（电力系统及其自动化专业论文）继电保护整定与管理系统可视化平台的研发.pdf

t h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n to f v i s u a lp l a t f o r mf o rr e l a yp r o t e c t i o n s e t t i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t a l o n g w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e ma n d c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，r e s e a r c h e s o np o w e rs y s t e mv i s u a l p l a t f o r mw h i c hh a sf r i e n d l ym a n m a c h i n ei n t e r f a c e sa n dg o o d f e a t u r e so fp o r t a b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t yb e c o m e so n eo ft h ei m p o r t a n ts u b j e c t si na r e ao f p o w e rs y s t e ma n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n p o w e rs y s t e mv i s u a lp l a t f o r mn o to n l yc a np r o v i d ea g o o dg r a p h i cp l a t f o r m ，b u ta l s ob ea b l et op r o v i d eap o w e r f u ld a t a b a s es u p p o r t sf o rt h o s e a n a l y s i sp r o g r a m c o m b i n i n gw i t hc o mc o m p o n e n ta n dp o w e r f u lm a t l a be n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o ns o f t w a r em a ye n h a n c ee f f i c i e n c yg r e a t l y a c c o r d i n gt op r e s e n ts i t u a t i o no fp o w e rs y s t e ms e t t i n gm a n a g e m e n ta n dr e q u i r e m e n t so f p o w e rs y s t e mt or e l a yp r o t e c t i o nl e v e l ，t h i sp a p e rd e s i g na n dd e v e l o pav i s u a lp l a t f o r mf o r r e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gm a n a g e m e n ts y s t e m t h i sp l a t f o r mc a nd r a ws y s t e mw i r i n gd i a g r a m a n di n p u te q u i p m e n t sd a t a p a r a m e t e r sc o n v e n i e n t l y , a n di ta l s oc a nd op o w e rs y s t e m o p e r a t i o nw o r ko ft h ed r a w ns y s t e m ，i n c l u d i n gp o w e rs y s t e mf a u l ta n a l y s i s ，r e l a yp r o t e c t i o n s e t t i n gc a l c u l a t i o n ，l o c a ls y s t e mm e r g i n gi n t op o w e rs y s t e mf e a s i b i l i t ya n a l y s i s ，p r o t e c t i o n m o t i o nl n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , p r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ，d a t aa n ds e t t i n gt a b l e m a n a g e m e n t i ta i m sa tt or e d u c ew o r k l o a do fr e l a yp r o t e c t i