（电力系统及其自动化专业论文）基于rtds的图形平台的研究与开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文针对实时数字仿真器( r t d s ) 接线图和监控数据被分离在不同界面的问题， 研究开发了一个类似于e m s 风格的图形平台，能够正确、实时地与r t d s 交换数 据，方便用户利用该图形界面对r t d s 仿真过程进行监视和控制。文章分析了系统 功能和实现方案。采用w i z c o n 作为图形平台界面，基于r t d sd n p 点映射文件自 动生成图形显示与控制数据库和图形平台变量，研究开发了图形界面实时显示 r t d s 输出数据以及r t d s 响应图形界面操作这两个关键技术。研究并实现了历史 数据保存和图形化显示、窗口操作等功能。首先用一个小电网模型对系统进行测试， 结果表明该系统达到设计要求；最后将系统应用于中国南方电网r t d s 仿真模型， 系统运行状况良好，具有实用价值。 关键词：实时数字仿真，图形平台，e m s a b s t r a c t r e a l t i m ed i g i t a ls i m u l a t o r sm o d e l i n gi n t e r f a c ea n dr u n n i n gi n t e r f a c ea r es e p a r a t e d t h e r e f o r e ，ag r a p h i cp l a t f o r ms i m i l a rt oe m ss t y l ei sd e v e l o p e di nt h i sp a p e r , w h i c hc a n e x c h a n g ed a t aw i t hr t d sc o r r e c t l ya n dr e a l t i m e l y u s e r c a l lm o n i t o ra n dc o n t r o lt h e s i m u l a t i o np r o c e s so fr t d se a s i l yw i t ht h eh e l po ft h ep l a t f o r m t h ef u n c t i o na n d i m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo ft h es y s t e ma r ea n a l y z e d w i z c o ni sa d o p t e da si n t e r f a c eo ft h e p l a t f o r m t h eg r a p h i cd i s p l a y , c o n t r o ld a t a b a s ea n dg r a p h i cp l a t f o r mv a r i a b l e sa r eg e n e r a t e d b a s e do nr t d s d n pp o i n t sm a p p i n gf i l e s t w ok e yt e c h n o l o g i e sa r ea c h i e v e d o u t p u td a t a o fr t d sc a nb ed i s p l a y e di ng r a p h i ci n t e r f a c er e a l t i m e l y f u r t h e r m o r e ，r t d sc 孤r e s p o n dt o u s e r so p e r a t i o no nt h ep l a t f o r m t h i sp a p e rs t u d i e sa n di m p l e m e n t st h es t o r a g eo fh i s t o r y d a t aa n dt h em e t h o do fh i s t o r yd a t ad i s p l a y e da sg r a p h i c s b e s i d e s ，t h ew i n d o wo p e r a t i o n f u n c t i o n sa r ea l s os t u d i e da n da c h i e v e di nt h i sp a p e r a tl a s t ，as m a l lp o w e rg r i dm o d e li s t e s t e df i r s t l y t h et e s t i n gr e s u l ts h o w st h a tt h es y s t e mm e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s