（电力系统及其自动化专业论文）基于面向方面技术的发电厂保护整定管理系统的开发.pdf

a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , t h es c a l eo fp o w e rg i r d a n dt h ev o l u n mo fu n i tc a p a c i t ye x t e n dc o m i n u a l l y t h eq u a n t i t ya n dd i f f i c u l t yf o r r e l a yp r o t e c t i o nt m m g e m e n ti n c r e a s e sg r a d u a l l y s o i ti s f e a s i b l ea n dn e c e s s a r yt o d e v e l o par e l a yp r o t e c t i o nm a n a g e m e r as y s t e m , w h i c hi si na c c o r d a n c ew i t ht h et i m e d e v e l o p m e n t t h es y s t e m c a nr e d u c el a b o u r i n t e n s i t yo ft h er e h yp r o t e c t i o n w o r k e r s ，d e c r e a s i n gt h ep e r c e n t a g eo fp r o t e c t i o nd e v i c e sf a l s ea c t i o na n dh e l p f u lt o e n h a n c et h ee f f i c i e n c ya n dv a l i d i t yo f r e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gc a l c u l a t i o n i no r d e rt od e v e l o par e h yp r o t e c t i o nr m m g e m e n ts y s t e mi np o w e rp l a n t , t h i s p a p e rp r e s e n t saf r a m e w o r ku s i n ga o pt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o ma n d c o n n e c t i o n , t h es y s t e mi sd i v i d e di n t ot w og r o u p sb ya o pt e c h n o l o g y - - - g e n e r a l c o n c e ma n dc r o s s c u t t i n gc o n c e r l lg e r m a lc o n c c me n h a n c et h e i n d 印e n d e n c yo f f u n c t i o m lm o d u l e sa n dc r o s s c u t t i n gc o n c e r n e n h a n c et h e r e l a t i o n s h i pa m o n g f u m t i o m lm o d u l e s t b es y s t e mi sg o o df u n c t i o m la n de x p a n s i bi l i t yb yu s i n ga o p t e c h n o b g y t l l i sp a p e rp m p o s e sh y b r i dp r o g r a m m i n gt e c h n o l o g yt or e a l i z et h ec o i t i o no f c + + h n g u a g ew i t hf o r t r a nl a n g u a g e c + + h n g u a g eh a st h ea d v a e n t a g eo f b u i l d i n gg o o dh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o ni n t e r f a c e b p ap r o g r a mw h i c hi sw r i t i n gb y f o r t r a nc a np r o v i d ea c c u r a t ep o w e ra 0 wa n df a u l tc a l c u h t i 0 1 1 i nt h ep r o c e s so f d e s i g na n dd e v e l o p i n g , b p ap r o g r a mi su s e di nc + + l a n g u a g eb yh y b r i d p m g r a m m i n g t 