o no p e r a t o r s ，m a k ea n a l y s i sd a t a m o r ea c c u r a t ea n di m p r o v et h eo p e r a t i o ns a f er e l i a b i l i t yo ft h ee l e c t r i cw i r en e t t i n gt o a c e r t a i ne x t e n t f i r s t l yt h i sp a p e rd e s i g n st h eo v e r a l ls t r u c t u r eo fp o w e rs y s t e mv i s u a lp l a t f o r m ，u s et h e 3 - t i e rc o n s t r u c t i o nt om a r k so ft h ef u n c t i o nm o d u l e s ，a n dt h e nd e s i g nt h ec o n c r e t ef u n c t i o n s o fe a c hm o d u l e s e c o n d l y ，i tu s e st h eo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt e c h n o l o g ya n ds t a t ed e s i g np a t t e r n t oi m p l e m e n tt h ed i a g r a me d i tf u n c t i o n d i a g r a md a t as t o r e si n t os o m eb i n a r yf i l e s ，a n d e q u i p m e n t s i n f o r m a t i o na n d p a r a m e t e r s s t o r ei n t oa c c e s s 2 0 0 7d a t a b a s e d a t a b a s e d e v e l o p m e n tb a s e so nc i ms t a n d a r d ，w h i c hp r o v i d e sc o n v e n i e n tc o n d i t i o nt op l a t f o r m u p g r a d e t o p o l o g i c a ld a t ai sa c q u i r e du s i n gi n t e l l i g e n tl i n kl i n et e c h n i q u e ，w h i c hc o i n c i d e s w i t ht h ed e s c r i p t i o no fc i mn e tt o p o l o g i c a lm o d e l c a l c u l a t i o nm o d u l eu s ec o m c o m p o n e n t p a c k i n gm a t l a ba n a l y s i sc a l c u l a t i o np r o g r a mt oi m p l e m e n tf a s tc a l c u l a t i o n t h i sp a p e ri n t e g r a l l yd e s i g n st h es t r u c t u r eo fr e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gm a n a g e m e n t s y s t e m v i s u a lp l a t f o r m ，a n dd e v e l o pm o s to ft h ef u n c t i o n s t h e r ea l s oe x i s t ss o m ed e t a i l sn e e dt o i m p r o v ea n dp e r f e c to ft h i sp l a t f o r m b e c a u s eo ft h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o ds t r i c t l ya b i d e sb y 大连理工大学硕士学位论文 t h ep r i n c i p l eo f3 - t i e rc o n s t r u c t i o n ，t h ed e g r e eo fc o u p l i n ga m o n gt h em o d u l ei s v e r yl o w ， w h i c hb u i l d sa m a s s yf o u n d a t i o nf o rp l a t f o r mu p g r a d ea n dd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：r e l a yp r o t e c t i o n ：v i s u a l i z a t i o n ：o b j e c to r i e n t e d ：c i ms t a n d a r d ；d a t a m a n a g e m e n t i i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：之醇 日期：金塑! ! 