（电力系统及其自动化专业论文）基于多代理的发电厂保护整定管理系统的开发研究.pdf

a b s t r a c t t h ef 酗td e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y 伊d w t hd 印e n d so nt h ep o w e r s y s t e m m o r ea n di i l o r eh e a v i l y ，w h i c hb r i n g sf o r w a r dh i 曲e rr e q u e s tt 0s e c u r ea n dr e l i a b l e o p e r a t i o no f p o w e rp l a n t t h ep r o p e rs e tf 0 r 也ev a l u eo fr e l a yp r o t e c t i o ni np o w c r p l a n tr e l a t e st ow h e t l l e rt h er e l a yp r o t e c td e v i c ec a ns t a m l pp r o p e r l y ，s ot 1 1 e m a n a g e m e n tf o rc a l c u l a t i o no fr e l a yp r o t e c t i o ni st h ef o r e m o s tt a c h ei nt h ec o u r s eo f s e c u r i t ) ，m 锄a g e m e n t b u tt h e 仃a d i t i o n a lm a 曲a lc a l c u l a t i o nm o d ef o rr e l a ys e ti s t i m e c o n s u i i l i n ga n dt o i l m l ，a n de a s i l yn u e n c e db yn l i s s i o n 哪ss u b j e c d v ef a c t o r ，s o 也eu t i l i z a t i o no fc o i n p u t e rt e c h i l o l o g yt oi n c r e a s eo fe 伍c i e n c y 锄dv e r a c i 够f 0 r c a l c u l a t i o no f r e l a yp r o t e c t i o ni sn e c e s s a 阱 t h e 枷c l ei n t r o d l l c e st h em a s t h o u 曲ti n t ot h e 豫l a yp r o t e c t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ，u t i l i z e st h ec o o r d i n a t i o n 劬c t i o no fm a s ，b yt 1 1 ep r 叩e rd e s i 印o f d a t a s 仃e 觚la n dc o n t r o ls 仃e a m ，i n t e g r a _ t e sa l l 缸l c t i o na g e n tm o d u l e so 唱a n i c a u y e a c h a g e n th 嬲i t s0 w n u n a t t a c h e df h n c t i o n ，a l s os u p p o n se a c ho t h e rs m o o t h l y ，锄d1 1 1 1 i t e s t 0c o n s t r t l c taf a s t ，s e q u e n t i a l ，e 伍c i e n tn a t f 曲mf o rc a l c u l a 石o no f r e l a yp f o t c c 廿0 n b y c o n s 伽j c t i n gt h ed y n 锄i cm o d l l l ef o rc a l c u l a 缸o no fr e l a yp r o t e c t i o n ，i ts o l v e so u tt l l e p r o b l e m t h a ts o l i d i f i e dr e l a yp r o t e c tc a l c u l a t i o nf o m m l a sc 如tb ea d 印t e dt 0t h e r e n e w a lo f r e l a yp r o t c c t i o n ，蛆dr e a l i z e s 龇u n i v e r s a l i 妙f o rm 矗e r e n tp o w e r p l a n t s a n dd i 妇e r e n tp r o t e c t ( k v i c e s 1 h ec