（电力系统及其自动化专业论文）电力系统图形程序开发及故障仿真培训专家系统.pdf

开关状念。在电网故障仿真墙训系统中，采用了模拟实时数据( 由潮流计算与短路 计算提供) 采集与保护仿真的故障仿真方法，当教员设置故障后，短路计算结果立即 会被采集著与绦护定篷毙较，实穗蕊粪了教骧与镖护熬动佟涛嚣。嚣虽采瑗摸傍实 际电力系统发生故障时的系统报警信息，效果逼真，具有实用价值。 关键词：电力系统图形程序开发，面向对象，故障仿真培训，数据摩，专家系统 l l a b s t r a c t i nt h et r a d i t i o n a l g r a p h i c s d e s i g n ，b a s e do nt h ep r o c e s s o r i e n t e dd e s i g nm e t h o d t h eg r a p h i ce d i t o rm o d u l ei sb e e np r o g r a m m e ds i n g l yi na l l u s i o nt oe a c hc o m p o n e n t ， i th a sap o o rp e r f o r m a n c ei ne x p a n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y a tt h es a m et i m et h e n e t w o r k s t o p o l o g y m o d u l ef a i l st ou t i l i z et h eg r a p h i c a ld a t a a d e q u a t e l y s 0i ti s n e c e s s a r yt op r e p a r et h et o p o l o g yd a t as e p a r a t e l y a st h ed e v e l o p m e n to fg r a p h i cu s e r i n t e r f a c e ，ag r e a td e a lo fg r a p h i c a ls y s t e m sh a v eb e e nu s e di nt h ei n t e m e ta p p l i c a t i o n so f t h ee l e c t r i c p o w e rs y s t e m a n dm e e tt h e e s p e c i a l d e m a n de f f e c t i v e l y h o w e v e r , 0 n a c c o u n to f t h ed i f f e r e n td e m a n d o f e v e r yi n t e m e ta p p l i c a t i o n ，t h eg r a p h i c a ls y s t e m o f t e n n e e dt ob er e n e w e d a c c o r d i n g l y ，i ti s n e c e s s a r y t oc o n s t r u c ta g r a p h i c ss u p p o r t p l a t f o r mw h i c hi s u s e dt om e e tt h ed i f f e r e n td e m a n d s + t h e r ea r ev a r i o u sk i n d so f i n t e r n e t a p p l i c a t i o n s i ne l e c t r i c p o w e rs y s t e m a l l o ft h e ma r e c o m p l i c a t e d i n d a t a - c o n f i g u r a t i o na n dm o d u l e m e a n w h i l et h em u l t i p l e xm e n ud i s p l a y i n ga n dt h er e a l t i m ep r o c e s s i n ga r er e q u i r e d a l lt h ef a c t o r sm a k et h ew o r k l o a do fg u i sd e v e l o p m e n t h e a v i e r , e v e n t h ew o r k l o a do fg u i s d e v e l o p m e n t e x c e s st h ek e r n e la r i t h m e t i c w o r k l o a ds o m e t i m e s i ti sav e r yi m p o r t a n tt a s k 协c o n t r i v et h es p e c i a lg r a p h i c ss u p p o r t p l a t f o r mw h i c hi sf i t f o rt h ea d v a n c e ds o f t w a r eo fe l e c t r i cp o w e ra n dt or e a l i z et h e g r a p h i c a ls y s t e m ss h a r e 。