接口中有一个v o l c o l 函数，其入口参数是该元件的电压等 级，返回值是一个长整型的颜色值，