a l c u l a t i o n 趾dm 锄a g e l c n ti n f o 衄a t i o ns y s t e mi sd e v e l 叩e db y s u a l c + + 6 oc o m b i n e d 、) i ，i t hd 鼬a s ea c c e s s i ti n c l u d e st 1 1 es u b s y s t e mo fg r a p h ，t h e s u b s y s t e mo fs t o r a g e ，t h es u b s y s t e mo fs h o r tc 沁u i tc a l c u l 撕o n ，粕dt h es u b s y s t e mo f r e l a ys e tc a l c u l a t i o n & v e r i 母i n g t h ea p p h c a t i o no f s u a lc h ，w 恤c hh 嬲g r e a t a d v 观t a g eo ng i o 锄dm 锄- m a c h i n ei n t e m c t i o n ，m a k e st h es y s t e mc o n s i d e r a b l y n l 觚e u v e r i b l e t h cs u b s y s t e mo f g r 印hc 觚c 伽叩l e t e 叩c e - w i r i n gd i a g r 锄o fp o w e rp l 粕ts w i f t 锄dr i 曲n y ，w h i c hh e l p su s e 瑙h o l dt h et o p o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co ft h eo n c e _ w i r i n g d i a 伊a m ，p e 幅d 姗仃0 u b l e 锄a l y s i s ，f i n do u tt h es e r i a lm l m b e ro fd e v i c ew h i c hs h o u l d b ei nt h ec o n s i d e m t i o no f r e l a yp r o t e c tc a l c u l a t i o n ，锄dc o n s e q u e n t l yc a r 巧o u t 也e t a s ko fc a l c u l a t i o ns w i f i l y 矩df i 曲t l y b yb u i l d i n gd a t a b 嬲ed y n 锄i c a l l y t h e s u b s y s t e mo fs t o r a g ec 加s t o r ed a t an e a t l y 耽es u b s y s t e mt a k e sm er e l a t i o ni nf i l e ， g r 叩ha n dd a t d b a s ei n t oc o n s i d e m t i o n ，c o n s e q u e n t l ym a k e st h eo p e r a t i o no fd a t 2 l b a s e o r d e r l y ，e x c l u d e sm ep o s s i b m 眵o fr e d u n d a n td a t a ，锄de n s u r e st 1 1 es e c u r i 哆o f d a t a b a s e i m es u b s y s t e mo fs h o r tc i r c u i ta ( 1 0 p t sd f st os e a r c h ，u t i l i z e sp l a n a 卜f i n d i n g t e c h n o l o g y ，s o 嬲t 0e x 仃a c t 也et o p o l o g i c a li n f o 册a t i o ni nd a t a b a s e a r e rd e t a i l e d l y 粕a l y z i n gt l l ei oc h a r a c t e r i s t i co ft h es u b s y s t e mo fs h o r tc i r c u i t ，w ec o n s t i t u t em e c o 砌 1 l u t a t i v er e g u l a t i o nb e t 、7 l ，e e n 也es u b s y s t 锄m o d u l e 锄do t h e rm o d u l e s ，a n d i e a l i z et h es h o r tc i r c u i tc a l c u l a t i o no fm a x m n m o d ea n dm i n m n m o d e b 懿e d