地m e t h o dc a nt a k ea d v a n t a g eo f b o t hh n g u a g e sa n da v o i d u n n e c e s s a r yr e p e a t e dd e v e l o p m e n te f f i c i e n t l y f u r t h e rn d r e i ti sr i o to n l yh e l p f u lt o a c c o m p l i s h t h em i s s i o n b u ta l s oi n d i c a t e st h ed i r e c t i o n o f f u n c t i o n e x p a n d i n g t 脑p a p e rp r o p o s e su s i n ga d a p t i v ea l g o r i t h mt os a t i s f yn e t w o r kt o p o l o g f s r e a l - t i m eu p d a t i n g t h eo b j e c t i v eo ft h i ss y s t e mi st od e v e l o pau n i v e r s a lr e h y p r o t e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi np o w e rp l a n t b u tn e t w o r kt o p o l o g i e sa r ed i f f e r e n ti n d i f f e r e n tp o w e rp h n t s o n ep o w e rp l a t aa l s oh a v ed i f f e r e mn e t w o r kt o p o l o g i e si n d i f f e r e n tr u n n i n gs t a t u s e s t os o l v eq u e s t i o n sa b o v e ，t h es y s t e mu s e s a d a p t i v e a l g o r i t h mt or e a l i z en e t w o r kt o p o l o g y su p d a t ei nt i m eb yt r a c i n gd a t ai n f o r r m t i o n t l 也m e t h o ds a t i s f yt h en e e do fr e l a yp r o t e c t i o na n de n h a n c et h eu n i v e r s a l i t yo ft h e s y s t e m t b es y s t e md e s i g n s g e n e r a lf i x e dv a l u ec a l c u l a t i o ns y s t e ma n dn e wr e h y p r o t e c t i o nr e c o r d i n gs y s t e mi np r o t e c t i o ns e t t i n gp a r t t om e e tt h ed e m a n do f u n i v e r s a l i t y f i x e dv a l u ec a l c u l a t i o ns y s t e mi sf o rc o m m e nr e l a yp r o t e c t i o ni np o w e r p l a n t i t c a nr e d u c et h ew o r kf o rr e l a yp r o t e c t i o ne f f e c t l y n e wr e l a yp r o t e c t i o n r e c o r d i n gs y s t e mi sf o rt h eu p d a t ao f n e wr e l a yp r o t e c t i o n , a n di tm a k e s i tp o s s i b l ef o r t h eu s e r st oa p p e n d ，d e l e t e ，m o d i f yr e h yp r o t e c t i o nc a l c u l a t i o nf o r m u l a s ，s oi tc a n r e a l i z et h ef u n c t i o ne x p a n s i b i l i t y k e yw o r d s r e h y p r o t e c t i o n , p o w e rp h n t , a o p , a d a p t i v ea l g o r i t h m , h y b r i d p r o g r a m m i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，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，也不包含为获得墨盗盘堂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。 