丝 犬连理j ：人学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定，同意大连理王大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复窜件和电子版，允许论文被查阕和借阕。本人授权大连理 王大学可以将本学位论文的全部。或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：二垂牡 导师签名：圣!奎圣 大连理1 ：大学硕十学位论文 1绪论 1 课题提出的意义 电力系统继电保护装置是保证电力系统安全可靠运行的重要且必不可少的手段。它 能够迅速将故障部分切除，避免故障危害的扩大，把可能出现的损失减少到最小，以保 证电力系统运行的稳定性，并最大限度地使电网的非故障部分继续可靠地供科。 继电保护在技术上必须满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性1 2 1 。 ，( 1 ) 选择性：指继电保护动作时，只能选择故障元件从毫力系统中切除，藤保证 非故障元件能继续安全运行，使故障造成的停电范围最小。 ( 2 ) 速动性：指保护装置动作的时闻应尽量短。故障切除时间钮括继电保护动作 时间和断路器的跳闸时间。保护动作速度快，切除故障的时间就短，这可以减小故障元 件的损坏程度，缩短用户在低压下的工作时间，提高系统并列运行的稳定性。 ( 3 ) 灵敏性：指继电保护对其保护范围内发生的故障或不j 下常运行状态的反映能 力。即保护装霹对规定的保护范围内的故障应不管短路点的位置远近、短路类型如何， 均能敏锐感觉，正确反映。 ( 4 ) 可靠性：指保护在应该动作时，不要拒动；在不应该动作时，不要误动。 上述t ；四性”要求中，除可靠性要依赖于继电保护装置外，继电保护的选择性、速动 性、灵敏性则要依赖于整定值的准确、可靠。因此，继电保护定值计算工作一直是继电 保护人员的核心工作，它直接关系到电礴运行的安全，做好这项工佟是电弱安全运行的 必要条件【3 1 。 通常，保护定值计算主要依靠人工并辅以专用计算工具的方式进行，一般要经过以 下步骤【4 】： ( 1 ) 绘制电力系统接线图； ( 2 ) 绘制电力系统阻抗图，包括正序、负穿、零序三个痔网； ( 3 ) 对设备参数进行标幺值计算，建立电力系统设备参数表； ( 4 ) 确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度； ( 5 ) 根据故障计算结果、保护原理、用户经验进行保护整定计算，并需进行校验。 建立各种继电保护整定计算表； ( 6 ) 对设备参数和定值数据的管理进行人工管理； ( 7 ) 按继电保护功能分类，分别绘制出整定值图； 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 ( 8 ) 编写整定方案报告书，着重说明整定的原则问题、整定结果评价、存在的问 题及采取的对策等。一般应包括：方案编制时间、电力系统运行方式选择原则及变化限 度，主要的、特殊的整定原则等。 随着电力系统的发展，网络规模越来越大，系统结构越来越复杂。但是人工手算方 法或计算机辅助的手算整定方法，计算量太大、计算时间太长( 例如东北电力系统仅计 算一次全网零序保护的整定计算，就耗时2 3 个月) ，已经无法满足生产的需要。在整 定计算时，在运行方式的选择上，只能计算少数一二种有代表性的运行方式而不能考虑 所有可能的运行方式；在算法上，对一些复杂的计算，往往要做若干简化或根本不予考 虑( 如多回并行线的零序互感，变压器变比的改变，多重故障的计算，非全相运行和非 全相振荡的计算等等) ；在保护范围和相互配合计算上只能作较粗的处理；而且稍有疏 忽就可能出现误整定等等。所有这些使保护定值的计算准确性精度受到限制，无法适应 电网运行方式的变化，很难保证定值的整定与配合为最佳，故人工计算已无法满足电网 安全运行的要求p j 。 随着计算机科学技术的迅猛发展，面向对象的编程思想、形象直观的可视化技术手 段在继电保护整定计算和管理领域中的应用受到了电力工作者的重视，已成为电力系统 继电保护领域的热点课题之一。利用计算机代替人工手算进行保护定值计算，不仅可以 大幅度提高计算速度，确保定值准确可靠，充分发挥保护装置的效能，还能够防止人为 因素产生的误整定，为电力系统的安全运行提供可靠的保证。另外，用图形来描述电力 系统网络结构，在图形上标注数据，不仅可以使计算分析结果一目了然，也可以在图上 及时发现故障并排除，使得复杂的继电保护整定计算和管理变得更加直观【5 1 。 因此，运用面向对象编程思想、大型矩阵计算、可视化图形编辑及数据库等计算机 技术，结合地区电网继电保护整定工作的实际情况，开发一套综合的继电保护整定管理 可视化系统来实现地区电网继电保护图形化管理是非常有意义的工作。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1继电保护整定计算的发展 继电保护整定计算的工具和方法随着科学技术的不断进步而不断地改进。