o n 也eh a m o n i o u si d e ao fg e n e r a l i z e dm a s ，i no r d e rt od e a lw i t ht h e d i v e r s i 哆o f p r o t e c t i o nd e v i c e ，a n d 也ev 撕e 妙o f u s e r sd e m a n d ，m es e t t i n gc a l c u l a t i o n m e t h o df 0 rb o t ht h es t a t i c 锄dt h ed y n a m i cm o d u l ei sp u tf o r w 盯d 1 1 1 i sm e t h o di s s u p p o n e dw i t hr e c u r s i v ea r i t h m e t i c ，a n di tm a k e si tp o s s i b l ef o rt h eu s e r st 0a p p e n d ， d e l e t e ，m o d i 匆r c l a yp r o t e c t i o nc a l c u l a t i o nf o 加u l a s ，s oi tc a nm e e t 也en e e do f r e f o 彻i n gf 0 rp r o t e c td e v i c e 1 定值校核 解 1i 模 释 块 一定值修正 功 v 能 数据库：网络结构 参数、保护装置参 数、短路计算参 数、推理结果 图1 1 基于推理机的程序结构和设计框图 它主要由知识库、数据库、推理机、整定计算和过程解释五大部分组成。知 识库用来存放整定规则和运行人员的经验知识。数据库是专家系统所需数据信息 的主要来源，它包括网络结构参数、保护配置参数、短路计算参数及整定推理的 结果。推理机是专家系统的核心部件，其主要任务是控制知识库模块、数据库模 块及整定计算模块的工作流程以完成保护装置的整定计算。整定计算任务由定值 计算、校核及修正三个子模块来完成，这三个子模块在推理机的控制下既独立运 作又相互紧密联系。过程解释功能是为了提高计算结果的透明度和可信度。由于， 保护整定计算需要考虑的运行方式很多，与一项整定计算相应的故障计算结果在 数量上是非常庞大的，并且整定过程中用到的整定规则和计算公式较多，需要解 释的内容比较庞大，因此实现起来比较困难。 1 2 2 面向对象的保护c a d 系统的研究 面向对象( o b j e c to r i e n t e dp r 0 铲撇i n g ，简称0 0 p ) 的方法和技术为新一 代大型工具c a d 系统的研究开发提供了强有力的手段，它的设计理念有别于传统 结构化方法，其独特的信息封装、对象类继承和多态性等优点，提高了软件的可 靠性、可重用性和可维护性。o o p 不仅是一种程序设计方法，更是一种分析、解 决问题的新方法，它不仅提供了从一般到特殊的演绎手段( 如类继承) ，且提供了 从特殊到一般的归纳形式( 如对象类的概念) ，在较高层次上模拟了人的思维方 式。 系统总体结构示意图1 2 第一章绪论 图1 - 2 系统总体结构示意图 保护整定计算c a d 系统能够获取保护网络对象( 支路、节点和继电器) 知 识。其计算任务可以分段分多次来整定完成，系统自动记录上次完成的工作。系 统能进行任意多个规模复杂网络保护定值的计算和管理，能处理4 段式、3 段式保 护定值的计算。用户能灵活地控制定值的计算决策对定值、整定资料及定值通知 单实现查看、编辑、打印功能。 1 2 3 继电保护整定配合专家系统 继电保护整定配合专家系统可以按一定的优劣次序提出多个校正的可行性 方案，用户可根据自己的条件选择最佳的校正措施。利用e s 帮助保护配合人员 确定整定配合方案将大大提高工作人员的工作效率。 e s 是一种基于知识的智能程序，系统中存储有能够使之在专家的水平上进 行问题求解的专门知识。一个保护配合方案由于配合的方法不同，会有不同的保 护效果。e s 对于解决继电保护配合的不确定性，帮助用户获得最佳的保护配合 方案非常适用。将专家系统应用于继电保护整定配合，能够避免人类专家所具有 的主观性，并且克服仅有精确推理的局限性，扩大了专家系统参与设计的能力及 范围。 1 2 4 基于m l s 网c ，s 结构的继电保护信息管理系统的设计与实现 该系统侧重于继电保护信息的管理，实现无纸化办公，本身并不具备整定 计算的功能。 模块结构和主菜单图见图1 3 ： 第一章绪论 继电保护信息管理系统 设备信息 管理 系统 原始资料 运行资料 检修资料 技改资料 试验资料 记录信息 管理 设备维护 检修管理 考试培训 安全活动 试验记录 其他数据 文件规程 管理 安全管理 培训管理 文件管理 试验报告 物品管理 民主管理 综合报表 输出 设备缺陷 保护动作 安全生产 设备泄露 设备评级 图1 3 基于m i s 网c s 结构的系统 基础数据 维护 线路单元 一次设备 二次设备 整定数值 人员登录 常用术语 文件类型 数据备份 该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服 务器体系结构。