w i t h t h ei n c e s s a n te n l a r g e m e n to f t h es c a l eo f p o w e r s y s t e m s a n di n c r e a s i n go ft h en o n * a r e n d e ds u b s t a t i o n ，t h ew o r k l o a do fo p e r a t o r0 1 3 d u t yi n c e n t r a lc o n t r o ls u b s t a t i o ni sm o r ea n dm o r e h e a v y 。w h e n t h ef a u l to c c u r si nt h ee l e c t r i c p o w e rn e t ，t h e yn e e dt o m a k eo u ta c c u r a t ej u d g ef l e e t l ya n dp r e s e n tc o r r e s p o n d i n g m e a s u r es oa st or e n e wt h es y s t e m sn o r m a lr u ni nt i m e s ot h e ya r ed e m a n d e dt ob e p r o v i d e d w i t he n o h g ha c a d e m i ck n o w l e d g ea n da b u n d a n te x p e r i e n c ei n p r a c t i c e h o w e v e r , a st h em o d e m i z a t i o no ft h er u n n i n g l e v e li ne l e c t r i cp o w e rn e t ，t h ec h a n c e w h i c ht h eo p e r a t o ro nd u t yd e a lw i t ht h el a r g ea c c i d e n ti ss l i m ，i ti sq u i t ed i f f i c u l tf o r t h e mt oa c c u m u l a t ea b u n d a n te x p e r i e n c e si np r a c t i c e ，t h e r e f o r e ，i n c a s ea c c i d e n t h a p p e n i n gt h e ym a yj u d g ea n dd i s p o s et h ea c c i d e n ti ne r r o r , w h i c hm a k e t h ea c c i d e n t e n l a r g e i no r d e r t oa s s i s tt h e m h e i g h t e nt h es p e e d a n dv e r a c i t yo ft h e i rj u d g e m e n ta n d d i s p o s a lo f a c c i d e n t ，t oa c c u m u l a t et h ep r a c t i c a le x p e r i e n c e s ，i ti sa n e f f e c t i v em e a n s 协 d e v e l o pt h es i m u l a t i o na n dt r a i n i n gs y s t e m ，a c c o r d i n g t ot h en e e do fp r a c t i c a lp r o j e c t ， - n 卜 t h er e s e a r c hi n c l u d e sf o l l o w i n gc o n t e n t s a p o w e rn e t w o r km o d e l i n gw a s i n t r o d u c e db a s e do nt h eo b j e c t o r i e n t e dp r i n c i p l e a n dt h ev i s u a l i z a t i o nt e c h n i q u e i ti sf i t t e dt ot h ei n t e l l i g e n c ei n t e r f a c ea n dn u m e r i c a l v a l u e c a l c u l a t i o n t h r o u g ht o p o l o g yf o r ma n dt o p o l o g ya n a l y s i sa sw e l la s t h eg r a p h i