靴：互一学蚴。年 学位论文版权使用授权书 石月2 日 本学位沦文作者完全了解苤盗盘鲎 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁盗叁堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阋和借阅。同意学校 向幽家有关部f j 或机构送交纶文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：2 口留年 卫咩 月2 日 导师签名： , 答- 7 - 日期：力廿年月 2 ，日 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论弟一早硒比 国内外的无数实例证明继电保护是保障电力系统安全、经济运行和提供良好 电能质量的重要措施之一。继电保护装置能迅速将故障部分切除，以保证电力系 统稳定运行，并最大限度地使电力系统的非故障部分继续可靠地供电；同时，继 电保护的任何不正确的动作都将造成事故，甚至扩大事故。因此合理配置与正确 使用继电保护装置，是保障电力系统安全运行的重要条件。从电力系统安全运行 的角度出发，电力系统对继电保护装置提出了严格的四性要求，即选择性、速动 性、灵敏性、可靠性。故障分析是整定计算的基础，继电保护的选择性、速动性、 灵敏性也依赖于整定值的准确、可靠。因此电力系统中的故障分析和继电保护定 值的整定计算工作直接关系到电力系统运行的安全，做好这项工作是电力系统安 全运行的必要条件。 随着国民经济的持续快速发展，发电厂电机容量大幅提高，电网结构错综复 杂，各类负荷广泛投入，原有的故障计算软件往往只是继电保护整定计算管理软 件的一个模块，在计算时一般只针对一些简单故障；并且，一般的故障计算软件 大多是基于电网的特点进行开发的，难以适应发电厂保护整定计算的需求。所以， 一种新型的，面向发电厂的继电保护整定计算软件迫待开发，以满足故障计算的 规模、速度和精度。 近年来，故障分析计算软件除了计算功能以外，良好的操作性，人性化的人 机交互以及通用扩展性也越来越受到关注。传统的计算软件大都基于d o s 环境 下运行，缺乏友好的人机交互界面，难以与其他分析功能集成。在计算时，需要 手动切换故障类型，不具备批处理能力，导致工作效率低下。此外，故障计算软 件的应用还处于单机运行层面上，未能融入计算机网络环境中进行数据共享，影 响了各用户之间的协调，不利于管理和维护。 因此规范电厂的故障分析及继电保护整定计算，开发图形化的发电厂故障分 析和继电保护整定计算平台，对于实现设备保护定值的快速准确计算，加强设备 继电保护定值的管理，减少继电保护事故的发生具有深刻的意义，可以大大降低 保护整定人员的工作量，提高工作质量和工作效率，提高保护整定工作的自动化 水平和管理水平憎1 1 。 平台该满足以下特性： 1 通用性：能适用于各发电厂，便于推广应用。 第一章绪论 2 操作简单：人机界面友好，符合w i n d o w s 系统的操作习惯，一般发电厂继 电保护整定人员经短暂培训即可熟练操作。 3 开放性：采用开放式的通用数据库系统，可以方便地与其他应用系统进行 数据共享：开放式的定值单管理，不仅能管理通过系统整定出的定值单，也能管 理不通过整定计算的定值单。 4 发展性：由于各电厂所配置的保护是不断发展的，因此该平台应具有相应 的可发展性。 5 扩展性：为程序功能的扩展提供接口。 1 2 发电厂继电保护整定计算 1 2 1 发电厂继电保护整定计算的特点 目前，发电厂继电保护整定计算有如下特剧。7 咧： ( 1 ) 定值计算的多样性。电厂系统结构比较复杂，一般有多个变电站、多 台机组和不同电压等级的厂用电系统。保护的配置多样化，有最先进的微机保护， 有晶体管和集成电路保护，有传统的电磁式g l 、d l 和b c h 型保护，由于保护 形式的多样化，造成保护定值整定原则的复杂性和多样性。 ( 2 ) 保护整定计算工作量大、人员素质要求高，且一般电厂未安排继电保 护整定计算的专门人员。按照要求，设备保护定值需每年计算一次，以确保其准 确性。按照传统手工计算的方法，计算工作量大，需要的时间长，同时由于计算 人员主观因素对保护定值整定计算的影响，有可能造成保护定值计算的方法不合 理、定值结果不准确，进而影响保护的正确动作。 ( 3 ) 运行方式变化大，对定值的配合要求更高。近年来电厂调峰任务进一 步加剧，造车机组和厂用系统开、停次数增多，特别是在运行方式变化后，保护 定值计算中灵敏度校核就显得尤为重要。另外，每年系统归算到电场的等值阻抗 都在变化，对电厂系统短路电流的影响较大，因此每年必须对站内设备进行短路 容量校核，以确保开关等重要设备能满足短路容量的要求。 ( 4 ) 继电保护定值的正确性直接影响电厂设备的安全。多年来电厂继电保 护装置正确动作率比较高，但也发生过由于定值整定的不正确造成保护误动作的 现象。如区外故障造成变压器零序保护误动，失磁保护由于计算的不准确而误动， 厂用零序保护、过流保护以及起备变差动保护等误动作，严重影响了机组负荷。 ( 5 ) 保护更新对定值整定要求更高。