系统的应用程序具有多平台支持，投资小、可扩充性强、技术先 进、运行安全可靠等特点。 1 2 5 分层次继电保护动作及故障自动化管理系统 该系统包括五层：基础层、变电站管理层、通信层、调度层、专业管理层。 其主要的结构示意图如图1 4 图1 - 4 分层次继电保护动作及故障信息自动化管理系统结构 第一章绪论 1 ) 基础层：包括保护装置、故障录波装置以及其他自动装置等，这些装置 都具有串行通信接口或者采用网卡通过通信线路或数据线与变电站管理层计算 机相连。 2 ) 变电站管理层：采集现场二次设备的信息并进行处理、分析、分类，并 根据需要将有关信息传送到调度端。 3 ) 通信层：主要用于数据的传送及接收。 4 ) 调度层：具有强大的数据采集、处理、分析功能，能够在电网发生一次 系统事故时，快速地分析出故障点位置、故障类型、故障相别等，以辅助调度人 员在电网发生一次系统故障时能够快速地恢复正常供电方式。 5 ) 专业管理层：主要是为了继电保护专业人员服务，继电专业人员可以通 过该层与现场变电站层联系，能在调度端对现场二次设备进行测试，对保护设备 的定值可以进行查看、调用或修改等工作。 该系统是一个适时监视系统，大量运用了串行通讯数据采集技术，对电网 安全自动化管理有着重要的意义。 总之，以上几种继电保护管理系统分别侧重于整定过程解释、整定方案选 择以及数据采集功能，而且都适用于电网的保护整定管理，不能适用于具体电厂 的大型发电机组的保护整定。 目前，一般的发电厂继电保护定值计算和管理系统，保护的整定计算导则 都写在程序里面，用户不能对其进行修改，而且对具体设备保护的配置也是固定 的，由于设计理念过于程式化；用户的动态需求不能得到很好的满足，极大的限 制了它的应用能力。从控制系统的角度出发，一般的发电厂继电保护定值计算和 管理系统其控制参数和被控对象( 发电厂) 的运行状态无关，是一种开环控制系 统，各模块之间缺少协商解决问题的机制，如图1 5 所示。 图1 5 开环控制整定计算管理系统结构 新型的发电厂保护整定管理系统应该具备以下的特征：( 1 ) 完全符合电力系 一5 一 第一章绪论 统继电保护整定规程，结合发电厂的管理特点，仿真现有整定管理模式；( 2 ) 在 发电厂实际接线图形界面下，能够快速的进行该运行方式下的短路计算；( 3 ) 能 够快速地进行整定计算，及灵敏度校验，并以整定单的形式把整定结果呈现给用 户；( 4 ) 用户能够参与导则公式的设计，对保护进行维护，满足保护更新的需要； ( 5 ) 系统采用平台开发概念，使用户可以在本系统的基础上进一步开发更为丰富 的应用系统。该系统的设计成功对于提高电厂继电保护管理水平，保障电厂安全 生产运行具有重要的实际意义和实用价值。 1 3 本文所做工作 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，结合电厂继电保护定值整定的实际情况和特点，提出了开发一个基 于多代理的电厂继电保护整定的管理系统。系统的设计理念侧重于提高各代理模 块之间的通信协调能力，并且对于各代理模块的独立功能也进行了精心设计：采 用功能强大的图形平台，将发电厂设备进行分类处理，提高系统的扩展性和通用 性；动态构建数据表，进行模块化存储，达到合理利用空间，快速搜索的目的； 采用二维搜索技术确定拓扑结构，实现对不同运行方式的短路计算；针对保护配 置的多样性问题，提出保护整定计算静态和动态模型的处理办法，从而满足保护 配置更新的需要。因此，本文开展了以下几个方面的工作： ( 1 ) 基于s u a lc + + 环境开发具有通用性的图形平台，真实的反映电厂的 一次接线实况，使之具有较好的直观性。绘图功能包括，各类图元的添加，删除， 选中，多选，移动，复制，粘贴，使之符合w i n d o w s 系统用户的操作习惯。 ( 2 ) 综合考虑短路及整定计算所涉及到的参数、系数、拓扑结构信息，在 图形平台基础上，精心设计各类设备的数据库。运用m f c 编程，通过o d b c 接 口，实现对a c c e s s 数据库搜索、添加、修改、删除等操作。由于本系统对数据 库的要求较高，因此，数据库操作的各个逻辑环节，都进行了周密设计，以确保 不会出现干扰系统安全运行的冗余数据项。 ( 3 ) 在数据库的基础上，设计具有通用性的短路计算模块，该模块对数据 库采用深度优先搜索策略，应用了二维搜索技术，能够执行具体运行方式下的各 种类型的短路计算。 ( 4 ) 运用递归算法的思想，设计了保护整定动态模型，用户能够参与导则 公式的设计，对保护进行维护。开发简约大方的保护整定校验界面，有利于用户 快速、高效、准确地进行保护整定校验计算。设计符合工程实际要求的整定单。 一6 一 第二章保护整定管理系统总体设计 第二章保护整定管理系统总体设计 2 1 多代理系统简介 多代理系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，简称m a s ) 是包含若干个代理的复杂的处 理系统，各代理称为功能代理，或者子代理、子a g e n t 。