a n d t h e nt h es y s t e mi su s e di nc h i n as o u t h e r np o w e rg r i d p r a c t i c es h o w st h a tt h es y s t e mr u n s w e l la n di th a sp r a c t i c a lv a l u e w ul i n g l i n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gd o n g y i n g k e yw o r d s ：r e a l - t i m ed i g i t a ls i m u l a t i o n ，g r a p h i cp l a t f o r m ，e m s i 舢9 删2舢2m e阳 m 1肌y 华北电力大学硕士学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 基于r t d s 的图形平台软件研发的背景和意义1 1 2 实时数字仿真器r t d s 系统介绍2 1 2 1r t d s 功能及应用2 1 2 2 硬件部分3 1 2 3 软件部分。4 1 3r t d s 图形界面的不足6 1 4 本文的主要工作7 第二章r t d s 图形平台的系统分析和实现方案8 2 1r t d s 图形平台的系统功能分析8 2 2r t d s 图形平台的实现方案。9 2 2 1 两种实现方法的比较分析9 2 2 2w iz c o n 在r t d s 图形平台中的应用技术1o 2 2 3 后台支持程序的功能和实现方案1 2 2 2 4r t d s 图形平台的软件结构1 4 2 2 5r t d s 中d n p 模型的建立。1 5 2 3 本章小结1 6 第三章配置工具的研究和开发17 3 1 配置工具的功能分析1 7 3 2r t d sd n p 点映射文件1 7 3 3 自动生成图形显示与控制数据库功能的实现1 8 3 3 1 相关的数据结构设计1 8 3 3 2 图形显示与控制数据库的生成流程1 9 3 3 3 图形显示与控制数据库编辑工具的实现2 l 3 4 自动生成图形平台变量功能的实现2 l 3 4 1 图形平台变量的数据结构设计2 1 3 4 2 图形平台变量的生成流程2 2 3 5 本章小结2 3 i i 华北电力大学硕士学位论文 第四章图形显示与控制主程序的研究和开发2 4 4 1 图形显示与控制主程序的功能分析2 4 4 2 图形显示与控制数据结构优化2 4 4 3 图形显示与控制功能的实现2 5 4 3 1 图形显示r t d s 输出数据的控制流程2 5 4 3 2r t d s 响应图形界面电网操作功能的实现2 7 4 4r t d s 图形平台的窗口操作功能的实现2 9 4 4 1 图形放大和缩小功能的实现。2 9 4 4 2 图形区域放大功能的实现3 0 4 4 3 窗口切换功能的实现3 0 4 5 潮流变量显示与隐藏功能的实现3 l 4 6 历史数据记录功能的实现3 2 4 6 1 历史数据结构的设计3 2 4 6 2 历史数据库的生成流程。3 2 4 7 本章小结。3 3 第五章历史数据分析工具的研究和开发3 5 5 i 历史数据分析工具的功能分析。3 5 5 2 历史数据分析工具的实现3 5 5 2 1 绘图变量和数据自定义功能的实现3 5 5 2 2 绘图颜色自定义功能的开发3 6 5 2 3 图形绘制功能的研究和开发3 7 5 3 本章小结。4 0 第六章r i d s 图形平台系统的应用4 1 6 1 系统测试4 l 6 2 系统应用。4 5 第七章结论4 7 7 1 研究成果。4 7 7 2 工作展望4 7 参考文献4 9 致谢5 1 在学期间发表论文和参加科研情况5 2 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 基于r t d s 的图形平台软件研发的背景和意义 电力系统仿真是研究电力系统电磁、机电暂态过程的重要手段，也是优化电力 系统规划、设计与运行、进行电力试验研究的重要工具。电力系统仿真根据不同的 依据有多种分类方法：1 ) 根据仿真所采用的数据来源不同，可分为在线仿真和离 线仿真；2 ) 根据仿真变量的不同，可分为频域仿真和时域仿真；3 ) 根据仿真模型 与实际系统物理量变化时间之间的比例关系，可分为实时仿真和非实时仿真。随着 我国电力系统建设的迅速发展，对仿真要求不断提高，原有的非实时仿真技术越来 越难以满足电力系统的需要，采用实时仿真工具对电力系统进行实时仿真已成为一 种趋势。尤其随着我国大容量、大机组、高电压等级、远距离输电和大电网互联等 技术的并生，以及大功率电力电子技术引入输电系统，高压直流技术和柔性交流输 电等原理及设备的形成，对电力系统的科研、规划、设计和运行、培训提出了更高 的要求。