无论是在 国际还是国内，就其发展历程而言，大致可归纳为三个阶段【6 】： 第一阶段是全人工计算阶段。整定人员通过y 变换简化网络，计算出分支系数 和短路电流，在按照整定规则对各种继电保护装置逐一整定，工作难度很大，效率十分 低下。 大连理j i ：大学硕十学位论文 第二阶段是半人工计算阶段。即：人工计算+ 故障电流计算程序。保护定值计算中 各种故障电流的分析计算用计算机来完成，保护定值的计算还需要整定人员手工完成。 第三阶段是计算机整定阶段。较为成熟可靠的整定计算程序完全取代了整定人员的 手工劳动，使继电保护整定计算工作变得准确和快捷。 利用计算机进行继电保护整定计算，在理论上最早见诸文献的是g e p h a d k e 的“利 用计算机计算过流保护定值的方法 一文( 1 9 6 3 年) 。其发展历经几十年而不衰，无论是 在国内的核心学术期刊上还是国际上的i e e e 上，同继电保护整定计算相关的新技术、 新应用层出不穷。 最初，人们采用离线批处理的方法解决保护整定问题，随后逐步发展了人机交互式 的方法，使保护工程师们能对计算机整定的过程进行人工干预。在保护的整定配合问题 上，引入了图论方法进行分析。其中，1 9 6 9 年，k n a b l e l 7 1 首次把保护整定计算与相关顺 序矢量r s v ( r e l a t i v es e q u e n c ev e c t o r ) 联系起来，他采用试探法确定r s v ，并且提出， r s v 序列中的起始点保护就是断开点；1 9 8 0 年，d w a r a k a n a t h 和n o w i t z 驯提出了运用网 络图论的概念确定环网中顺序序列的方法，第一次将网络图论和保护配合关系联系起 来，以后的其他工作大多是在他的基础上加以改进的。作者首次对简单回路矩阵l ， 有向简单回路矩阵l d 以及r s v 的形成进行了推导，并提出了选择断开点的条件和计算 方法；1 9 8 4 年，b a m b o r g 、r a m a s w a m l 和v e n d a t a i 9 j 等人针对网络中存在的t 接线情况， 提出了虚拟节点的概念还指出了主保护后备保护( p b ) 对的概念和求法，为线路保护 整定算法的提出打下了基础；1 9 8 8 年，b a p e s w a r a g a o 和s a n k a r a r a o l l o j 进行了进一步的 改进工作，提出了一种可减小工作量、提高计算速度的求取简单回路矩阵l 的新方法， 并且运用布尔法研究了最小断开点集的求法；1 9 9 1 午，陈允平等提出通过构造s 函数， 用布尔法求解最小断点集( m b p s ) ；1 9 9 2 年，陈允平1 1 1 】等针对l 求法作了改进工作， 澄清了简单回路的概念，改j 下了求l 的错识，进一步完善了l 的求法；吕飞鹏等1 1 2 1 提出了一种利用方向保护之间的主后备配合依赖关系和深度优先搜索回溯技术，建 立搜索所有有向基本回路的新方法，降低了问题的复杂性，弥补了现有指数复杂性方法 的不足。 这些经典的继电保护整定计算理论的丰富和完善，为现代计算机辅助整定计算理论 的发展构筑了坚实的基础，也为该技术的进一步发展提供了丰富的源泉。 近年来，随着各种新技术的不断涌现，为计算机辅助整定计算的发展提供了新的契 机，应用这些新技术开发出来的新一代整定计算软件，功能更加强大，整定速率和整定 效率都极大的提高，很好的满足了当今电力系统飞速发展而对继电保护整定工作提出的 新的要求。 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 目前这些新技术主要涉及以下八个方面： ( 1 ) 自定义规则的实现。由予在电力系统中，电网结构复杂多变，保护配髭和系 统运行方式也不是一成不变的，因此，整定规则也日趋复杂很多规则都带有一定的个 性，无法适用于所有的电网，整定计算人员希望整定计算软件能够提供一定的入机干预 功能，使整定工作变褥更加灵活，可靠。例如：可以入为干预网络的断点、保护整定顺 序、可靠系数、分支系数等。 ( 2 ) 数据库技术的应焉。由于整定计算软件在工作的过程中需要处理形形色色的 数据，保存并输出中间计算结果和最终定值，应对用户的各种添加、查询、修改、删除 等数据操作，这就要求软件必须其备一个强大的稳定的数据库弓| 擎，荐辅以合理的数据 结构，来保证这些数据调用的可靠性和快速性【l 引。日前，o r a c l e ，s o ls e r v e r , a c c e s s 等 大中型数据库系统在继电保护整定计算软件的开发中得到了广泛的应用。 ( 3 ) 专家系统。专家系统作为人工智能的一个重要的实际应用手段，在继电保护 整定计算领域获得了成功的应用。它用计算机来模拟人类专家的推理决策过程，从而用 电脑代替人脑来完成继电保护整定计算工作。整定计算专家系统与一般的整定计算软件 的不同之处在于：一般的整定计算软件将整定计算需要用到的一部分知识隐含的编入程 序中，努一部分知识保存于操作人员的藏子里，需要人们凭经验手工操作；忝专家系统 则可以将所有知识存放在一个可以扩充修改的知识库中，并用一个具备推理决策能力的 推理机来专门管理使用这些知识【孙弱】。由此可见，继电保护整定计算专家系统的研制和 应用，可以极大的提高继电保护整定计算的灵活性和可靠性，具有巨大的经济效益和社 会效益。 ( 4 ) 人王神经嬲络。入工神经网络在继电保护及故障诊断中的正得到逐渐广泛的 应用1 1 7 1 。文【1 8 j 基于神经优化计算原理，提出了m b p s 问题的神经计算方法，将m b p s 的计算归结为解不等式欠定方程组，建立了相应的o l 整数二次规划a n n 模型， 也从一定程度上降低了大规模复杂环网m b p s 问题计算的复杂性。a n n 为我们提出了 解决问题的新的思路。 ( 5 ) 在线自适应继电保护整定技术。近年来出现了在线自适应技术用于继电保护 的整定i 1 9 - 2 。文献 2 1 1 从控制系统的角度，基予模式识别原理和扰动域的概念研究了大 电网分布式自适应继电保护系统的实现方法。根据扰动域的概念，提出了计算机系统对 于自适应控制器的局部控制方式。基于模式识别原理，介绍了将电力系统运行方式变化 变换成相应的运行模式的方法，在此基础上，提出了拢动域内子鲁适应控制器昀整定值 按模式离线计算、分散存储、在线运行的工作机制。这种分布式自适应继电保护系统具 人连理j ：大学硕十学位论文 有在线整定计算速度快、所需存储与交换信息量少、可人工干预自适应继电保护系统的 整定计算过程、在线整定计算速度与电网规模基本无关等特点。 ( 6 ) 图形化操作技术。直观的图形操作也越来越成为整定软件的基本要求1 2 玉川。 文献 2 2 1 提出了一种界面图形化的电力系统短路计算智能系统，它以电网拓扑结构数据 库为基础，采用了图形界面和人工智能的广度优先搜索技术，这种方法的优点是人机界 面友好，易于操作。另外，文【2 3 】介绍了华东电网图形方式短路电流计算软件。该软件 在图形功能方面较之前者更完善，具有单独的图形显示系统、图形编辑系统、坐标定位 系统、图形打印系统等配套程序，未来需要进一步将图形功能与整定计算结合起来。 ( 7 ) 最优化技术的应用。文【2 5 】引入最优化技术解决最优保护定值的选取问题，使 得整定计算软件遵循最优化原则确定的整定值更加可靠，更加符合网络的实际情况，更 具使用价值。该技术的难点在于最优化规则的确定，一个好的解决办法是将最优化技术 跟专家系统结合起来，将这些最优化规则，看作是专家经验i l 引，作为知识库的一部分存 储起来，允许用户根据网络实际情况增添修改这些规则。 ( 8 ) 基于w e b 的继电保护整定计算。随着i n t e m e t 、i n t r a n e t 技术的普遍应用，越 来越多的应用系统正朝着基于w e b 的方向发展，电网管理信息系统的发展也要求将各 类信息公开化【雏2 9 1 。因此基于w e b 技术的继电保护定值整定和信息管理系统就很好的 满足了这一需求，它可以实现继电保护配置信息，定值单和工作组信息的网络化管理， 且允许i n t e m e t 用户通过防火墙访问。 总之，继电保护整定计算软件正朝着在线实时化、可视化、智能化、网络化、最优 化方向发展，开发人员的任务就是朝着这一目标努力，开发出最能满足用户需求，最能 适应现代电力发展的新一代功能强大的继电保护整定计算软件。 1 2 2电力系统可视化平台的发展和现状 可视化( v i s u a l i z a t i o n ) 是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形 或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形 学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处 理、决策分析等一系列问题的综合技术。可视化技术最早运用于计算科学中，并形成了 可视化技术的一个重要分支科学计算可视化( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ) 。 科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的 数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空问变化的物理现象或物理量 呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。科学计算可视化自1 9 8 7 年提出以 来，在各工程和计算领域得到了广泛的应用和发展i 弧3 1 j 。 继电保护繁定与管瑷系统可视化平台的研发 可视化技术与计算机图形学在电力工业中有着广泛的应用，基于图形界面对数据和 网络拓扑进行分析处理以及操作管理是其中一个重要的方向，已经开展了许多的研究工 作。将图形技术引入到电力系统的软件开发中，建立和维护电力系统网络拓扑，通过图 形界面分析和表达数据，对解决电网数据信息不断增多，拓扑结构经常变化的问题可以 起到很大的作用。较早就有文献提出，充分利用入的图形感知能力，用图形表达电力系 统信息，可以大大提高对电力系统运行状态的理解p 引。 国际上不少学者盘上个世纪年代开始注意将计算机图形技术弓| 入电力系统分孝厅 软件，可视化图形方式逐渐成为电力系统分析软件中重要的人机交互方式，电力系统的 图形生成系统也越来越为入们所重视。如何提供快捷、方便的图形界面生成系统也更为 人们所关注。 从电力系统图形生成系统图而言主要经历了以下几个过程： ( 1 ) 软件开发者预先绘制好图形，形成图形文件存在磁盘上，使用时再调用这些 图形。