多代理系统具有并行性、 智能性和柔性。各子代理的协调与协作是多代理系统的核心问题，代理问的通信 是实现多代理协调与协作的手段。将代理技术应用于工作流管理系统，可提高系 统的整体性能，保证系统的可靠性；将其应用于供应链管理系统，可在全局上实 现供需链系统的计划与调度；将其应用于动态联盟企业信息系统，可动态地进行 企业组织结构的调整，减少企业联盟所花费的时间和成本，将其应用于企业资源 计划及生产调度，可以通过协调各自的局部目标达到全局目标，将其应用于智能 多媒体远程教学系统，可以进行动态的教学策略调整，从而实现适应性学习和智 能化教学。 无论将多代理应用于哪个领域，各子代理功能模块都具有三个基本功能：1 ， 代表自己，表达自己的属性及诉求；2 ，推测别人，获得自己实现自身功能所需 要的信息；3 ，影响别人，为实现其他代理的功能提供相关数据信息支持。系统 各功能的实现，离不开各职能代理者之间的协调机制，各职能代理模块在创建的 过程中，既要形成各自的独立属性，又要表达彼此之间的交互属性1 。 2 2 基于多代理的保护整定管理系统的设计 发电厂继电保护的复杂性，使得构成其合适的数学模型，具有一定的难度， 常规的方式有很大的弊端。因此本文基于多代理系统，利用数据库及图形编程技 术，构造了具有各种代理功能的软件实体，通过特定的协商通讯机制，使各代理 功能模块彼此支持，共同完成整定计算管理任务。 在保护整定计算管理系统中，图形，短路计算，整定计算和灵敏度校检，各 功能都有其代理，结构上具有独立的模块属性。数据库是整个系统的基础，它的 数据结构定义了各代理之间的通信规则，因此，它是协调代理的实现。一个代理 职能的扩充，并不会影响其他代理本职功能的实现；同时，各代理之间通过协调 代理所制定的协调机制，进行通信协商。图形代理与用户直接交流，接收用户的 控制信息，电厂设备的原始参数都是通过图形代理来输入的。短路计算代理从数 据库中接收网络拓扑结构信息，和网络参数信息，以及用户发送的短路类型和短 第二章保护整定管理系统总体设计 路位置信息，实现其短路计算功能。整定计算和灵敏度校验代理从短路计算代理 方获得相关的短路计算结果，结合整定导则和灵敏度校验原则，实现整定值及相 应灵敏度的计算，并把结果存入数据库。整个多代理系统将各种具有不同功能的 代理结合起来，通过协调代理制定的协调控制机制对多个代理进行协作管理，共 同实现保护定值计算管理的功能。 可以邀请已经形成的功能模块参与到本多代理体系中。在本系统中，加入了 已有的通用短路计算程序。对于外来的代理，需要协调它与原体系中各代理间的 交互机制，在程序上体现为程序接口功能，在整个多代理系统中表现为中介的属 性。 2 3 保护整定管理系统的功能 整定计算管理系统，需要处理规模庞大的数据信息，从数据输入，过程控 制，到数据输出的流程是一个标准的加流程。在这个i o 流程中，各功能模块既 独立运作，又相互协调，共同实现全系统整定计算的目标。表2 1 是发电厂保护 整定系统要实现的基本功能。 表2 1 整定计算系统功能一览表 功能 。 功能描述 录入数据厂外数据录入录入系统归算到电厂的等值阻抗。 发厂内参数录入录入厂内运行方式、设备属性。 电 短路计算入口 从数据库中提取相关数据，形成短路计算需 r接口 要的输入文件。 保 出口 ， 从短路计算的输出文件中，提取需要用于整 护 定校核的短路计算数据。 整 短路计算电流值计算能计算任意短路方式下的支路电流值。 定 电压值计算能计算任意短路方式下的节点电压值。 管 导则维护更新导则库编辑、添加、删除整定、校验公式。 理 整定校核整定计算 根据整定导则，及具体保护装置的选取，进 系 行整定计算。 统 灵敏度校核根据定值计算的结果，计算出保护的灵敏 度，以判断定值设置是否合理。 基于多代理开发的整定计算和管理系统，更注重系统中各代理之间通信， 一8 一 第二章保护整定管理系统总体设计 协调的能力。各代理之间通过数据流的支持，和控制信息的有效传递，使得各方 需求的变化都能顺利的反馈给它的支持方，同时，支持方也会同步给出支持策略， 使得全系统的动态目标得到有效的实现。当系统运行方式发生变化、电厂拓扑结 构发生变化、设备参数发生变化或保护配置发生变化以后，系统整定计算的动态 目标仍然可以完成。 基于多代理的协调理念，把用户、图形模块、短路计算中介、短路计算功 能模块、整定计算模块、校核功能模块作为保护整定计算管理系统中需要协调考 虑的各方代理，以数据库为基础制定代理间的协调机制。其中，用户是整个多代 理系统中的驱动代理方，用户对系统的数据库进行维护，用户确定短路计算时的 短路点位置，及短路方式，用户选择设备的保护方式，及具体的保护装置。同时， 用户也根据其他代理返回的信息及时的作出数据及信息的调整。这些驱动条件满 足了多代理系统运作的原材料，及交易规则的需求。由于系统中人机界面的合理 设计，使得用户能很好的融合到多代理体系中，与其他的代理进行有效的沟通。 整个多代理系统的信息支持和控制流程图如图2 1 所示。 