c a l k n o w l e d g e a n dt h e g e n e r a l n e t w o r ks y s t e m e q u i p m e n t s t a t e a n a l y s i s t h e g r a p h i c k n o w l e d g e c a l lb et r a n s l a t e di n t oi n f e r a b l ek n o w l e d g e ，t h eg e n e r a ln e t w o r km o d u l ec a r l a v o i dt h ec o m m u n i c a t i o nd i f f i c u l t y a m o n gd i f f e r e n t m o d u l e sb ys e v e r i n gs e v e r a l a n a l y s i sp r o g r a m sw i t ho n es y s t e md a t a b a s e i t a l s oo v e r c o m e st h es h o r t c o m i n go f p r e v i o u sl o o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r a p h i c sa n d d a t a b a s e a p p l y i n gt h eo b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，t h e11 0 k v e l e c t r i cp o w e rn e t w o r k s f a u l ts i m u l a t i o na n dt r a i n i n gs y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e d ，i nw h i c ht h en e t w o r k s t o p o l o g i c a lg r a p hi si n t e g r a t e dw i t ht h eb a c k g r o u n d d a t a b a s e t h es y s t e mi sc o m p o s e d w i t hag r a p h i c a li n t e r f a c em o d u l e ，am a n a g e m e n to fp a r a m e t e rf i x e dv a l u em o d u l e ，a v i s u a lc i r c u i ts h o r tc a l c u l a t i o nm o d u l ea n dac i t yp o w e rn e t ss i m u l a t i o na n dt r a i n i n g e x p e r ts y s t e mm o d u l e ，e t c a l lf u n c t i o n sc a nb ea c h i e v e db yo p e r a t i n gt h eg r a p h i c a l i n t e r f a c e w ec a r ls e taf a u l tp o i n ta n df a u l tt y p ei nt h eg r a p h i c a li n t e r f a c e ，t h e ns i m u l a t e t h es w i t c h ss t a t ea n dt h ea c t i o no ft h ea u t o m e c h a n i s ma sw e l la st h er e l a yp r o t e c t i o n a f t e rf a u l to c c u r r i n gi nt e r m so f 像er e l a yc o l l o c a t i o na n dt h ef i x e dv a l u ei nd a t a b a s e 。i n t h ef a u l ts i m u l a t i o na n dt r a i n i n gs y s t e m ，am e t h o do fi m i t a t i n g r e a lt i m ed a t a a c q u i s i t i o n ( p r o v i d e db yp o w e r f l o wc a l c u l a t i o na n ds h o r tc i r c u i tc a l c u l a t i o n ) a n dr e l a y s i m u l a t i o nh a sb e e na d o p t e d a f t e rs e t t i n gf a u l tb yi n s t r u c t o rt h er e s u l to f s h o r tc i r c u i t