电厂每年都有不同工程的改造，保护 设备改造和换型，由于保护原理不同，继电保护定值就必须重新整定。 第一章绪论 1 2 2 发电厂继电保护整定计算的工作现状 目前发电厂继电保护整定计算主要通过人工手算进行故障分析和保护整定 的，这是因为一方面，在电网保护逐步发展成熟的同时，发电厂保护在原理，配 置等方面还有很多不成熟的地方；另一方面，发电厂保护的整定必然需要用户的 实践知识和经验以及对一些特殊情况分析的独特见解，这是开发人员很难在应用 程序中实现的。由于以上两点原因，从一定程度上阻碍了发电厂继电保护整定计 算软件的开发。 可是人工手算进行故障分析和保护整定，也存在相当的局限性，体现在： ( 1 ) 工作计算量大，所需时间长，在系统结构发生变化时，尤为明显。 ( 2 ) 不同工作人员在进行故障分析时，由于采用的方法不同、精度不同、 忽略不同的因素，造成计算结果的差异，从而增加保护校验工作的计算量。 1 3 面向方面与混合编程技术 1 3 1 面向方面技术在电力系统中的应用 随着计算机硬件的快速发展，软件也在逐步扩大化的复杂化。当前，很多软 件项目都是采用面向对象编程技术( o b j e c t - - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，简称o o p ) 进 行开发的。o o p 最大的优点，是将系统需求分析中的实体很好地与软件开发中 的对象影射起来，从而实现了实体的模块化，提高了代码的重用性和可维护性， 这较之面向过程软件开发方式来说是一个质的飞跃。然而，o o p 也并非是完美 无缺的，仍然有许多重要的需求和设计决策，无论是采用面向过程的还是面向对 象的技术，都难以用清晰的、模块化的代码实现，结果经常是：实现这些需求和 设计决策的代码分布贯穿于整个系统的基本功能代码中，形成了常见的“代码分 散”和“代码交织现象，使得开发出来的程序难于理解和维护。基于以上问 题，2 0 世纪9 0 年代，施乐公司帕洛阿尔托研究中心( x e xp a r c ) 提出了一种新 的编程规范面向方面技术( a s p e c t - - o r i e n t e dp m g r a r n m i n g ，简称a o p ) 。它的 核心思想是将一个复杂的系统看作由多个关注点组合来实现的，经过需求分析， 将关注点分为两部分：一般关注点和横切关注点。一般关注点是指系统分析中功 能性的需求，表现为各个业务子系统；而每个业务子系统都可能有关联的非功能 性需求，被归属于横切关注点的范畴【1 0 - 15 1 。 a o p 的出现并非要取代o o p 在软件开发中所起的作用，相反，它在某种程 度上认同了o o p 所完成的功能，并且能很好地解决o o p 中横切关注点的模块化 问题。因此a o p 的出现可以认为是对o o p 的继承和改善。a o p 采用一种松散 耦合的方式来实现独立的关注点，然后再组合这些实现，建立最终的系统。采用 a o p 所建立的系统是由松散耦合的、模块化实现的横切关注点来搭建的，系统 第一章绪论 中这些模块化的横切单元被称为方面( a s p e c t ) ；而在o o p 中，系统的建立是由模 块化的一般关注点耦合实现的，这种被模块化的一般关注点被称为类( c k s ) 。基 于a o p 的软件开发方式正是将这两者有机的结合起来，如图1 所示。 图1 采用a o p 的开发方式 面向方面技术在电力系统中应用尚处于起步阶段，主要用于电力系统建模。 它继承了传统的面向对象技术模块化的优点，将电力系统基本网络元件分类，涉 及包括发电机、线路、变压器、母线、刀闸、电抗器和断路器等基本元件以及相 应的数据信息的对象，再由这些基本元件组成变电站和电力网络等组合体，然后 针对基本原件和组合体建立各自的规则获得了对电力系统更加直观的描述。在此 基础上，面向方面技术引入了一般关注点与横切关注点这一理念，使得各个相对 独立的模块互相联系起来，一方面，增强了各个模块的独立性，使软件在通用性 与扩展性等方面更为灵活、方便，从而彻底摆脱了以往软件的设计需要进行大量 重复工作的负担；另一方面，程序通过横切关注点，例如各种程序接口，可以系 统、准确、方便的将各个独立的模块有机联系起来，从而增强了程序的整体协调 及扩充能力。 1 3 2 混合编程技术的应用 混合编程技术是2 0 世纪9 0 年代兴起的一种新型程序设计技术。混合编程技 术是指在一种语言中嵌套另一种或几种语言，它根据不同程序设计语言的特点， 利用两种或两种以上的程序设计语言，发挥各自其优势，通过语言之间的数据接 口，最终实现程序开发的目的。随着程序开发软件的逐步发展、完善，涌现了一 大批优秀的各有所长的程序设计软件，例如，f o r t r a n 语言可以用来编制高效、 复杂的科学计算程序，完成对数据的处理和分析，d e l p h i 语言在数据库开发、网 络应用等方面很有优势，c + + 语言在界面开发，程序的人机交互等方面表现不俗。 如何发挥各自软件的长处，已经成为现在程序设计开发的关键。近年来，利用混 合编程技术在众多科研领域应用并取得较好成鲥1 6 2 0 】。 第一章绪论 1 4 本文所做工作 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，结合发电厂继电保护定值整定的实际情况和特点，本文提出了基于面向 方面技术的可视化发电厂保护整定管理系统。