这种方法，它增加了用户维护的负担。例如：每增加一个厂站，必须请软件设计 人员重新作图。否则用户需要花较长的时闻了解馋图程序，这对放事电网管理人员来说 是一种很大的负担。 ( 2 ) 随着计算视图形软件的发展，一些商用绘图软彳牛应运丽生，如美国a u t o d e s k 公司推出的a u t o c a d 等。这些通用的绘图软件具有很强的图形编辑系统，它提供了一 个图形输入、编辑和输出的完整工作环境。电力系统的一些单位至今都还在借助这些通 用的图形软件作为图形生成系统。这种方式是借助计算机全手工编辑方式。 ( 3 ) 电力系统专用图形编辑软件的开发。这主要得益予计算机图形软件的发展。 计算机图形学和图形软件的发展，使得多种计算枫语言具有图形生成和处理功缝。如 t u r op a s c a l 、t u r b oc 、a u t o l i s p 、o b j e c ta r x 、v i s u a lc + + 、v i s u a lb 、d e l p h i 等。不少 学者正是借助这些语言开发了电力系统专用的图形编辑软件。其方法是将电力系统主接 线中所用的元件规范化，用一个个图形符号来表示。例如，发电机，三相变压器，两相 变压器，母线等都有专门符号。这样，比借助通用的绘图软件进行绘图要方便、快捷得 多。但它仍然是靠人工编辑。 当前，这种电力系统专用图形编辑软件主要通过两种方法开发而来： ( 1 ) 利用a u t o c a d 等商用绘图软件为基础进行二次开发。美国a u t o d e s k 公司推 出的a u t o c a d 绘图系统具有灵活性和广泛的开发性，使得众多的应用程序选择它作为 图形设计、编辑及前后处理的支撑平台。它具有开放的体系结构，允许用户和开发者在 几乎所有方面对其扩充和修改( 即二次开发) ，能最大限度地满足用户的特殊要求l 川。 人连理i ：人学硕十学位论文 ( 2 ) 把面向对象的技术和图形技术相结合，利用v i s u a lc + + 等高级语言进行开发。 它采用了面向对象的数据库去管理它们的图形实体，包含了电力系统接线图所需的所有 图元，具有强大的图形编辑功能，并与外部数据库进行了联系，为现在大多数先进电力 系统分析软件和仿真系统所采用【3 3 。6 1 。 1 3 论文主要工作 图形化技术在电力系统软件中的应用，是理论问题与工程实际紧密结合的。电力系 统可视化平台应作为一个通用平台，它能够在图形层完成电力系统主接线图的绘制，并 真正能够在这一层完成拓扑分析。这就要求画在图片框中的各个元件图形之间能够做到 逻辑上的连接。除了图形编辑模块外，数据库模块用a c c e s s 2 0 0 7 作为后台支持，定值 模块则利用c o m 控件打包m a t l a b 分析程序来实现。在编程过程中采用三层结构，运用 面向对象思想使各个模块之间关系弱耦合化，使平台升级扩展更加容易，更适合团队合 作或延续完成。 本文基于电力系统应用软件对图形系统的要求，详细分析图形平台开发应具有的功 能，综合借鉴以往图形系统的优点，提出了一个通用图形平台的整体设计方案，并且较 为完整地对此平台进行开发。 本文所做工作的主要内容如下： ( 1 ) 深入探讨继电保护整定计算的发展过程和新技术的出现、可视化图形技术的 发展及其在电力系统中的应用，明确继电保护整定计算和管理系统实现的关键技术。 ( 2 ) 研究电力系统可视化平台的开发环境及语言，程序功能设计及实现，其中包 括：程序的结构说明、开发过程中使用的技术思想以及部分重要代码。 ( 3 ) 实现图形拓扑关系中最重要的部分一智能连接线，其中包括智能连接线产生的 必要性、作用以及实现的方法。 ( 4 ) 通过对鞍山地区“干熄焦 小系统的整定分析来说明此平台的使用及功能。 ( 5 ) 对全文进行总结并提出将来还需要进一步开展的工作。 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 2 继电保护整定管理系统可视化平台的实现 2 1 平台开发相关概念 2 1 1v i s u a is t u d i o2 0 0 5 平台的特点 n e t 框架是一种新的计算平台，它简化了在高度分布式i n t e r n e t 环境中的应用程序 开发。n e t 框架旨在实现下列目标【3 7 j ： ( 1 ) 提供一个一致的面向对象的编程环境，而无论对象代码是在本地存储和执行， 还是在本地执行但在i n t e r n e t 上分布，或者是在远程执行的。 “ ( 2 ) 提供一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境。 ( 3 ) 提供一个保证代码( 包括由未知的或不完全受信任的第三方创建的代码) 安 全执行的代码执行环境。 ( 4 ) 提供一个可消除脚本环境或解释环境的性能问题的代码执行环境。 ( 5 ) 使开发人员的经验在面对类型大不相同的应用程序( 如基于w i n d o w s 的应用 程序和基于w e b 的应用程序) 时保持一致。 按照工业标准生成所有通讯，以确保基于n e t 框架的代码可与任何其他代码集成。 n e t 框架具有两个主要组件：公共语言运行库和n e t 框架类库。公共语言运行库 是n e t 框架的基础。