电力系统实时仿真正是解决上述问题的一个强有力的分析、研究工具，从 某种意义上而言，电力系统仿真的技术水平代表了电力系统科学研究水平幢引。 目前，数字仿真技术是实时仿真的发展方向。卢强院士在文献 4 中强调了实 时数字仿真技术在未来电力系统发展中的重要性。 r e a l t i m ed i g i t a ls i m u l a t o r ( r t d s 实时数字仿真器) 作为一种实时数字仿 真工具( 本章第2 节中有详细介绍) ，由于其建模周期短、灵活性强、频率特性范 围大、仿真结果比传统的稳定和精确，在国内得到越来越多的认可n 儿钉哺1 。 目前在中国南方电网公司仿真实验室中的r t d s 系统，已装设有2 4 个r a c k ，以 g p c 为主，该仿真系统具备对大型电网，特别是交直流并列运行大电网进行实时的、 系统级的仿真能力。r t d s 已成为大规模交直流并列电网仿真的有力引擎，易于开发 各类应用。当电网运行在灾害工况下，要求能够快速地进行仿真分析，提出应对方 案，r t d s 是有力工具。 但目前r t d s 的仿真虽为实时仿真，却属于离线模式的，未与电网的在线e m s 系统相连，无法自动跟踪电网的即时状态。为此，中国南方电网公司与我校合作立 项“南方电网灾害工况下的在线r t d s 仿真技术研究，共同研究将r t d s 应用于在 线仿真的方法，开发一套基于r t d s 仿真引擎的南方电网在线仿真与技术支持系统， 使r t d s 更好地为南方电网的生产和调度服务。 “南方电网灾害工况下的在线r t d s 仿真技术研究 主要分为两部分研究内容： ( 1 ) 研究r t d s 与在线e m s 系统的连接方法；( 2 ) 研究r t d s 仿真结果输出至外挂 l 华北电力大学硕士学位论文 图形显示平台的方法。本论文的研究及开发内容就是在此背景下确定的，主要负责 该课题中第二部分内容的研究。 1 2 实时数字仿真器r t d s 系统介绍 r t d s 就是一种实时的全数字电磁暂态电力系统模拟装置，是由加拿大马尼托巴 高压直流中心研制并生产的。它采用多c p u 并行处理技术，一个c p u 模拟一个电力 系统元器件，c p u 间的通讯，采用并行一串行一并行的方式哺1 。电力系统元件数的 增加通过增加处理器数目来实现，从而在系统容量很大时也能达到实时仿真的目 的。它可运行在5 0 u s 级的步长上实时仿真较大规模的电力系统，是目前世界上技 术最成熟、应用最广泛的实时数字仿真系统。r t d s 具有易于建模、不受系统规模 和复杂程度限制、不受故障严重程度和持续时间限制、配置灵活、可重复性强等特 点，为电力系统的设计、运行及研究提供了新的解决方案。 1 2 1 r t d s 功能及应用 从国内外文献来看，随着r t d s 的推广应用，其应用于电力系统的各种仿真和 测试越来越多。我国目前有多家单位引进了规模不等的r t d s 系统，其中有诸多电 力供应商和主要保护制造厂家如南瑞、国电南自、北京四方、许继等，还有一些高 等院校和电力科研及调度部门。实时数字仿真器r t d s 系统的主要功能包括以下几 个方面：电力系统实际装置闭环试验、电力系统研究、电力系统故障分析和操作员 培训等h 1 。 ( 1 ) 电力系统实际装置闭环实验 r t d s 输出的模拟信号，通过功率放大器放大后，输送给实际装置。实际装置的 控制信号再反送给r t d s 的元件模型。r t d s 可以用于h v d c 系统特性及其控制模型研 究阳1 ，t c s c 特性分析阳，v a r 控制器闭环测试m 1 ，同期装置3 以及各种继电保护装 黄闭环测试等。 ( 2 ) 电力系统研究 r t d s 仿真器可以用来对各种复杂电力系统进行实时暂态分析和计算，包括：暂 态过程中各种稳定性问题及交直流互联系统的相互影响、暂态过程中各种快速响应 装置的相互影响、交直流混合系统研究分析等n 3 钔。 ( 3 ) 电力系统故障分析 利用r t d s 可以将实际电网中发生的复杂故障在实验室中复现，研究故障后电网 的暂态过程，可以回放实际故障录波数据，分析保护动作情况，方便仿真实验以及 与实际故障状况对比n 5 6 1 。 ( 4 ) 操作员培训 2 华北电力大学硕士学位论文 r t d s 可以实时地反映电力系统特别是直流输电系统的运行状态及其动态特性。 利用r t d s 可以配置直流系统运行工作站，实现与直流系统现场完全一致的监视和 操作功能，从而达到对系统运行人员培训和考核的目的。 1 2 2 硬件部分 1 2 2 1r t d s 一般硬件结构 r t d s 硬件基于d s p 构造和先进的数字信号并行处理技术，包括计算机柜和工作 站微机两部分。其中工作站微机为上位机，既是人机接口，也是对下位机的控制设 备，通过微机可进行编程、控制和各种实时的操作。