用户 1 r ，土4r 51 r 9 图 短 整 校 路 定 7 核 形 计 、 计 代 代 算 算 理 理 代 代 j 百 甜 理 理 l | 上2 3 6l 8 协调代理 j 1 1 0 2 整定值清单 据流匕= 制流一 图2 - 1 基于多代理的整定计算流程图 我们可以看到，基于多代理的整定计算流程图中，有多个反馈环节，使得各 代理之间，代理与用户之间实现有效的协商。流程图中数字标记，表示各代理之 间、代理与用户之间的通信，通信内容有两种：l ，数据流的传递：2 ，控制信息 的传递。 对照流程图中数字标记，解释流程图中各部分之间通信内容，如下： 第二章保护整定管理系统总体设计 ( 1 ) 用户运用绘图模块的功能，绘制电厂系统的一次接线图，绘图同时， 在图元的基础上设置每个设备的参数信息，以及与该设备相关的拓扑结构信息： 并且图形代理可以直观的向用户反映电厂的拓扑结构信息，及用户事先设置的参 数信息。用户与图形代理之间的信息控制与反馈是双向的，这种双向的通信机制 可以保证用户能够正确地绘图和输入数据。 ( 2 ) 图形代理把用户设置的参数信息和拓扑结构信息发送到数据库，实现 电厂信息的存储；数据库真实的记录了图形代理的图形特征，系统每次打开厂图 时，都由数据库来提供描述图形信息的数据。图形与数据库之间也是双向映射的 关系。 ( 3 ) 短路计算代理需要数据库为它提供用于短路计算的数据，而数据库需 要存储短路计算结果。双方之间通过特定的协调机制实现数据交互，使得双方既 能各取所需，又能支持对方的功能。在软件实体上表现为，短路程序从数据库中 搜索拓扑结构信息和参数信息，并把不同运行方式下的短路计算结果存入数据 库。通常，整定计算需要最大运行方式下的三相短路电流，而校核计算需要最小 运行方式下的两相短路电流，将之存入数据库。 ( 4 ) 用户向短路计算代理发送控制信息，这些控制信息包括系统运行方式， 短路类型信息，短路点位置信息，和求电压的节点编号以及求电流的支路编号信 息。 ( 5 ) 用户进行保护维护，选择保护方式，及相应保护装置的整定公式；用 户设置整定计算所需要的系数和保护装置参数。整定系数通常指整定可靠系数和 返回系数等，这些系数根据继电保护的经验，通常都取默认值，但是它也服从用 户的设置；而保护装置参数，通常包括互感器变比，继电器动作安匝等。计算控 制数据设置的过程中，人机交互界面会描述整定导则，解释整定公式中各系数和 参数的含义，并及时反馈相应计算控制得出的整定值，便于用户及时在理想的幅 度内矫正计算过程，使用户的计算控制科学合理。 ( 6 ) 整定计算代理从数据库中获得应用于整定计算的数据信息，通常包括 设备参数，最大运行方式下三相短路电流。 ( 7 ) 整定计算代理结合( 5 ) 中的控制和数据信息以及( 6 ) 中的数据信息 计算出保护的整定值，并将其传给校核代理。 ( 8 ) 校核代理从数据库中获得用于灵敏度校验的最小运行方式下两相短路 电流数据( 或者电压数据) 。 ( 9 ) 校核代理结合整定值和最小运行方式下两相短路电流( 或者电压) 数 据计算出该整定值对应的灵敏度，并把灵敏度反馈给用户，作为用户进一步调整 整定计算控制的依据。 第二章保护整定管理系统总体设计 ( 1 0 ) 从数据库提供整定值，和灵敏度等数据，以整定单的形式呈现给用户。 整定单包括单个设备的整定单，同类型设备的整定单，以及全部整定单。 2 4 系统设计的目标 通过对系统功能的分析，可以得出本系统设计的目标主要有三个：友好的人 机交互界面i 顺畅的数据流向，及有效的控制流。 2 4 1 人机交互界面的设计目标 人机交互界面( h u m a n c o m p m e ri n t e r f a c e ，简称h c i ) ，是系统面向用户的 部分。对于软件，h c i 通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统 交流。h c i 的设计要包含用户对系统的理解( 即心理模式) ，系统的设计，要以 人为本，尽可能的增加系统的用户友好性。 保护整定计算过程涉及到庞大的数据量，要考虑诸多的计算控制因素，这正 是人工手动计算时面临的难题。整定计算管理系统开发的目的，就是为了给用户 提供一个层次清晰的整定计算平台，帮助用户处理庞大的数据流，及控制流，使 整定计算能够有条不紊地高效进行，从而把用户从繁重地计算任务中解放出来。 因此保护整定计算管理系统的人机交互界面的设计，应该从人的角度出发，全力 地满足用户减轻任务量，易操作的需求。全系统的人机交互界面，具有以下几个 特点： 1 ) 信息记忆量最小，即人机界面设计要尽量减少用户的记忆负担，采用有 助于记忆的设计方案。人机交互界面中大量的采用列表框，把用户可能做出的选 择列举出来，用户只需点选即可；对于整定系数的设置，界面提供经整定专家认 可的默认值，用户只需确定即可。把握了这个原则，就能减少用户的记忆负担， 加快用户信息输入的速度。 2 ) 给出详细的帮助提示，帮助用户处理问题。保护整定计算管理系统中有 大量的解释说明信息，如整定原则说明，整定公式说明，参数含义说明；在计算 控制决策过程中，也提供了详细的指导，使用户能够做出正确的操作。 