对于一般关注点，根据系统功能分 别开发了相应的模块，各个模块在功能上相互独立，完成相应的功能，并且提供 相应的数据接口；对于横切关注点，建立用于联系各个一般关注点的模块，实现 不同模块之间数据通信以及协调管理。面向方面技术的应用，不仅简化了程序设 计，而且增强了程序的通用扩展性。 本文所做工作具体如下： ( 1 ) 利用c + + 语言，在v i s u a lc + + 6 0 平台，抽象电厂设备数据模型，采 用面向对象的方法进行图形建模，开发出可以绘制出发电厂一次接线图的图元模 块，并实现图形的复制，移动，剪切，删除等常用功能，符合人机交互的通用习 惯。 ( 2 ) 本文采用了图形元件与数据的一体化的思想，在人机对话界面的基础 上，通过o d b c 接口，利用a c c e s s 数据库实现图形元件与数据的一体化。数据 库包含元件的基本属性、定值数据，系统结构、运行方式等数据。良好的时序设 计避免了存储，删除时的数据冗余。 ( 3 ) 本文利用基于面向方面的混合编程技术，设计开发了联系故障分析模 块和故障计算模块的横切关注点b p a 程序接口模块。利用故障计算模块实现 故障分析模块的功能。 ( 4 ) 本文提出了运用自适应算法对设备信息实时监控，根据设备的运行状 态，即时、自动的形成相应的拓扑关系，并根据当时的状态，完成相应的潮流、 短路计算功能。 ( 5 ) 本系统开发了保护整定模块，该模块由通用保护与自主保护两部分构 成。通用保护是按照大型发电机变压器继电保护整定计算导则的要求设计实 现的，满足发电厂基本整定需求；对于新增的保护方式，本系统设计开发了整定 原则录入系统，满足了程序的通用性和可扩展性。 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 2 1 编程语言和开发工具 本文开发的系统采取了v i s u a lc + + ，o d b c ，a c c e s s ，f o r t r a n 相结合的方法，有 效的解决了电厂连接界面化，图形、数据一体化以及复杂的整定计算等技术问题。 2 1 1v i s u a lc + + 开发平台 v i s u a lc + + 是微软公司开发的一个d e ( 集成开发环境) ，是w i n d o w s 平台上 的c + + 编程环境。它作为一个主流的开发平台一直深受编程爱好者的喜爱，v c + + 应用程序的开发主要有两种模式，一种是w i na p i 方式，另一种则是m f c 方式， 传统的w i na p i 开发方式比较繁琐，而m f c 则是对w i na p i 再次封装，所以 m f c 相对于w i na p i 开发更具备效率优势。 v i s u a lc + + 开发平台具有强大的功能和良好的集成环境、开发灵活的有点， 优秀的调试工具，有好的图形界面，能生成高效精炼的代码。利用v i s u a lc + + 编 写程序，可以开发出符合一般w i n d o w s 用户的操作习惯可视化人机交互界面， 而且该软件支持o d b c ( 开放式数据库连接) ，可以利用程序接口，轻松实现与 数据库的连接以及与其他语言混合编程。 同其他软件开发工具相比，v c 具有以下优势： ( 1 ) 与w i n d o w s 紧密结合。从自然角度讲，v i s u a ls t u d i o 和w i n d o w s 都出 自于m i c r o s o f t 公司，而v c 作为v i s u a ls t u d i o 编程工具系统中最为强大的工具， 本身就具有得天独厚的资本。到目前为止，m i c r o s o t t 已经发布了多个w i n d o w s a p i 版本，其中w i i l 3 1 用于w i n d o w s 9 8 ，w i n d o w s 2 0 0 0 适用w m 2 a p i 。而m f c 类库集成了大量已经预先定义好的类，用户可以根据编程的需要定义响应的类， 或者根据需要自定义有关的类。因此，v c 在使用a p i 等方面和w i n d o w s 联系得 最为紧密。 ( 2 ) 强大的类库支持和类改造能力。使用v i s u a l c + + m f c 类库编程，就可 以得到m f c 类库强大的支持。m f c 是用来编写w i n d o w s 应用程序的c + + 类集。 该集合以层次结构组织起来，其中封装了大部分w i n d o w sa p i 和w i n d o w s 控件， 它所包含的功能涉及到整个w i n d o w s 操作系统。代码重用是c + + 长期追求的目 标。对于c + + 程序员来说，重用是指从先前已有的基类中派生出新的c + + 类。 m f c 正好提供了大量的基类供程序员们根据不同的应用要求生成新的类以满足 要求。因此，v c 在可以得到m f c 类库强大支持的情况下，具有了更具吸引力 和更强大的类改造能力。v c 程序员只要继承m f c 类，稍加修改就能得到适合 6 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 自己应用要求的控件类或应用类。