计算机柜基本组成单元称为 r a c k 。每个r a c k 在物理上独立，含有卡槽，用以安装不同功用的板卡。每个r a c k 主要由3 种功能卡组成：处理器卡3 p c 、t p c 或g p c 、工作站接口卡w i c ，层间通信 卡i r c 。每个r a c k 包含一块工作站接口卡w i f ，一块层间通信卡i r c ，若干块处理 器卡以及若干与处理器卡相连的i 0 接口卡。一个计算机柜可以装1 3 个r a c k ， 每个r a c k 可以独立使用，一套r t d s 装置可以包括几个或几十个r a c k ，不同的r a c k 相互连接可以组成较大规模的仿真器。r t d s 仿真器由工作站和一个或多个计算机柜 组成( 如图1 - 1 所示) ，工作站通过工作站接口卡w i f 和以太网与r a c k 通信，并控 制r a c k 的实时仿真运行。多个r a c k 之间的数据通信依靠层间通信卡i r c 和背板上 的总线来完成，所有通信都采用并行方式n 7 8 9 m o 埘1 。r a c k 的数量决定了仿真系统 的规模。 图1 - 1r t d s 系统基本硬件结构 通信 图卜1 为r t d s 的常规硬件结构，一般情况下，r t d s 硬件都按以上结构进行配 置。在此结构下，可以利用r t d s 进行各种仿真运算。 1 2 2 2r t d s 与外部设备通信 在本课题研究过程中，除利用r t d s 进行一般的建模仿真之外，还涉及到将r t d s 与图形平台通信，实现图形平台与r t d s 之间数据交换的问题。这就使得r t d s 硬件 结构与上述情况有所不同，需要增加r t d s 与外部设备通信的硬件模块。 3 华北电力大学硕士学位论文 当r t d s 需要与外部设备通信时，必须有一个或多个r a c k 上安装有g p c 处理器 卡，还要安装g t n e t 卡心射。 g t n e t 卡用于实现r t d s 与外部设备的实时通讯。根据软硬件配置的不同，g t n e t 卡可以用于传输i e c6 1 8 5 0g s e 二进制信息、传输i e c 6 1 8 5 0 - 9 - 2 采样数据( 系统 电压和电流值) 、回放p c 机上大容量c o m t r a d e 格式数据文件、实现d n p 通讯。 g t n e t 卡通过光纤将o p t i c a lp o r t l 端口和g p c 上的g t i o 端口连接( 如图i - 2 所示) ，进行数据交换。其他外部设备可以通过g t n e t 卡的o p t i c a lp o r t 2 端口环 形连接。g t n e t 卡与外部设备唯一连接通道是以太网接口，通过它连接到i o o b a s e - t x r j 4 5 集线器上。 e t h e r n e l w i t c h 1 2 3 软件部分 g p c 圜酒 外部设备 图卜2 外部设备与r t d s 通过g t n e t 卡通信 图形用户界面( r s c a d 软件包) 、电力和控制系统部件模型库及编译器是r t d s 仿真器最主要的两个软件口7 憎1 9 2 们乜。用户和r t d s 仿真系统间的所有互动都通过 r s c a d 图形用户界面软件来完成。r s c a d 通过以太网与工作站相连，在工作站上可 以通过r s c a d 对r t d s 完成各种操作。电力和控制系统部件模型库中拥有大量的经 过认证的系统元件模型，每个元件模型都有它的图形标号，使用时用鼠标拖入模型 界面中即可，极为方便。 r s c a d 是r t d s 提供的可以运行在通用计算机工作站上的友好的图形化用户界 面，是用户与r t d s 硬件联系的主要渠道。用户可以方便地搭建系统仿真模型，在 仿真中设置或修改系统参数，获取系统数据，对仿真结果进行分析。r s c a d 软件包 包含以下几种软件模块：文件管理系统( f il em a n a g e r ) 、系统图形建立模块 ( d r a f t ) 、运行控制模块( r u n t i m e ) 、数据处理分析模块( m u l t i p l o t ) ，其中系 统图形建立模块( d r a f t ) 中又包含输电线及电缆模块( t 1 i n e 及c a b l e ) “羽口1 ( 如 4 华北电力大学硕士学位论文 图1 - 3 所示) 图1 - 3r t d s 软件模块图 1 2 3 1 建模平台 图卜3 中，系统图形建立模块即为r t d s 的建模平台，供用户搭建需要仿真的 电力系统的接线图和输入相关参数。打开该模块后，屏幕右半边就是电力和控制系 统部件模型库，每一个电力系统元件和控制功能模块都有一个唯一的标识图标，这 些图标就储存在模型库内。屏幕的左半边就是图形建立区。