3 ) 使界面具有预见性和一致性。用户应能控制数据输入顺序并使操作明确， 采用与系统环境( 如w i n d o w s 操作系统) 一致风格的数据输入界面。同功能流程的 人机交互对话框，应尽可能的按照同一种风格进行设计，避免界面理解的多样化。 4 ) 提供反馈。要使用户能查看他们已输入的内容，并提示有效的输入回答 或数值范围。在计算出整定值之后，能及时反馈该整定值对应的灵敏度，从而为 用户正确校核整定值提供依据。 第二章保护整定管理系统总体设计 5 ) 防止误操作。界面搭建过程中，考虑了用户误操作的情况。用户明确的 执行确认之后，数据的改动，及决策的实施，才会生效。另外，由于数据库的覆 写，及决策流程的复原功能，使得用户可以通过重新执行正确操作来消除这些错 误。 总之，在系统界面设计中，秉持以人为本的原则，从用户的角度出发，使整 个系统应用更方便，操作更简单，过程更合理。 2 4 2 数据流的设计目标 面向数据流的设计是以需求分析阶段产生的数据流图为基础，按一定的步骤 映射成软件结构，因此又称结构化设计( s 仃u c t u r e dd e s i g n ，简称s d ) 。该方法由 美国i b m 公司l c o n s t a n t i n e 和e y o u r d o n 等人于1 9 7 4 年提出，与结构化分析( s a ) 衔接，构成了完整的结构化分析与设计技术，是目前使用最广泛的软件设计方法 之一。 要把数据流图( d a t af l o wd i a 擎锄，简称d f d ) 转化为软件结构，首先必须 研究d f d 的类型。各种软件系统，不论d f d 如何庞大和复杂，一般可分为变换 型和事务型。在整定计算管理系统软件的设计中，采用变换型数据流图。变换型 的d f d 是由输入、变换和输出组成，如图2 - 2 物理输 逻辑输入逻辑竽出 物理输出 、上_ 蝴悯 ) 卞州一- f i 输入流交换中心 输出流 图2 2 变换型d f d 结构图 变换型数据处理的工作过程一般分为三步：取得数据、变换数据和给出数据， 这三步体现了变换型d f d 的基本思想。变换是系统的主加工，变换输入端的数 据流为系统的逻辑输入，输出端为逻辑输出。 在发电厂保护整定管理系统中，涉及到庞大的数据流，其变换型d f d 结构 图也相对比较复杂。在该d f d 结构图中，用户通过人机交互对话框录入的数据 是输入流，它被储存在a c c e s s 数据库中，最终获得的整定单中的数据是输出流。 第二章保护整定管理系统总体设计 在这个数据交换的过程中，交换中心的执行者包括短路计算接口，短路计算模块， 整定及校核模块。 图元是数据流输入的基础，用户在图元的基础上输入该图元对应的设备属性 参数，储存在a c c e s s 数据库里，同时，在整定校核中，用户也是对照具体的图 元来执行整定计算工作的；a c c e s s 数据库是短路计算，及整定计算的数据来源。 因此图元与数据库的合理设计，是变换型d f d 结构的基础和重点。作为数据交 换中心成员之一的短路计算接口，它在整个数据流转换过程中，承担了很大一部 分的交换任务，它是沟通数据库与短路计算模块的桥梁。短路计算模块在用户控 制流的作用下，依据输入文件进行计算，生成短路计算结果文件，这个过程的数 据交换，涉及规模庞大的短路计算过程，数据得到进一步的交换。短路计算接口 对短路计算结果文件进行信息提取，获得需要的支路电流和节点电压数据，提供 给整定计算模块和校核模块。在整定计算模块和校核模块的进一步数据交换下， 得到整定值和校核结果，存入数据库，用户可以通过整定单来查询数据库中的整 定结果。 通过对保护整定管理系统进行变换型d f d 分析，按照一定的步骤映射成软 件结构，从而使得软件的结构化设计可行，且满足要求。 2 4 3 控制流的设计目标 本系统的功能主要是计算整定值，短路值。用户对整定计算进行的控制包括 保护方式及整定公式的选取，对短路计算进行的控制包括输入文件的选取，计算 功能的选取( 本系统中多采用母线短路故障计算) ，短路点及故障类型的选取， 计算结果输出项的选取。控制流的合理与否，决定了计算意向能否获得有效地表 达，以及对数据流能否进行有效地转换。因此，控制流的设计在全系统的设计任 务中，占相当重要的地位。而控制流是在人机交互界面中，通过用户的点选操作 来实现的。鉴于控制流受人为因素的影响较大，因此，系统在计算控制方面应着 重考虑了以下两个方面： 通过菜单，明确的列举出设备备选的保护方式及保护装置，并一一给出整定 导则说明，对整定公式及公式中涉及的系数，参数进行详细说明，使用户在计算 的过程中，明白自己各种不同控制将产生的后果，从而不会做出错误的计算控制。 在短路计算模块的使用中，涉及到关键的短路计算控制，人机交互界面在计 算控制的各步骤给用户以过程指导，保证用户能轻松地完成短路计算控制任务。 第二章保护整定管理系统总体设计 2 5 系统结构解析 上面论述的是关于全系统设计的几个最基本的问题解决的方法，其实针对 个具体问题，即发电厂保护整定管理系统的研究与开发，实际又是一个工程设计 实现的问题。