c a l c u l a t i o nw i l lb ea c q u i s i t e da to n c ea n d c o m p a r e d w i t h p r o t e c t i o ns e t p o i n t i n t h i sw a y ， i ts i m u l a t e sf a u l ta n dr e l a yp r o t e c t i o n sa c t i o n f u r t h e r m o r e ，t h es y s t e ms i m u l a t e st h e f a u l ta l a l t ni n f o r m a t i o nv i v i d i y k e yw o r d s ：e l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mg r a p h i c a lp r o g r a m m i n g ，o b j e c t - o r i e n t e d ，f a u l t s i m u l a t i o na n d t r a i n i n g ，d a t a b a s e ，e x p e r ts y s t e m ， i v 1 1 课题的提出 第一章绪论 在电网故障仿真培训中，电气主接线图、仿真培训i 图是重要的人机界面。它 们一方面是受训人员和操作评估人员进行模拟操作的主要界面；同时它们反映了 电网的设备配置和网络结构关系等信息，也反映了真实模拟系统的运行工况。因 此，图形支持平台在现代仿真系统中占有重要地位。在传统的图形系统设计中， 图形编辑模块按面向过程的设计方法针对每个元件单独编程，可扩展性不佳且维 护工作量大；网络拓扑模块未能充分利用图形数据进行分析，需要单独准备拓扑 数据；图形显示过程中无法加亮显示某些特定的连接关系，因而不能有效的检测 电力模型的计算结果是否正常。随着图形化用户界面( g u i ) 的发展，在电力系统应 用软件中，出现了大量的图形系统，它们较好地满足了特定的要求，取得了应用 效果。但由于每个应用软件的要求不同，图形系统往往需要重新设计。因此，如 何构建一个图形支撑平台以满足不同应用的需要，很有必要。 培养一支训练有素、经验丰富的运行队伍对电力系统的安全运行至关重要， 由于电网大面积停电的概率极小，经验和知识的获得和更新只能来自培训，传统 的培训方式有跟班学习、课堂式的反事故演习、事故处理经验总结等。这些方法 没有实战感，效果差。在实际事故中运行人员仍会束手无策，不知如何应付。问 题的关键就是没有机会在电网多次异常和事故中磨练，积累处理问题的知识、经 验和心理素质。因而有必要开发此故障仿真培训专家系统。 1 2 研究的目的和意义 1 2 1 面向对象的电力系统图形程序开发的意义 电力系统接线图是电力系统计算、仿真及其它电力系统可视化应用软件必需 的工具，目前虽然都在开发此类软件，但尚无通用的商用系统，谁用谁必须自己 开发，开发本系统有现实和实用意义。另外在电力系统接线图的绘图中，为改变 电力系统运行方式，需要用到断路器的合上或者断开；为使图形美观，符合习惯 表达，需要用到零阻抗支路，许多此类软件，采用了一种特殊处理方法，如“母 一1 一 ! ! ! ! ! = ! ! = = ! _ i 型盐盔主王兰耍土鲨塞 一一一h - _ _ h - 一 线连接线”等，以便形成计算网络时处理容易。本系统研究一种彻底的一般算法 来解决实际网络向计算网络的转换问题。 12 211 0 k v 城市电网故障仿真培训专家系统的意义 随着国民经济的发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂，为了能 使电力系统安全可靠运行，对电力系统运行人员的岗位操作技能要求也越来越高， 而电力系统的操作不允许随意进行，电力系统的事故又很少发生，不能将运行的 系统当作试验品，不能在真实设备上进行实际操作试验，更不允许人为设置一些 故障让学员观察并处理。这些都使运行人员难以在电力系统的正常操作和事故处 理中得到充分的训练。传统采用的方法是通过书本讲授，在图纸或模拟板上练习 操作和进行模拟演习，以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力，虽都起 到了定的作用，但因缺乏真实感，培训效果不佳。一旦事故来临，因运行人员 见得不多，往往手忙脚乱，不知所措，常常因处理不当，造成事故扩大。因此， 利用仿真技术对运行人员进行正常操作、事故处理的训练成为提高系统运行水平 的一个重要手段。继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一，它对电力系 统的安全稳定运行起着极为重要的作用，所以继电保护仿真应是城市电网故障仿 真培训系统的重要组成部分，它的功能是否齐全、反映是否正确、是否与现场一 致或接近将直接影响到受训人员的事故处理能力。用计算机技术研究城市电网故 障仿真培训系统，具有较大的实用性和较好的应用前景。 