用户搭建接线图时，可 以采用r t d s 预定义的元件模块，也可以采用用户自定义的模块，只需要通过选择 和复制模型库中的元件，并将它们用鼠标拖到图形建立区域，然后按照它们之间的 连接关系将它们互相连接起来。每个元件的参数都可通过各自弹出的参数设置对话 框来输入。系统接线图建立完成后，必须经过编译后才可以使用。编译时，系统 会对元件参数进行初步的查错，只有编译通过的接线图模型才可用于仿真运行 1 1 2 1 n 7 1 1 。1 1 9 儿1 2 。图卜4 为在r t d s 建模平台搭建的仿真接线图模型。 煞黧_ _ _ _ _ _ _ 嘲_ _ _ 嘲嘲 图1 - 4 在r t d s 建模平台搭建的接线图模型 5 华北电力大学硕士学位论文 1 2 3 2 运行平台 图卜3 中，运行控制模块即为r i d s 的运行平台，供用户监视某些状态变量的 仿真运算结果，并操作某些控制变量，从而控制仿真过程。执行仿真运行就是将编 译成功的任务从工作站下装到r i d s 上并启动r i d s 运行。用户可以生成一个或多个 操作控制台，每个控制台可以分别控制不同的仿真对象，在控制台上可生成一些仿 真仪表、波形记录仪及控制元件。仿真开始后，可以通过控制台实时地监视各仪表 显示的数值，以及波形记录仪记录的波形；还可以对控制元件( 如开关) 进行操作， 与仿真过程进行实时交互。同时运行模块也可用于分析和评价采集到的波形以及用 于准备可用于书面报告的波形图，所有的信号数据都可以在r u n t i m e 中测量和绘图， 以便监控整个系统n 2 3 7 m 叭1 9 2 0 m 。图卜5 为在r t d s 运行平台监控仿真过程的模 型。 利用r i d s 进行仿真试验时，需要先在r s c a d 建模平台上搭建好仿真模型，然 后在运行平台上放置好我们要监视的波形框和相关仪表，将计算机与r i d s 仿真机 连接好就可以进行仿真运算了。仿真模型显示在r s c a d 的建模平台，与模型对应的 仿真结果则全部清楚地显示在r u n t i m e 的波形框和仪表中。 鱼鼍。- 蠕移缓嬲翱嘲黝缀缀溯翻磁缀嬲黝嬲獭觎鞠隧黪嬲戮鞠霸黻鹅嘲黧黼鞭黼黼猢穗麓鞠疆缵数扫睁j 粤 e 辟0 t 宰f 材p 髓o ni o 口5 口a r ：q ，二5c 0 啊艇乳咏邓，l 3 一 e 目 ：已d 圈凸吕蕾叠套劾7 日oo 口! o 蕾 酬 雏 围00 圆 羚od ioo l 圃薯囊离喇 画 苎i 琶三三童圣苎虱 引垦雪 图卜5 在r t d s 运行平台监控仿真过程 1 3r i d s 图形界面的不足 综上所述，现有r i d s 系统的建模平台和运行平台分离： 6 画圜圜圄 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 建模平台，用于用户搭建电网模型，设置模型参数和连接关系，可以显示 为单线图或三相的接线图。建模后，需要切换到运行平台进行仿真计算。 ( 2 ) 运行平台，不显示接线图，由用户设置需要监视或控制的变量名，在启动 仿真后，可由用户调整控制量，并观察这些监视量的瞬时值变化曲线。 在仿真运行过程中，电网接线图与潮流数据、开关状态数据分别在两个不同的 界面上。当用户需要了解电网当前运行工况时，首先要将运行平台上放置的仪表、 波形记录仪等量测的变量在电网接线中找出来，确定接线图中各条线路的潮流、各 母线的电压，以及开关状态分别对应于运行平台中的哪个仪表。然后才能根据仿真 结果显示的数据、波形进行分析。若将r t d s 系统与e m s 系统相连，需要监控的变 量数量将非常庞大，用户很可能要花很长时间才能将各个测量仪表与量测变量对应 起来，不便于用户使用。 当电网模型很大，需要监视或控制过多的变量和曲线，用户不得不在运行界面 与模型显示界面之间频繁地切换，以将运算结果与图形元件一一对应。这种电网接 线与潮流数据显示分离的模式使r t d s 的方便性受到了极大地约束。 在实际工作中，用户习惯使用e m s 风格的图形界面进行电网的监视和控制，主 要特点如下： ( 1 ) 用单线图表示实际三相的接线图； ( 2 ) 需要监视的数据表达在接线图上。模拟量用有效值数据标注在相应设备附 近，或用棒图、饼图显示，开关量数据用不同状态或颜色的设备图形来表示； ( 3 ) 可通过点击单线图上的相应设备图形( 或文字) ，改变需要控制的数据。 这种电网接线与潮流数据显示在同一界面的模式方便直观，显然优于r t d s 。 为此，为r t d s 开发一种类似于e m s 风格的图形平台，并实现图形平台与r t d s 仿真器之间的交互功能( 包括：可显示潮流、动态曲线，可进行开关、变压器抽头、 电容器投切、负荷、发电机等设备的操作) ，是非常必要的。 1 4 本文的主要工作 本文针对r t d s 现有图形用户界面的不足，研究并开发了一个基于r t d s 的外挂 图形平台，主要工作有： ( 1 ) 从方便用户角度出发，进行系统分析和设计，明确该图形平台系统应具有 的各类功能，研究实现该图形平台系统的技术方案。 ( 2 ) 根据上述功能需求，研究并开发各模块的功能。 ( 3 ) 首先采用一个小电网模型对图形平台进行测试，然后将图形平台应用于中 国南方电网r t d s 仿真模型，验证平台的有效性。 7 华北电力大学硕士学位论文 第二章r t d s 图形平台的系统分析和实现方案 2 1r t d s 图形平台的系统功能分析 图形平台作为人机交互的一种手段，一方面要根据它所服务的对象，满足内部 复杂的功能，例如生成数据、处理计算过程等；另一方面还要提供一个良好的用户 界面，使用户能够通过一定的方式指挥和操作，从而使内部复杂的功能得到充分的 利用( 2 3 2 4 2 s o 本文开发的图形平台服务于r t d s ，针对r t d s 的弊端，目的是让用户通过该图 形平台可以直接在电网接线模型上直观地监视电网电压、有功、无功、及开关状态 等信息，并可以直接对电网元件进行操作，只需面对该图形平台界面，就可以掌握 电网的实时状态。并完全不需要再与r t d s 系统自身的图形界面进行交互。因此， 该图形平台应具有以下功能： ( 1 ) 提供绘图功能，能够编辑、绘制与r t d s 模型对应的电网接线图 能够绘制形象丰富的图元表示电力系统实际设备，如发电机、变压器、母 线等； 能够绘制具有连接关系的接线图，如系统电气地理接线图、厂站主接线图 等； 能够添加辅助显示信息，如文本框，用来标注图元的含义； 此外，还应提供灵活多变的操作功能，例如，单个图元的缩放、复制、颜 色定义等；多个图元的平移、对齐、组合、分解等。 ( 2 ) 能够作为r t d s 的输入输出图形界面，具有以下功能： 能够显示r t d s 的实时输出结果。在r t d s 仿真过程中，实时采集所有r t d s 输出的模拟量信息( 电压、功率) ，以及数字量信息( 开关、刀闸状态) ， 并以直观适当的方式输出到图形界面上。为满足实时性要求，图形画面应 能够在要求的时间限制内刷新一次，刷新时保证图形的清晰与稳定，信号 的明确与醒目。 夺能够在图形界面上接收用户的输入数据。可以进行断开或闭合开关刀闸、 调整电源及负荷功率、投切电容器等操作。通过在图形界面上单击或双击 某图元，就能对该图元所表示的电气设备进行操作，并将操作后的设备状 态数据送到r t d s ，使r t d s 能在新的参数下进行仿真模拟。 ( 3 ) 提供必要的数据维护工具 在图形平台与r t d s 进行数据交换的过程中，要保证数据传送的正确性，首先 8 华北电力大学硕士学位论文 要保证每一个r t d s 输出数据的变量名，在图形平台中都有唯一的变量名与它对应。 数据维护工具的作用就是统计并记录r t d s 输出数据的所有变量名，并自动生成能 够描述r t d s 与图形平台变量对应关系的数据库。 ( 4 ) 提供图形化的数据分析工具 以图形的方式显示数据是电力系统中常用的一种数据处理手段。将数量庞大的 数据根据要求以不同的图形显示，不仅直观、美观，更有利于人们挖掘数据中隐含 的规律或潜在的信息，提高人们处理数据的能力。在r t d s 仿真过程中，保存某些 时间段某些参数的全部历史数据，以曲线图、棒图等形式显示，有助于用户迅速及 时地了解电网在不同时间段的运行状况。 ( 5 ) 提供灵活的辅助操作功能，方便用户使用 能够放大或缩小当前显示的接线图，方便用户根据窗口大小调整图形大小，以 达到最佳的显示效果；能够在多个图形窗口之间进行切换，当有多个图形窗口需要 监控时，可以通过单击当前监控窗口中某一图元直接打开目的窗口，对目的窗口进 行监控；能够隐藏或显示当前窗口中的某些监视量，在相同的屏幕大小下，显示的 监视量越多，图形就越密集，不利于用户查看，可以将用户不关心的监视量隐藏起 来，只显示用户关心的监视量，使图形更加直观。 2 2r t d s 图形平台的实现方案 2 2 1 两种实现方法的比较分析 图形平台要实现本章第一节所分析的功能，首先要有一个图形界面，用来绘制 显示与r t d s 模型对应的电网接线图；其次要有后台支持程序，用来控制图形数据 在图形界面上的显示，响应图形界面的操作，完成图形平台与r t d s 的数据传递， 以及提供人机交互接口。 图形界面可以通过两种方式来实现：一是采用第三方具有绘图功能的软件作为 图形界面，我们只需要编写与该软件的接口程序，通过程序控制操作软件，实现我 们需要的某些功能；二是自己开发绘图软件，这种方式不需要再编写接口程序，可 以完全按照用户的需求来设计开发。第二种方式难度高、开发工作量大，要实现一 个灵活实用符合专业水平的绘图软件，必须具备丰富的编程经验。第一种方式灵活 度高、开发工作量小，并且第三方绘图软件一般都具有强大的绘图功能，采用人们 熟悉的用户界面，操作简便，能够满足用户需求，此外，第三方软件大多经过很长 时间的考验，技术比较成熟，利用它们进行二次开发能够提高整个系统的可靠性。 