您可以将运行库看作一个在执行时管理代码的代理，它提供核心 服务( 如内存管理、线程管理和远程处理) ，而且还强制实施严格的类型安全以及可确 保安全性和可靠性的其他形式的代码准确性。事实上，代码管理的概念是运行库的基本 原则。以运行库为目标的代码称为托管代码，而不以运行库为目标的代码称为非托管代 码。n e t 框架的另一个主要组件是类库，它是一个综合性的面向对象的可重用类型集 合，可以使用它来开发包含从传统的命令行或图形用户界面( g u i ) 应用程序到基于 a s p n e t 所提供的最新创新的应用程序( 如w e b 窗体和x m lw e bs e r v i c e s ) 在内的应 用程序。 2 1 2v i s u a lb a s i c2 0 0 5 语言特点 v i s u a lb a s i c 一直以来很受人们的欢迎，它简单易学，并提供了大量工具和语言方 面的功能，主要用于创建有着丰富用户界面的应用程序。v i s u a lb a s i c2 0 0 5 是微软公司 推出的v i s u a lb a s i c 的最新版本，也是v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 中的重要开发工具，随着n e t f r a m e w o r k 和v i s u a ls t u d i o 的升级，其功能得到了进一步提升。其中最重要的增强功能 就是n e tf r a m e w o r k 引入了泛型。使用泛型可以很轻松地创建特定于所存储的对象类 大连理t ：大学硕士学位论文 型的集合。另一个增强功能就是简称为“m yo b j e c t 的功能。该功能使丌发人员能够 快速而简单地访问各种信息。例如，m y a p p l i c a t i o n l o g w r i t e e n t r y 可将信息写入一个文 本文件、事件同志或者其他目标。v i s u a lb a s i c2 0 0 5 还包括很多新的关键字。例如，i s n o t 和n o t h i n g 一起使用可以使比较运算变得更加容易。过去通常必须编写i fn o tx i s n o t h i n gt h e n 。现在，则可以写成羚xi s n o tn o t h i n gt h e n 。另外，v i s u a lb a s i c2 0 0 5 还 支持运算符重载以及很多其他的高级编程功能。 v i s u a lb a s i c2 0 0 5 的优势在于矧其易用性和速度，利焉该语言，可敬轻松瑟快捷地 编写出w i n d o w s 应用程序、w e b 应用程序、移动设备应用程序和w e b 服务。 2 1 3 面向对象设计思想 面向对象方法按照人类认识世界的方法和愚维方式来分析和解决问题，将自然界中 的任何事物、概念都看作是对象。在计算机中建立的对象与现实世界存在的对象是一一 对应的。人们分析问题和解决问题的过程，在计算机中，就是给对象进行分析和加工豹 过程。 面向对象方法采用对象观点，主要思想如下p j ： ( 1 ) 客观世雾是由许多对象组成的，每种对象都有其自身的状态和改变其状态的 运动规律。 ( 2 ) 面向对象方法利用“抽象数据类型 对客观世界进镗拟合。抽象( a b s t r a c t i o n ) 能够有效管理问题的复杂性，其作法是划分出与该问题相关的一组对象。在计算机中， 现实世界中对象的状态用数据来描述，状态的改变规律用处理过程( 操作) 来描述。相似 的对象抽象为类。类由数据和操作共同组成，并进行必要的封装。对象由类来生成并自 动拥有类所定义的特性。 ( 3 ) 对象之间相互通讯使用的唯一方式即：消息传递。系统内各对象之间的联系是 通过消息通讯方式进行的。这不仅真实地模拟了现实世界，而且使得构建的软件系统呈 柔性，是真正的耦合系统。 面向对象方法可以简明的用下面的等式来表示： 面向对象方法= 对象、类+ 结构与连接+ 继承+ 封装+ 消息通信 面向对象的软件开发方法( 见图2 1 ) 是面向对象方法在软件工程领域的全面运用。 它包括面向对象的分析( o o a ) 、面向对象的设计( o o d ) 、面向对象的编程( o o p ) 、 面向对象的测试( o o t ) 和丽向对象的软件维护( o o s m ) 等主要内容。从分析与设计 阶段就开始运用面向对象方法，比仅仅用面向对象的编程语言来编程更为重要，并且能 从根本上发挥蕊向对象方法与技术的优势。 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 0 0 0 a o d 图2 1 面向对象的软件开发方法 f i g 2 1 o b j e c to f i e n m ds o f t w a r ed e v e l o pm e t h o d 2 2 可视化平台系统结构流程设计 2 2 1系统三层结构设计模式 系统三层结构就是指整个应用划分为表示层一业务逻辑层一数据访问层一数据库 等，明确地将客户端的表示层、业务逻辑访问、和数据访问及数据库访问划分出来，便 利于系统的开发，维护、部署和扩展。 三层结构设计思想的一个原则：上层调下层、上层对下层是不可见的。表现层只调 用逻辑层，表现层主要是取得页面的数据传到逻辑层，和把从逻辑层得到的数据显示到 页面上。逻辑层负责把数据加工整理传到数据层和把从数据层取得的数据加工。