1 3 国内外的研究现状综述 1 3 1 面向对象的电力系统图形程序开发 面向对象程序设计方法l l j ( 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 ) 最早出 现于七十年代，其初衷是为了实现现实问题空间和软件系统解空间的近似或直接 模拟。到9 0 年代趋于成熟。它的出现使传统程序设计思想和设计方法发生了革命 性的变化。传统的程序设计方法是一种结构化程序设计方法，这种方法基于功能 分解，将整个软件看成是一个子功能模块的组合。当应用系统发生变化时，软件 的整体结构也必须做出相应的改变，通用性、易用性差，不利于软件的维护和扩 充。而面向对象的程序设计与之不同，该方法基于对象分解，将整个软件看作是 一个个对象的组合。由于对某个特定问题域来说，该域的对象组成基本不变，因 此这种基于对象分解方法设计的软件在结构上更加稳定。此外，在传统程序设计 中，数据和作用在该数据上的操作是相互分离的，同样的数据可能对应不同的操 2 ， 作，同样的操作也可能作用在不同的数据上。对于这些问题，编程人员必须时刻 加以考虑，加重了程序设计的负担。 在o o p 方法中，由于数据及作用在该数据上的操作都直接封装在对象中，就 避免了传统设计中数据和操作的潜在的不致性。另外，由于整个软件被看作是 对象及其相互作用关系的组合，便于编程人员进行抽象思维。 由于面向对象程序设计方法的上述特点，该方法已经在操作系统、数据库管理、 人机界面设计、作战模拟、计算机网络通信、图形生成、专家系统等领域获得了 广泛的应用。随着现代电力系统规模的不断扩大，复杂程度愈来愈高，软件维护 的费用也不断增加。采用传统的面向过程思想编制的软件可靠性与可维护性不断 降低，已不能适应新的要求。因此，面向对象程序设计方法在电力系统的数值计 算( 如潮流计算、故障计算、暂态稳定计算等) 、系统仿真、核心数据库组织、程 序设计、电力系统专家系统构造、知识表示方法、以及系统软件人机交互、数据 采集等方面得到了广泛的应用。 图形界面作为一种直观、方便、高效的人机交互手段，在电力系统的各类软 件中已经得到了相当广泛的应用。潮流计算、继电保护整定计算、电网规划设计、 电力系统潮流分析计算、电力系统数据采集与控制等软件越来越离不开图形支持。 图形系统作为人机交互的主要渠道，除了要能实现强大绘图与交互功能外，还有 需要综合考虑的问题，如显示要美观、结构要清晰，与用户交互的过程要简单方 便等。所以现在图形界面也作为电力系统软件开发的一个重点，已经投入相当大 的精力开发】。 对于图形界面的开发，当前流行应用的w i n d o w s 环境下的图形设备接口函数。 在设备驱动层上，每种类型都具备自己的一组输入点以及操作方式。在更高层编 程界面上，程序通过稍有不同的绘图属性集，控制各类的外观。g u i 函数中包含 三个特色：文本、栅格以及矢量图形【3 j 。 ( 1 1 文本文本被看作是图形，能够控制所绘制图形的属性。即使g d i 简化 了图形渲染，w i n d o w s 编程还是在创建文本输出中增加了复杂度。复杂度增加的 同时，也增加了灵活性。 f 2 1 光栅图形光栅图形的图形是w i n d o w s 环境最常用的图形类型。光栅图 形函数处理存储在被称为位图的数据组中的数据，一个标准的v g a 监视器的6 4 0 4 8 0 图像就是显示适配器显示在屏幕上的位图。对光栅图形的w i n d o w s 支持能 够创建离屏位图图像，这样可以更快的显示图像。位图的缺憾是需要大量的空间， 6 4 0 4 8 0 像素以及8 位色深的位图需要大约3 0 0 k 存储空间。显然，随着图像大 小或色深的增加，存储需求也随之增加。 ( 3 ) 矢量图形在g d i 内，矢量图形这一术语指的是创建线及填充图形的绘 图函数。g d i 的特色是具有一整套函数集，这些函数绘制直线、曲线、饼图以及 多边形，你可以把这些函数调用与光栅函数随意混合、匹配起来。一般情况下， 当人们想到矢量图形时，总要想起几何图形，由于具有易于实现许多复杂的功能， 因此在绘图程序中被大量的应用。 在图形的开发实现中，主要有两种方式，其中一种是对成熟产品的二次开发。 如在a u t o c a d 、a r c i n f o 、g i s 系统基础上进行二次开发。这方面的软件很多，西 安某公司丌发的生成主接线图的e c a d 软件就是在a u t o c a d 原有功能的基础上， 扩充了一些对电力系统特别适用的方法。基于成熟软件的二次开发虽然可以很方 便的使用，但往往达不到所谓的数据图形一体化的两个基础，其中图形是把数据 形象化地反馈给操作人员的关键，图形质量的好坏直接关系到数据图形功能的实 现。由于把大量数据转换为图形输出时，离线数据图形要求实现连续滚动，在线 数据图形要求实现动画效果，这里通常存在输出显示时屏幕闪烁的问题。屏幕闪 烁是由于屏幕上显示内容更新不同步造成的，解决这一问题的方法也是从实现“同 步更新”入手。在众多解决方案中，采用多输出缓冲区的方法最为有效。通常屏 幕上的内容是按照顺序方式依次写入显存中，当更新速度大于写完一屏内容所需 要的时间时，便会出现闪烁；而输出缓冲区实际上是一片内存区域，程序在输出 之前先把所要显示的内容写入这片内存区域中，完全写入后再把这块区域的内容 一次性拷贝入显示内存中，这样显示内存中的数据达到了同时更新的目标，消除 了屏幕闪烁现象。 