因此，本系统采用第一种方式，采用第三方软件w i z c o n 作为图形界面。 后台支持程序采用v c + + 6 0 开发。v c + + 6 0 是市场上应用非常广泛的一款真正 9 华北电力大学硕士学位论文 面向对象的编程语言，它集m i c r o s o f t 公司软件开发技术精华，特别是它提供了m f c 类库，很好地封装了w i n d o w sa p i 函数，充分利用类的继承性、封装性、多态性， 用户可方便地设计自己需要的类，同时它对内存、硬件的操作比较容易，因此本系 统采用v c + + 作为后台支持程序的开发工具。 2 2 2w i z c o n 在r t d s 图形平台中的应用技术 2 2 2 1w i z c o n 的功能 w i z c o n 是p cs o f t 公司开发的工控软件平台，已经在工控领域应用了十几年， 是一个成熟的软件平台。它提供了先进的绘图工具以及动画功能和控制部件，图形 界面上任何对象都可以随着现场实际参数的改变而改变状态乜6 m 7 m 8 m 9 l 。此外，它还 提供了标准的接口函数，开发者可以在它的基础上开发各种工业领域的高级应用 心5 1 。本系统就是利用这些接口函数，在w i z c o n 基础上进行二次开发。 采用w i z c o n 作为图形界面，首先要在计算机中安装w i z c o n 软件，建立w i z c o n 应用，在应用中创建图形窗口，在窗口中绘制与r t d s 模型对应的接线图。所有的 图形窗口都储存在应用中，通过应用对图形窗口进行统一管理。这些操作都由人工 在w i z c o n 平台上完成，不需要程序控制。w i z c o n 提供以下功能： ( 1 ) 变量定义功能 提供字符型、浮点型、数字型三类变量的定义功能，已定义的变量储存并显示 在w i z c o n 的标签列表中，由w i z c o n 应用统一管理。在w i z c o n 中，变量的作用是 控制图形界面，将变量与图形界面上的图元关联，使图元状态随着变量数值的改变 而改变。 ( 2 ) 图形编辑功能 提供多种图元模板，选择模板后就可以在绘图区域绘制对应形状的图元，设置 图元的属性( 参数、外形的改变、旋转、颜色等) 、图元的拷贝、粘贴、命名，图 元对齐、多个图元构成复合元件等，还可以将绘制好的代表某种电气设备的图元定 义为图库中的一个模板，以后绘制同种电气设备时只需打开图库调用该模板，定义 该模板的一个对象即可。 ( 3 ) 动态定义 在图形界面上的任何对象或对象组的状态均可以由变量来控制，随着变量的改 变，它所控制的对象或对象组的状态也会变换。在w i z c o n 中，可以应用以下动态 功能： 移动：可在x y 坐标空间内改变对象的位置； 比例尺：改变对象的大小； 旋转：使对象旋转； 1 0 华北电力大学硕士学位论文 填充：以特定的形状和颜色填充对象； 显示：显示或隐藏对象； 改变颜色：改变对象或对象边界的颜色； 改变填充模式：改变对象的填充模式； 闪烁：引起对象闪烁。 根据以上功能，为图形界面上的对象定义一个动态，并定义控制该动态的变量， 则对象就会随着变量的变化，按照定义的动态改变状态。 ( 4 ) 触发器定义 w i z c o n 提供一组用于触发某些操作过程的图形控制元素，叫做图形触发器，具 有以下功能： 立刻：当用户单击触发器对象时，执行“立即 所定义的操作，主要包括按 照预定的公式改变控点值( 如果定义了控点) 、执行有关的宏或切换图形区 域： 直接：允许用户手动改变控点值； 平滑：在一个特定的对话框中用滑标改变控点值； 按钮：弹出一个包含由用户定义的可执行各种功能的按钮式对话框； 位：包含两个预定义的按钮以改变一个数字量控点的值； 瞬时：在触发器对象被按下和松开时，按照预定义改变控点值。 根据以上功能，为图形界面上的对象定义一个触发器，当图形界面处于触发器 接通模式时，单击该对象，就能执行触发器所定义的操作。 ， ( 5 ) 图形显示与应用功能 图形界面有两种显示模式：编辑模式和触发器接通模式。只有当图形界面处于 编辑模式下时，才能进行图形绘制工作；当图形界面处于触发器接通模式下时，定 义的触发器才能生效，才能通过单击触发器对象执行指定的操作过程。 应用功能主要包括图形的缩放，浏览、图形的打印，整图或区域内图形的拷贝、 粘贴、删除，图形背景设置，层管理功能等。 2 2 2 2 基于w i z c o n 的r t d s 图形平台的界面制作方法 充分利用w i z c o n 提供的上述五种功能，可以满足r t d s 图形平台的绘图、图形 和数据显示、图形界面操作的功能需求。具体方法如下： ( 1 ) 利用图形编辑功能，绘制形象丰富的图元来表达电气设备和电网数据，在 此基础上绘制与r t d s 模型一致的系统电气地理接线图或厂站主接线图。 