数据层 就只负责把数据对数据库操作。业务逻辑层就是给上层和下层下达命令和调节行为的 中间层。 ( 1 ) 表示层：负责直接跟用户进行交互，是指我们的前台，用于数据录入，数据 显示等。只做与外观显示相关的工作。 ( 2 ) 业务逻辑层：用于做一些有效性验证的工作。以更好的保证程序运行的健壮 性。 ( 3 ) 数据访问层：用于专门跟数据库进行交互。对数据的添加，删除，修改，显 示等。需要强调的是所有的数据对象只在这一层被引用。 三层结构设计模式最大程度地保证系统平台运行的安全性。用户端只能通过逻辑层 来访问数据层，减少了入口点，把很多危险的系统功能都屏蔽了。外层不会涉及任何数 据处理，他的任务是设置界面，获取数据，输出数据。业务层最重要，所有数据处理在 人连理f ：大学硕十学位论文 这里，如何运用外层提供的数据处理业务。数据库层调用存储过程，返回数据集或其他 所需数据。 2 。2 。2 系统设计流稷图 图2 2 程序流程图 f i g 2 2p r o g r a mf l o wc h a r t 说明：程痔入琵有两个，新建和打开工程文件。 ( 1 ) p i c t u r e b o x 的e n a b l e 属性为t r u e ，空白工程文件。 ( 2 ) 新建文件时要求输入编辑图形的名称，同时将数据库模板拷贝一份与图形名 称相同的数据库文件，这时就进入图形编辑状态了。 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 ( 3 ) 编辑好的图形保存，按元件的连接状态的不同显示为不同的颜色。此后就进 入参数录入模块。另一个入口为打开文件，连接与之同名的数据库文件，直接进入参数 录入模块。 ( 4 ) 当希望重新对图形文件进行编辑时，点击图形编辑按钮则返回到图形编辑状 态。 ( 5 ) 单击设备图元弹出数据录入窗口，当设备信息完整时单击确定键保存数据到 数据瘁，否则僚持原有的数据状态。数据状态完整的设备以绿色表示，否则以黑色表示。 当所有宪全连接设备数据状态均完整时点击定值计算按钮进入计算模块；若非则提示并 返回录入设备信息。 “ ( 6 ) 后台运行m a t l a b 分析程序，无电流经过支路以灰色表示。不同计算功能输 入相应参数，运行相应的后台计算程序，输出络果到窗口和数据库。 2 。3 图形编辑模块的实现 2 。3 。图形编辑模块实现的基本结构 程序采用状态模式建立程序主体结构。项目文件包括元件类及其继承类，鼠标接口 类以及辅助类。对于各个类中重复率较高的代码可以在公共模块m p u b l i c 中定义为公共 函数，并传递一定的参数，以达到减少代码量的是的。 ( 1 ) 元件类结构 电气设备元件定义为c e l e m e n t ，这是一个必须继承的类定义，不可实例化。继承关 系如图2 3 所示。图中所有末端元件才可实例化。元件类中定义的各项属性、函数、过 程在子类中需要重写，不同的设备元件重写的代码也有所不同。具体定义见附录中1 。 在类中定义的各个属性( p r o p e r t y ) ，功能函数( f u n c t i o n ) 以及过程( s u b ) 在元 件类的继承中必须重写( m u s t o v e r r i d e ) 。因为在图形层的实现中，将元件的图层信息 存储在集合g c s 0 中，两这个集合又是定义为元件基类的集合，因此必须将所有的属性在 此基类中声明，否则元件的拾取平移等动作将无法实现。因为g e s o q b 的存储对象是被看 做c e l e m e n t 对象，露不是具体魏发电机对象或其它子继承类的对象，两在c e l e m e n t 中 未声明此过程，系统将无法识别。现声明了此过程，在调用时因为子继承类重写了此过 程，因此在写g e s o d r a w 语句时，系统将调用该对象中重写的过程函数。这样就实现了 不同对象的同名函数执行不同的功能，也就是多态的实现。 使用r e a d o n l y 属性的代码不可以设置值，但是具有基础存储访问权限的代码可以 随时赋值或更改值。只可以在声明或者在定义类或结构的构造函数中，将一个值赋给 人连理上人学硕士学位论文 r e a d o n l y 变量。例如元件类中的只读属性i d ，就只可以在其子继承类被实例化时的构 造函数n e w 中赋值。 图2 3 元件类继承关系图 f i g 2 3 c e l e m e n ti n h e r i tr e l a t i o n ( 2 ) 鼠标接口类结构 接口类分类图如图2 4 所示，树末端的类实现了鼠标接口。其中创建元件部分中的 类实现了对应的元件类对象以及连接线对象的创建，调整元件实现了母线以及连接线的 调整动作，动作状态则实现了元件的平移和拾取动作以及进行数据录入时的鼠标动作 继电保护整定与管理系统可视化平台的研发 剑建接口 创建缓电枫l c c r e a t e g e n e r a t o rl 嚣2 = 二盎。 二翟 刨建横向变运嚣l c c r e a t e t r a n s f o r m e r hl 戮荔= 篓：荔施。二= = ：三：二嚣= ：嚣 创建纵向变压器l c c r e a t e t r a n s f o r m e w 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