m f c 类库已经成为事实上的工业标准类库， 得到了众多开发商和软件开发工具的支持；另外，由于众多的开发商都采用v i s u a l c + + 进行软件开发，这样用v i s u a lc + + 开发的程序就与别的应用软件有许多相 似之处，易于学习和使用。 ( 3 ) 拥有高效率的运行速度。使软件拥有高效率的运行速度是每个程序员 梦寐以求的。软件要达到高效率的运行速度，要求是多方面的。最为主要的应该 包含两点：一是软件本身程序编写的质量，二是编程工具的编译质量。因为v c 非常接近w i n d o w s 的底层，所以编译器所编译出来的程序质量相当高，从而保 证了用v c 编写出来的软件产品拥有高效率的运行速度。 2 1 2o d b c 接口 商业应用要求能快速访问一个大型数据库中的单个记录。v c 中就包含了编 写m i c r o s o f tw i n d o w s 环境下c + + 数据库应用程序所需的所有组建。实际上，这 个产品包含了两个独立的面向用户的数据库访问系统：o d b c ( o p e nd a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ，开放数据互连) 和d a o ( d a t aa c c e s so b j e c t s ，数据库访问对象) 。 o d b c 标准由一套扩展的d l l ( d y a n m i cl i n kl i b r a r i e s ，动态链接库) 组成，d l l 提供了标准的数据库应用程序设计接口。o d b c 是建立在标准化版本的s o l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，结构化查询语言) 上的。通过o d b c 和s o l ，可 以编写独立于任何数据库产品的数据库访问代码。 o d b c 是一种数据库的互操作平台，通过经严格定义的各个级别的o d b c 接口 和客户系统的初始装置，能够为应用程序提供数据库类型透明性和位置透明性， 让应用程序的编写者避免了与数据源相联的复杂性。m f c 的数据库扩展部分封装 了使用o d b c 数据资源的细节，应用程序可以直接使用m f c 中的数据库扩展类， 来操纵o d b c 驱动程序管理器，访问数据库。进行m f co d b c 数据库开发时，所需 的基础工具就是m f co d b c 数据库类的使用。利用m f co d b c 开发就是利用m f co d b c 数据库类来操纵o d b c 数据源。v c 的大多数o d b c 访问是通过m f c 来完成的。v c 的m f c 类库定义了几个数据库类，在利用m f c 编程时常常用到，它们是 c d a t a b a s e ( 数据库类) 、c r e c o r d s e t ( 记录集类) 、和c r e c o r d v i e w ( 可视记录集类) 。 对于m f co d b c 数据库类来说，c d a t a b a s e 类对象表示一个同数据源的连接， 通过它可以对数据源进行操作。而c r e c o r d s e t 对象代表从数据源中选择的一组 记录的集合，也就是通常所说的记录集对象。 c r e c o r d s e t 对象通常用于两种形式：动态集( d y n a s e t s ) 和快照集 ( s n a p s h o t s ) 。动态集能与其他用户所做的更改保持同步，快照集则是数据的一 个静态视图。每一种形式在记录被打开时都提供一组记录，区别在于，当用户在 一个动态集里滚动到一条记录时，有其他用户或是应用程序中的其他记录集所做 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 的更改就会相应地显示出来。c r e c o r d v i e w 类对象能以控制的形式显示数据库记 录。这个视图是直接连接到一个c r e c o r d s e t 对象的表视图。 2 1 3a c c e s s 数据库管理系统 a c c e s s 是微软公司推出的基于w i n d o w s 的桌面关系数据库管理系统，是 o f f i c e 系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7 种 用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数 据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统 提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务。 a c c e s s 支持多种数据形式，提供了一整套集成窗口式菜单开发环境，所有对 象的属性采用窗口式表达，大大减少了编程的工作量，使得建立、编辑和调试一 个应用软件极为方便。o d b c 为后台数据库和前台应用程序界面提供了良好的接 口，它使数据库的设计和应用设计相对独立，使程序模块化设计的实现成为可能。 同时，它又可使数据库发挥其本身高效的查询机制，大大提高了应用软件的可移 植性。 