合理设计，规范布局，在绘图过程中遵循一定的绘图规则可以使图形更加美观、 直观，例如用颜色的不同来区分不同的电压等级，描述性文字采用统一的字体及大 小，同类电气设备采用类型、大小完全一致的图元来表示。 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 利用动态定义功能，实现图形与数据显示功能。图形界面利用显示画面色 彩变化或元件形式的不同来表示系统的不同状态。 开关设备采用填充矩形图元表示，通过填充不同的颜色表达开关的闭合、断开 状态。填充颜色通过为该图元定义“填充”动态来实现，定义一个数字型变量来控 制动态变化过程，当该变量值为1 时，填充红色，表示开关的闭合状态，当变量值 为o 时，填充绿色，表示开关的断开状态，而变量的数值通过后台支持程序从r t d s 获取对应的开关状态数据( 1 或o ) 来获得，通过不断地从r t d s 获取数据，并赋给 变量，就可以实现图形界面填充图元的动态刷新，实时地反映开关状态。 潮流数据采用数字型文本图元表示，并为该图元定义一个浮点型变量，数字型 文本图元可以显示该浮点型变量数值，通过后台支持程序不断地从r t d s 获取数据， 并赋给该浮点型变量，就可以实现图形界面数字型文本的动态刷新，实时地反映系 统潮流。 ( 3 ) 利用触发器定义功能，实现操作图形界面及电气设备。 为图形界面上的图元定义“立刻 触发器，并用一个字符串表达式描述该触发 器预定义的操作。在应用中定义一个触发监视变量( 字符型变量) ，用来储存描述 各触发器预定义操作的字符串表达式。当单击某触发器图元时，w i z c o n 就会自动将 描述该触发器预定义操作的字符串表达式赋给触发监视变量。在后台支持程序中不 断监视触发监视变量的值，若为空，则不执行任何操作，若有值，就会执行字符串 表达式所描述的操作。在本系统中： 如果是调整电网设备，定义调整电网设备操作的触发监视变量a c t t a g ，描 述操作的字符串表达式：设备图元对应的变量名称。 如果是切换窗口，定义切换窗口操作的触发监视变量a c t w i n t a g ，描述操作 的字符串表达式有三种形式： a ) l 窗口名称：打开窗口名称指定的窗口，并关闭当前窗口； b ) 2 窗口名称：打开窗口名称指定的窗口，但不关闭当前窗口； c ) 0 窗口名称：关闭窗口名称指定的窗口。 2 2 3 后台支持程序的功能和实现方案 从上节可以看出，基于w iz c o n 的图形界面本身只能作为一个显示平台，要实 现人机交互的功能，还需要后台程序的支持。本系统采用v c + + 开发后台支持程序， 主要实现以下功能： ( 1 ) 统计并读取r t d s 中需要与图形平台交换数据的所有变量，生成图形平台内 部数据库。 ( 2 ) 将r t d s 输出数据传送到图形平台实时数据库中。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 用实时数据库刷新w i z a o n 图形界面，动态显示电气设备和电气量状态。 ( 4 ) 响应w i z c o n 图形界面的操作。如果是状态调整( 开关操作、负荷和电源功 率调整等) ，将调整后设备状态数据保存到实时数据库；如果是窗口切换，则执行 切换操作。 ( 5 ) 将实时数据库中调整后的设备状态数据传送到r t d s 中。 ( 6 ) 完善人机交互功能，提供灵活的辅助操作功能。例如用户自定义图形界面 刷新频率，放大和缩小图形界面等。 ( 7 ) 提供图形化的数据分析工具。 经过以上分析，本系统将后台支持程序分为以下几部分： ( 1 ) 通信程序，主要负责图形平台实时数据库与r t d s 之间的数据传递( 功能2 、 5 ) 。通信程序基于d n p 3 0 通信规约，由v c + + 编制成动态链接库的形式，对外只提 供以下几个接口函数，如表2 - i 所示，由主程序调用。 表2 - i 通信程序对外接口函数 函数名功能传递参数及其说明 s e n d d a t a b i n a r y向r t d s 输入二 i n td n p d e s ，g t n e t d n p 编号 进制控制量数据 i n tm a r k ，读写标志( 1 为写数据，0 为读数据) i n td a t a n u m ，传递数据数目 、 i n t * p o i n t n u m 。传递数据的点号数组 i n t * b i n a r y d a t a ，与点号数组对应的数据数组 s e n d d a t a a n a l o g向r t d s 输入模 i n td n p d e s ，g t n e t d n p 编号 拟控制量数据 i n tm a r k ，读写标志( 1 为写数据，0 为读数据) i n td a t a n u m ，传递数据数目 i n t * p o i n t n u m 。传递数据的点号数组 d o u b l e * a n a l o g d a t a ，与点号