图形界面是为应用软件服务的，它的设计必须与应用软件结合，而且图形界 面的使用也具有与应用软件紧密结合的特点，尤其是小型软件更是如此。电力系 统中应用软件种类繁多，它们的数据结构和模型复杂，要求显示画面丰富多样。 在数据分析处理上要求实时性，还需要给用户提供快速、灵活、丰富的显示和操 作手段，所有这些都使用户图形界面开发工作量增加，有时界面开发的工作量甚 至超过了核心算法的计算量。当然，各种应用软件的图形界面也有许多共性，例 如在一个11 0 k v 电网的分析计算中，以简化的电气主接线构成的l1 0 k v 潮流分 布图是状态估计、网架优化、无功优化等多个功能模块都需要使用的。因此，针 对这些特点，开发适合于电力系统高级应用软件的专用图形支撑平台，将图形系 统与数据库在一起形成软件的开发的平台。这在软件设计上是一种“自上而下” 的开发方式，这是在充分吸收e m s 自下而上设计开发失败的沉痛教训的基础上得 出的经验。 我国在6 0 年代初期开始了离线潮流和经济调度软件的研制，7 0 年代末开始 在线应用软件的研制，到8 0 年代中期，曾把当时国外e m s 包含的状态估计、潮 流、负荷预测、经济调度、故障分析和最优潮流等应用软件全部装到了湖北电网 自动化系统上，当时每一个单项都进行过成功的试验，但却因总体无法正常工作 而不能使用4 1 。这种沉痛的教训告诉我们在大型软件开发过程中应该遵循“自上 d 而下”的设计方式。 1 3 2 城市电网故障仿真培训专家系统 变电站仿真培训系统的提出虽然已经有一段时间了，但由于电力系统中变电 站的数目众多，而且早期变电站容量不大，自动化水平较低，其运行操作的要求也不 高，使得变电站仿真培训系统的作用没有得到充分体现。但随着电力系统的发展 些采用先进自动化技术的高电压、大容量变电站的投运，对运行人员提出了比 较高的要求，因此从9 0 年代中期开始，一批5 0 0 k v 、2 2 0 k v 的变电站仿真培训系 统相继建成，并取得了良好的效果。最先出现的变电站仿真系统主要采取带盘台 的模式，典型的如天津大学和大港油田水电厂共同研制开发的大港油田变电站仿 真培训i 系统1 5 】，该系统包括模拟控制盘、模拟继电器保护盘、配电装置、主接线 模拟操作盘和计算机控制仿真系统几部分。目前在各网省局建成的变电站仿真培 训l 系统绝大部分是这样的模式。该模式占用空间较大，一般集中布置在培训中心 内。随着计算机技术、网络技术和多媒体技术的发展和基于微机平台和基于网络 的变电站仿真系统( 这是一种全软件模式的仿真) 的出现，学员的所有操作都可在 讨算机屏幕上完成。如南昌5 0 0 k v 站的仿真培训l 系统1 6 】，整个系统只有计算机硬件、 仿真软件和网络组成。该种方式更加灵活，可直接安装在现场，满足各具体变电站 仿真培训要求。目前，国内从事变电站仿真的公司、科研机构和高校不少，其开 发研制的系统各有特点。除了以上提到的之外，还有以下几种。 ( 1 ) 文献 7 d p 介绍了深圳供电局仿真培训系统，该系统仿真的对象包括深圳供 电局1 1 0 k v 及以上的电网和主要厂站，模拟了5 0 0 k v 和2 2 0 k v 两个典型的虚拟 变电站，所有的一、二次设备均在计算机屏幕上显示，用鼠标对设备操作，一次设各 的巡视采用多媒体技术完成。该系统将电网仿真和变电站仿真结为一体。 ( 2 ) 文献 8 】中介绍了成都1 1 0 k v 无人值班变电站及控制中心仿真培训系统。 该系统主要针对1 】0 k v 集控站进行仿真培训，收集了有代表性的8 种变电站。系统 主要由仿真机、教练员台、学员台、开发工作站和物理模拟操作间组成，通过以太 网和i o 设备相联。学员可以与教练台和物理模拟变电站通信。 ( 3 ) 文献f 9 仲提出的川渝5 0 0 k v 变电站和电网仿真系统以5 0 0 k v 变电站为 全仿真对象，同时对川渝5 0 0 k v 电网进行了原理性仿真。该系统实现了仿真的全 软件化，即所有的显示和操作都在计算机屏幕上完成，并采用了实际的系统结线、 设备参数、调度系统监控画面及各种控制和保护的定值。 ( 4 ) 文献f l o 中介绍的华中地区5 0 0 k v 变电站仿真系统采用了微机交互式分 时一网络一软硬件结合的体系结构。研制了建立在l i n u x 环境下的多用户仿真支撑 系统，仿真软硬相结合，控制盘和保护屏与现场一样，主控室设备的操作在屏幕上 进行。实现了对微机继电保护装置、事件记录和微机录波装置及静补装置及其调 节系统的仿真。 ( 5 ) 文献【1 1 中提到是一种带盘台模式的仿真系统，并部分采用了软表盘， 仿真系统软件主要由计算机操作系统、支持软件、模型软件、诊断软件、就地操 作软件、虚拟盘台软件、动态二次系统软件、教练员台软件等组成。 ( 6 ) 文献 1 2 、 1 3 中介绍了郑州工业大学开发的变电站仿真培训专家系统。 该系统利用多媒体技术实现了变电站电气主接线模拟盘及保护屏的全软仿真，主 要由变电站操作票仿真培训系统和变电站事故仿真培训系统组成。 ( 7 ) 文献 1 4 】中介绍的黑龙江5 0 0 k v 变电站仿真培训l 系统，采用带盘台模式， 具有监视、巡视、操作、故障现象和处理功能，保护由定值启动，对微机保护的液晶 输出进行了仿真。 ( 8 ) 文献 1 5 】中介绍的变电站仿真培训装置也带有盘台，软件主要由计算机 系统软件、仿真支撑软件、仿真模型软件及算法库、工程师站软件、教练员站软 件、就地操作站软件和变电站监控系统仿真软件组成，采用多媒体技术实现户外 设备的巡视和就地操作。 目前，国内d t s ( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r ) 还处在研究发展中，对电 网仿真培训的研究主要侧重于调度员仿真培训，关于故障仿真和故障处理培训方 面研究详细报道不多。另外，在故障设置方面，大部分是事先设罨的故障案例库 给出故障报警信息。所以，研制开发故障仿真培训专家系统具有现实意义和较高的 使用价值 1 4 本人所做的工作 1 4 1 图形程序的开发与完善 近些年来，计算机在电力系统中的应用越来越广泛，而电力系统的网络图形又 是电力系统分析的基础，所以人们开始研究应用于电力系统的图形系统。在总结 前人经验的基础上，本文开发了一套能自动形成网络拓扑结构的绘图系统，本绘 图系统可以应用于故障仿真培训系统，又可应用到可视性潮流计算和短路计算中， 它是电力系统计算机图形分析的基础和工具。提出了利用面向对象技术和可视化 技术实现的既适合智能推理又适合分析计算的电力系统网络结构的形成方法。通 过对可视化的电力系统结构图进行拓扑形成、拓扑分析及系统设备状态分析完成 图形知识到计算推理所用知识的转化，从而得到既适合数值计算又适合智能推理 的通用网络模型。使一套数据库服务于多套应用分析程序，从而克服了以往图形 和数据库联系不紧密、各程序模块间的通信困难的缺点。 1 4 2 故障仿真培训专家系统的研究与开发 应用面向对象的编程技术，开发研制了电网拓扑图形与后台数据库相结合的 1 1 0 k v 城市电网故障仿真培训专家系统。系统由图形界面、参数和定值管理、可 视化短路电流计算、城市电网故障仿真与专家系统等几部分组成。全部功能都可 以通过对图形界面的操作完成，系统可以直接设置故障点、故障类型并根据相应 的保护配置、数据库中的定值调用、模拟故障后自动装置、继电保护动作情况和 开关状态。在电网故障仿真培训系统中，采用了模拟实时数据( 由潮流计算与短路 计算提供1 采集与保护仿真的故障仿真方法，当教员设置故障后，短路计算结果立即 会被采集并与保护定值比较，实时仿真了故障与保护的动作情况。而且采用模仿实 际电力系统发生故障时的系统报警信息，效果逼真，具有实用价值。 2 。1 引言 第二章西尚对象的电力系统图彩程序开发 随着电力系统的发展，电力系统分析软件日趋增多，主要有潮流计算、短路 诗舞、毫力系统仿真、线犊计算等分轿诗葬较 孛及搡箨蘩专家系统、赦鼯分褥专 家系统等智能推理软件。由于各种软件的建模方法大部分不一致，因此一个部门 霹靛存在多套奄力系统数爨。这终数据缭轳量丈、事教爨卷多，燹形中璞麴了蜃 继开发者的工作量，同时用户参与也比较困难。图形是一种十分简洁有效的语言， 强缀多学老将诗冀辊图形弓l 入魄力系绞分提软 譬，取褥了一定熬效果，毽基零 上郜是针对某一种系统分析功能而工作，大部分为潮流优化、短路计算镣单一功 戆的实瑰 1 6 1 8 ，褥强形与黎理摇联系懿较少。弱慰，图形与数据露之闽的联系关系 一直没有褥到较好的解决，要么图形与计算用数撼库之间毫无关系，要么联系不 紧密，指亘之闼邋售困难。本文綦予甄向对象技术，提出静既适合分享蓐计算又 适台智能推理的可视化电力系统嘲络结构表示及戴形成方法，使糟户可阻根据蠢 观的系统接线图来建立系统模型，从而达到按人认识过程建立网络模型的目的。 2 2 面向对象程序设计方法的基本概念 西肉对象程摩设计( o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a n u n i n g ，以下麓称o p p ) 弗不是一莉 稷序设计语言，而是一种新的概念，即关于数据、过程和它们之间关系的种新 的思维方法，它鼹一釉试图摹仿我们建立现实世界模型的程序设计方法，为适应 现实生活的复杂悭，我们已经逐渐具备了很好的概念形成分类和镝象能力。在我 们词汇中的几乎每个名词都表示类事物，享有一组属性或行为特征。o p p 的发 展芷是利箱了我们对事物分类帮辆蒙这样释自然的倾向。与鬣囱对象耩净设计 相关的基本概念有对象、粪、消患、抽象、封装、继承、多态性等。对浆是对现 实实体静抽象，它包捂数据和操 乍两部分。数据用于箍透对象静往震、凝态，操 作则用于描述该对象的行为。在硒向对象方法中，对象数据的获取与改变必须通 避菠对象蠢舞静操作遥行。类霜予表示暴菇耪磊菠褶纭魏矮豹一缝对象，它定义 了应用于各个对象的方法、各对躲允许的操作及如何控制事件中数据等。消息搬 筮三墓酉囱型塞曲盘直圣蕴曾垄翟庄五丛 对象之间相互传递的信息，在面向对象方法中，对象必须根据其所接收到的消息 执行相应的操作。抽象指的是强调事物的主要方面，忽略其次要方面，抽象的结 果是建立一系列对象、类和子类。合理使用抽象，可以避免过早考虑细节，便于 编程人员进行抽象思维。封装指的是对象的各种外部性质同其具体的内部实现相 互分离。利用o o p 方法的信息传递和封装机制，编程人员在进行软件设计中只需 要知道对象有哪些外部性质，无需了解其内部细节，从而有助于编程人员将精力 集中于所要求解的问题。继承是派生新类的方法，通过继承，新类不仅具有旧类 的属性和方法，而且具有自己独有的实现和方法。