a c c e s s2 0 0 0 数据库管理系统是m i c r o s o f to f f i c e 套件的重要组成部分， 是a c c e s s 的新版本，可在w i n d o w s 环境下运行。a c c e s s 适用于小型商务活动， 用以存贮和管理商务活动所需要的数据。a c c e s s 不仅是一个数据库，而且它具 有强大的数据管理功能，它可以方便地利用各种数据源，生成窗体( 表单) ，查 询，报表和应用程序等。 a c c e s s 2 0 0 0 是一种关系数据库，能汇集各种信息以供查询、存储和检索。 a c c e s s 的优点在于它能使用数据表示图或自定义窗体收集信息。数据表示图提 供了一种类似于e x c e l 的电子表格，可以使数据库一目了然。另外，a c c e s s 允 许创建自定义报表用于打印或输出数据库中的信息。a c c e s s 也提供了数据存储 库，可以使用桌面数据库文件把数据库文件置于网络文件服务器，与其他网络用 户共享数据库。a c c e s s 是一种关系数据库工具，关系数据库是已开发的最通用 的数据库之一。如上所述，a c c e s s 作为关系数据库开发具备了许多优点，可以 在一个数据包中同时拥有桌面数据库的便利和关系数据库的强大功能。 2 1 4f o r t r a n 语言 f o k f 凡蝌是英文“f o r m u l at r a n s l a t o r 的缩写，译为“公式翻译器”， 它是世界上最早出现的计算机高级程序设计语言，广泛应用于科学和工程计算领 域。f o r t r a n 语言以其特有的功能在数值、科学和工程计算领域发挥着重要作 用。 f o r t r a n 的特性： ( 1 ) f o r t r a n 语言的最大特性是接近数学公式的自然描述，在计算机里具 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 有很高的执行效率。 ( 2 ) 易学，语法严谨。 ( 3 ) 可以直接对矩阵和复数进行运算，这一点类似m a t l a b 。 ( 4 ) 自诞生以来广泛地应用于数值计算领域，积累了大量高效而可靠的源 程序。 ( 5 ) 很多专用的大型数值运算计算机针对f o r t r a n 做了优化。 ( 6 ) 广泛地应用于并行计算和高性能计算领域。 利用f o r t r a n 语言的强大科学计算功能，在设计开发中，利用混合语言编 程技术，用分利用已有资源，将f o r t r a n 语言编写的b p a 程序运用到v c + + 语言中以发挥二者的优势，这样可以有效地避免不必要的重复开发，有效的发挥 各自优势，完成开发任务。重复使用软件以及提高程序的通用性是解决软件危机 的重要手段【1 9 - z 0 。 系统的开发和编程利用v i s u a lc + + ，o d b c ，a c c e s s ，f o r t r a n 相结合的方法， 有效地解决了复杂的整定计算与数据、图形信息相结合的互联技术问题。 2 2 可视化发电厂保护整定管理系统设计思想 可视化发电厂保护整定管理系统是一个开放的发电厂通用管理平台。利用这 个平台，用户可以直接的、便利的进行发电厂故障分析和设备的保护整定。程序 设计开发的思想是： ( 1 ) 以图元为基础，利用数据库为平台，实现图元与数据的绑定。通过全 面图形化方式表达电厂拓扑及配置。用户在整定和管理过程中的任何操作都可以 在图形上完成，任何参数和结果都可以从图上观测。通过图元，用户可以创建进 行整定计算的发电厂一次系统接线图，相关的被保护元件或设备的数据库，保护 用电流、电压互感器参数库，继电保护配置情况等，并能手动确定系统的运行方 式、故障位置、类型等进行短路电流计算和相关保护的整定计算界面，方便用户 把故障分析计算、保护整定计算与电厂一次系统接线图结合起来。 ( 2 ) 在设计过程中，特别注重采用可视化软件开发方法，将系统划分为几 个模块，每个模块管理相关的功能，模块之间相互独立却相互配合。可视化的特 点是将抽象的原理以图形、界面、文字等直观易懂的方式表达出来，便于用户理 解保护的整定原理。 ( 3 ) 以解决整定计算中的关键问题为中心，简化保护配置原则，不同厂家 保护装置在相同保护原理上的整定计算采用统一数学模型和定值配合，并且充分 考虑用户在实际工作中的各种需求，自己定义整定原则，进行数据计算。发电厂 主设备保护配置非常复杂，不同电厂的配置差异也很大，不同厂家生产的保护装 置想好不同，整定结果也有差异。所以，具有良好的扩充性和通用性的电厂主设 9 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 备保护整定软件才能满足实际要求。 ( 4 ) 本软件应该有效地减轻继电保护整定工作人员的劳动强度，提高保护 的正确动作率，提高发电厂的工作效率。它运用计算机技术使枯燥的短路电流计 算和保护整定计算变得形象具体，并使计算精度得以提高。与用户经验的结合， 也增加了计算结果的可信度和正确性。 2 3 可视化发电厂保护整定管理系统总体结构及各模块协调通信 本软件是基于w i n d o w s 操作平台，以v c 6 0 为基础，利用o d b c 接1 2 1 ， 实现与a c c e s s 数据库连接，利用多语言混合编程，采用面向方面的程序设计方 法设计而成的。