所以，为了解决这个问题，就需要许多辅助性但又不可缺少的功能 模块，针对各功能模块又分别设计子系统。系统的功能能模块按照用户可见，与 不可见来分，可分为显性功能模块和隐性功能模块。无论是在绘制发电厂一次接 线图，录入数据，短路计算控制，还是整定值计算校核的过程，都是通过人机交 互方式完成的，它们是保护整定管理系统中的显性模块。而短路计算接口是连接 短路计算模块与存储及其他计算模块的桥梁，它属于隐性辅助模块。绘图模块把 所有的图形信息都存储在文档里，它所用的数据自成体系，因此可以作为子系统 单独考虑。而短路计算接口是完全依照短路计算的需要来设计的，它属于短路计 算模块的辅助性模块，可以和短路计算模块划为一个子系统进行统一考虑。因此， 在程序设计上，把发电厂保护整定管理系统分为绘图子系统、存储子系统、短路 计算子系统，及保护整定校核子系统，分别作为此后四章的论述主题。 第三章绘图子系统 第三章绘图子系统 发电厂保护整定计算过程中，涉及到大量的数据信息，如设备参数信息，设 备状态信息，网络拓扑结构信息。这些信息的有效存储离不开图形平台的支持， 否则，数据始终是枯燥的数据，不能直观的传达给用户。并且，短路、整定、校 验等计算过程都是对照接线图中的设备进行的，因此在多代理体系中，图形代理 不仅仅要具备独立的图形处理功能，而且能通过协调代理与其他代理进行通信交 互，对其他代理的功能提供支持。因此，图形代理是实现本整定管理系统的重要 基础。 3 1 绘图子系统的技术指标 绘图子系统与其它绘图软件所实现的功能类似，只是它主要针对发电厂设计 的，所以，必须能够迅速准确的绘制发电厂一次接线图。本绘图软件具备常用绘 图软件的基本功能，如图形的缩放、移动、旋转、颜色设置、复制，完全符合 w 缸d o w s 用户的绘图习惯。 绘图子系统用于辅助发电厂工作人员对电气设备的接线方式、运行状态进行 绘制，从而宏观把握全系统的拓扑结构，有利于进行故障分析，可以方便地找到 需要进行保护整定计算的电气设备的编号，从而快速、准确的执行保护整定的任 务。 根据第二章对保护整定管理系统中绘图子系统的设计要求，以及保护整定管 理系统的特点可以对该子系统的主要功能总结如下： 1 ) 以图元方式绘制发电厂一次接线图。为每类一次设备设计一个图元，以 图元的方式将变发电厂的接线图反映到界面上。 2 ) 直观反应设备属性。当用户对设备属性进行修改时，对应的图元也做相 应的改变，如一般设备的颜色根据电压等级设置的不同而不同 3 ) 实现图形的缩放、移动、旋转、复制等功能。 4 ) 动态反映发电厂各个开关设备状态。开关设备主要是指断路器和隔离开 关，它是表示发电厂网络拓扑结构变化的主要依据。 5 ) 短路计算与绘图菜单的闭锁。在发电厂接线图完成以后方可启动短路计 算功能，否则整定计算的任务可能出现混乱，甚至出现难以察觉的错误，所以菜 单间的闭锁关系一定要合理设计。 鉴于绘图子系统的功能要求和v c 在界面方面的强大功能，本文以v c 作为 第三章绘图子系统 主程序开发工具，完成绘图子系统的实现，并且，利用m f c 提供的程序框架做 基础，构建发电厂保护整定管理系统的主框架，然后与其它模块进行结合，形成 一个有机的整体。 3 2 绘图功能的实现 发电厂保护整定管理系统的具有通用性的特点，即对所有发电厂都适用，而 且该保护整定管理系统是基于发电厂接线图的，很多操作和运行结果都直观地反 应到接线图上，所以，该保护整定管理系统首先要能提供一个绘图平台，通过这 个平台，用户能够根据系统一次接线图纸，绘制不同电厂的接线图。 由于电力接线网络模型的复杂性以及实际的可视化要求，发电厂保护整定管 理系统采用完全的面向对象技术设计了电力网络模型建模工具。各种短路计算及 整定校核的任务都建立在图形基础上。 本文以s u a lc h6 0 为开发工具，利用面向对象技术，将绘图元素对象化， 这样有利于修改和设置设备的属性。经过比较总结各类绘图方式和发电厂设备的 特点，本文以“图元”方式实现绘图功能，按照国标，为每类设备分别设计图元。 这种以“图元”作为绘图基本单位的设计方法简化了绘图方法，减轻了工作人员 的绘图工作量，也使代码的设计变得更为可行州。 3 2 1 图元的设计方式 3 2 1 1 图元的选择依据 图元即图形元素，每类电气设备都对应有图元。发电厂的主要电气设备可以 通过图3 1 表示出来，这是图形元素设计的基础。 图3 1 发电厂主要电气设备 第三章绘图子系统 为了使程序具有优良的扩展性，本系统在设计过程中，首先自定义一个绘图 基类c d m w e l e m e n t ，其它设备类均继承自该类，每个类对应一个图元。在设计 c d r a w e l e m e n t 类时，以设备图形信息作为主要信息进行封装；设备的电气属性 也会影响到图形属性，所以c d r a w e l e m e n t 类中包含一些控制变量，用来反应相 关电气属性的变化。在设计图元时，考虑到在短路计算及整定计算更多地倾向于 各种运行方式下网络拓扑结构特征，因此，为了最大程度的简化图形信息，并不 提倡在图形上显示接地装置，接地开关，电容器及短路器，仅在数据库中显示其 必要信息，但是为了满足用