在软件设计中，继承的使用有 助于提高该软件的可维护性、可扩充性和可重用性。多态性是指在一组具有继承 关系的类层次中，同一个消息发给该类及其该类的子类对象时，这些对象会做出 不同的响应( 即个消息，多种行为) 。多态性的使用不仅有助于编程人员进行抽 象思维，而且还为该软件的扩充提供了极大的灵活性。 2 3 面向对象程序设计方法的特点 面向对象程序设计方法有两个最重要的特征封装和继承。通过封装，对 象将其实现细节隐藏在内部，这些细节对外部对象来说是不可见的，外部对象对 该对象的作用只能通过该对象自身的操作来实现。可见，封装改变了传统的对象 作用方式，它通过隐藏细节减少了程序代码间的相互依赖，方便了对象的构造和 扩充。封装的另一作用是把对象作为一个不可分割的整体，便于编程人员进行抽 象思维。继承性则是面向对象方法的另一重要特征。通过继承，新类不仅具有旧 类的属性和方法，而且可以具有自身特有的属性和方法。由于旧类性质在新类中 不必重新定义，因此，继承提高了软件的可重用性。除此之外，继承的使用还有 一个好处，当要对软件进行扩充时，可以从类库中直接派生新类，并为该新类添 加相应的代码即可。使用这种方式进行软件扩充，由于不需要了解原有程序的内 部细节，原有程序也无需进行修改，大大提高了软件的可靠性与安全性。 图形化的电力系统计算软件，不需要用户对接线图进行节点编号，界面友好， 输入方便，使用简单、直观，不易出错，深受使用者欢迎。如本文编写一个电力 图形系统，图形系统中包含着电力系统各种电气元件及文本框等各种图形元素， 对图形元素能够实现绘制、选中、撤消、存贮等各种操作，如果考虑一个图形系 统所有的功能，不久就会把思路搞乱，但是如果把图形系统看作是一组独立的对 象的集合，问题就容易解决的多。例如可以把一个电力系统图形分成以下的主要 的对象：发电机、变压器、断路器等等，它通过将数据和处理数据的函数封装到 一起，并通过函数与外部进行联系，实现系统设计的高度结构化。例如将发电机 作为个对象，在这个对象中不仅包含了发电机数据结构，而且包含了对发电机 各种操作( 如绘制、选择等) 这样就把发电机这个对象的数据资料和处理功能融 合在了一起。面向对象的电力系统图形程序设计方法充分利用了对象使用时提供 的以下优点： ( 1 ) 设计和代码易于重用，程序可扩性强； ( 2 ) 封装性增强，提高了数据和程序的可靠性： ( 3 ) 减少了程序设计的代码量，简化了程序结构。 本文采用v b 6 0 1 9 1 开发了面向对象的电力系统图形软件，并在电力系统可视 化短路计算与电力系统故障仿真培训程序中进行应用。 2 4 主要设计思路 电力系统图形元件的绘制，可以采用位图，由于各元件的位图在绘图区拼装 而组成图形元件的变换较困难【20 1 ，本文采用绘图函数( 在图元编辑中引入有关计 算机图像处理的有关方法) ，建立元件类，可以方便的实现图形元件变换、放大与 缩小。图形元件的存贮一般可以采用文件和数据库两种方式，编辑图形时，由于 编辑绘制速度较慢，本文采取直接将图元信息存入数据库的方法，充分利用v b 对 数据库的查找、增加、删除、修改语句，操作更加方便。图元编辑包括图元绘制、 旋转、移动、删除、修改颜色、放大、缩小、文本输入等。图元设备参数输入及 修改，包括断路器、输电线路、双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、电 抗器、发电机等，参数还包括断路器合、断信息，以便使用者改变运行方式。中 性点是否接地( 对于变压器、发电机) ，以便形成零序网络。绘图完成以后，自动 形成节点编号，自动进行拓扑分析，去掉零阻抗支路和断路器支路，完成参数计 算。绘图是在p i c t u r e l 控件上进行的，图形可以滚动。 2 5 绘图工具使用说明 绘图前应该首先在“网络信息建立”界面建立网络名称。选择“绘图”菜单 后，出现网络名称选择对话框，选择网络名称后进入绘图界面。 ( 1 ) 绘图工具箱的组成 例2 1 绘图工具箱界面 f i g 2 1i n t e r f a c eo fd r a w i n gt o o l b o x 连接线是零阻抗支路，用于连接元件不形成计算网络，以使图形美观。 ( 2 ) 设置颜色 在菜单中选择“设置”中“颜色”项，弹出颜色设置对话框，单电压等级元 件和文本的颜色由颜色1 决定，双电压等级元件的颜色由颜色l 和颜色2 决定， 三电压等级的颜色分别由颜色1 、颜色2 和颜色3 决定。尽量不要用灰色。 ( 3 ) 画元件 j 鼠标在工具箱中选择要画的元件，在适当的位置按下鼠标左键，如需要旋 转，拖动鼠标旋转，元件跟着鼠标，以9 0 0 c 的倍数旋转，到适当的位置，松开鼠 标，这时会弹出设备参数输入对话框，输入完参数后，按“确定”按钮，画图结 束。按“取消”按钮，取消本次所画元件。元件连接采用自适应技术，如两个元 件的连接点相距很近时自动连接在一起。 变压器在连接时，有高、中、低压侧之分，双绕组变压器高压例在上，低压 倒在卜方；三绕组变压器高压侧在上，低压侧在下方，中压倒在中间，_ i 可改变。 ( 4 ) 标注文本 用鼠标在工具箱中选择标注文本，在适当的位置按下鼠标左键，这时会弹出 文本输入对话框，输入完参数后，按“确定”按钮。按“取消”按钮，则取消本 次操作。