系统从结构上，分为两个部分：图形数据一体化平台部分与保护 整定部分。其中，图形数据一体化平台负责人机交互与基本数据的存储；保护整 定部分利用数据库中信息，完成故障分析、短路计算、保护整定等功能。按照面 向方面的程序设计思想，从内容上，分为两大部分：一般关注点与横向关注点。 其中，一般关注点包含：图形界面模块、保护定值计算模块、故障分析模块、故 障计算模块和定值管理模块；横向关注点包含：数据管理模块和b p a 程序接口 模块。 2 3 1 基于面向技术的发电厂保护整定管理系统结构 基于面向技术的发电厂保护整定管理系统系统结构如图2 1 所示。利用面向 方面技术，既保持了各个功能模块的独立性，又使得各个功能模块之间通过横切 关注点联系起来，当系统进一步的维护和升级时，可以方便地根据用户的要求进 行功能上的扩充、改进，实现并提高程序的通用扩展性。 2 3 2 各模块功能简介 ( 1 ) 图形建模模块：完成图元设计，利用图元绘制电厂系统的一次接线图 的功能。绘图过程中，增加每个图片的设备参数信息、运行方式信息以及与该设 备相关的拓扑结构信息；用户可以通过鼠标操作，轻松的实现图元的增加，删除， 移动，复制。 ( 2 ) 数据管理模块：对系统中的所有数据进行有效的管理。数据主要分为 两部分。_ 部分为电网结构参数，主要包含支路序号、支路的始端节点、末端节 点、支路的正序阻抗、零序阻抗、支路类型、基准电压等；另一部分为设备参数， 主要包含发电机、变压器、发变组等各种电器元件的参数、保护装置配置参数和 配置信息。 1 0 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 图2 1 基于面向技术的发电厂保护整定管理系统结构 ( 3 ) 保护整定模块：保护整定模块是整个软件的核心。它为发电厂所配置 的各种保护提供定值。在整定过程中，允许加入用户自己的经验。整定对象包含 发电机保护、变压器保护、发变组保护、线路保护等。以中华人民共和国国家经 济贸易委员会发布的中华人民共和国电力行业标准d u t6 8 7 1 9 9 9 大型发电机 变压器继电保护整定计算导则和个设备供应商的设备技术说明书作为整定原则。 ( 4 ) 故障分析模块：故障分析模块是整个软件的基础。通过用户在发电厂 一次接线图上设置故障位置和故障类型。故障分析模块通过网络拓扑分析，形成 不同运行状态下的不同网络拓扑结构。 ( 5 ) 故障计算模块：此模块可看做故障分析模块的子模块，利用f o r l r a n 语 言编写的b p a 程序的强大的科学计算能力，完成故障计算、潮流计算等工作。 ( 6 ) b p a 程序接口模块：提供故障计算模块与故障分析模块的接口，完成 第二章可视化发电厂保护整定管理系统的开发环境和总体结构 相应的数据传输功能。 ( 6 ) 定值管理模块：定值管理模块负责输出或打印用户所需要的各种数据， 包含定值单、计算结果等。 2 3 3 各模块的协调通信 总体来说，系统的各个一般关注点是封装的，无需知道其他一般关注点的功 能。各个一般关注点通过横切关注点联系起来。各模块的协调通信内容如下： ( 1 ) 人机交互界面与用户：利用图形建模模块绘制发电厂一次接线图，形 成人机交互界面。人机交互界面可以直观的向用户反映电厂的结构信息及用户事 先设置的参数信息。用户与图形建模模块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 ) 图形建模模块、数据管理模块与后台数据库：在绘制发电厂一次接线 图的同时，利用数据管理模块，通过o d b c 接口，为每个元件在a c c e s s 数据 库中增加了相应的数据项。在删除元件的同时，利用数据管理模块，删除此元件 在数据库中对应的数据项。 ( 3 ) 故障计算模块与故障分析模块：用户通过故障分析模块设定了故障点 及故障模型，利用b p a 程序接口模块，调用故障计算模块，快速、精确的进行 潮流计算和故障计算。 ( 4 ) 定值管理模块与后台数据库：通过数据管理模块将保护整定的计算结 果保存于数据库，输出或打印用户所需要的各种数据，包含定值单和计算结果等。 通过以上对系统功能的分析，本文将系统分为图形数据一体化平台以及保护 整定系统两个部分，在接下来的两章加以详细介绍。 1 2 第三章图形数据一体化平台 第三章图形数据一体化平台 传统的故障计算程序缺乏图形用户界面，网络原始数据输入工作量大且容易 出错，结果显示不直观，难以与其他功能集成。随着w i n d o w s 操作系统成为 主导地位，开发具有w i n d o w s 风格界面的电力系统分析软件成为当前软件开 发的趋势 1 3 - 1 6 】。基于面向对象方面的图形数据一体化平台可以有效的支持发电厂 保护整定计算过程中大量数据信息的存储，可以直观的传达给用户发电厂电气元 件的相关信息及网络拓扑，可以良好的协调各模块之间的通信。因此，图形数据 一体化平台是实现本整定管理系统的重要基础。图形数据一体化平台由两个部分 组成：图形建模模块与后台数据库，他们通过数据管理模块这一横切接入点联系 起来。 3 1 面向方面技术在图形数据一体化平台设计中的应用 面向方面技术是对面向方面技术的继承和发展。它继承了面向对象技术模块 话的思想，并在此基础上引入一般关注点与横切关注点的概念。与面向对象技术 不同的是，面向方面技术更突出了