（电力系统及其自动化专业论文）电网规划软件开发相关问题研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t n e t w o r kp l a n n i n gi so n eo ft h ec o r ep a r t sf o rp o w e rs y s t e me x t e n s i o np l a n n i n g a n d n e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r ep l a yav e r yi m p o f l a n tr o l ei nn e t w o r kp l a n n i n gw o r k w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kp l a n n i n ga l g o r i t h ma n dt h eu s eo fc o m p u t e r sd u r i n g l a s tt w od e c a d e s ，m a n yn e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r ec a m ei n t ou s e ，w h i c hh a v ec h a n g e dt h e s i t u a t i o no fh a n d w o r k ，i m p r o v e dt h ew o r ke f f i c i e n c yg r e a t l ya n dr e l i e v e dp l a n n e r sf r o m h e a v yw o r kb u r d e n h o w e v e r ，t h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di n t e m e t m a k e st h es o f t w a r en ol o n g e rm e e tt h en e e do ft o d a y sn e t w o r kp l a n n i n gw o r k t h e nw e d e v e l o p e dt h en e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r eb a s e do nc l i e n t s e r v e rm o d e ln a m e dn e t p l a n n e t p l a n i n t e g r a t e sw i t h t h el o a df o r e c a s t i n gs o f t w a r ea n dt h eg e n e r a t i o np l a n n i n gs o f t w a r e o nt h eu n i f i e dd a t ap l a t f o r m ，s u p p o r t s c o o p e r a t i v ew o r ko fm u l t i u s e r , a n d h a sg r a p h i c o p e r a t i n gi n t e r f a c ea n dd a t a b a s em a n a g e m e n tf u n c t i o n s i tc a l la l s op r o v i d ea u t o m a t i ca n d i n t e l l i g e n tc a l c u l a t i o n s t h et h e s i sp l a c e sf o c u s e so no ft h em a i ns o f t w a r en e t p l a na n ds o m eo t h e rr e l a t i n g p r o b l e m s f i r s t ，t h em a i nf r a m eo fn e t p l a n i sp r e s e n t e da sw e l la si t s i m p l e m e n t a t i o n ， m o d u l ea n dc h a r a c t e r i s t i c sc o m p a r e dt oo t h e rc o m m e r c i a ln e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r e s o m e c r i t i c a lt e c h n o l o g i e sa d o p t e db yn e t p l a na r ea l s od i s c u s s e d ，s u c ha sd a t am a n a g e m e n t ， m u l t i u s e ro p e r a t i o n ，g r a p h i cp l a t f o r m ，t a s k sp r o c e s s i n gi nb a t c h e s s e c o n d ，t h em o d e l sa n d a l g o r i t h m si nt h e f i e l do fn e t w o r kp l a n n i n ga r ep r e s e n t e d s u m m a r i l y ，a n dt h eh e u r i s t i c r e t r o g r e s s i v em e t h o di sd i s c u s s e di nd e t m l t h i r d ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ep r o b l e m so nn o n c o n v e r g e n c e o fl o a df l o wc a l c u l a t i o na n d p r e s e n t sc o r r e s p o n d i n gd e b u g g i n gm e a s u r e s f o u r t h ， a s pa n dj 2 e et e c h n o l o g yb a s e do nb r o w s e r s e r v e rm o d e la l ed i s c u s s e d f i n a l l y ，t h et h e s i s g i v e st h es u m m a r y ，a n dp o i n t so u tt h ed e v e l o p i n g t r e n do f n e t w o r k p l a n n i n g k e yw o r d s ：n e t w o r kp l a n n i n g ；s o f t w a r ed e v e l o p m e n t ；p l a n n i n ga l g o r i t h m ；l o a df l o w c a l c u l a t i o n ；b sm o d e l n 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 电力工业是国民经济发展的先导行业，对整个国民经济的发展具有重大影响，电 力工业发展过缓，将会制约其它行业的发展，成为国民经济发展的瓶颈，电力工业发 展过快，将会积压大量宝贵的国家建设资盒，造成资会使用的浪费。因此，根据国民 经济的发展现状和对未来发展的预测情况，预先对电力工业的发展进行科学合理地规 划就显得十分必要。 电力系统是电力工业的具体体现。电力系统的扩展规划从内容上看，主要包括负 荷预测、电源规划、电网规划三个部分。电力系统的扩展规划的流程是：以目前的电 力系统为基础，首先根据国民经济的现状和发展情况，预测未来的负荷需求；然后根 据未来的负荷需求，确定新建电源的情况；最后根据未来的负荷需求和新建电源情 况，确定满足安全性、经济性的输电网络方案。 电网规划的具体工作内容是：在负荷预测和电源规划基本完成，未来一个时期内 负荷和电源发展规模以及布局已知的基础上，确定什么时间、什么地方需建设什么电 压等级及多少回输电线路，才能保证电力系统安全运行，同时所需投资和运行费用最 小。 一般认为，电网规划的方法大体经过三个发展阶段。3 。第一阶段，根据规划期原始 输电网络，已有的和拟建的电源以及负荷需求，人工提出许多可行的输电网络扩展方 案，手工计算校验，得到满足电力系统安全性的备选方案，再进行经济性比较，最后 确定投资最省的输电网规划方案；第二阶段，在提出输电网规划方案形式上与第一阶 段相同，都是由人工提出可行方案，不同之处在于规划方案的计算校验形式由第阶 段的人工校验变为计算机辅助分析校验，这是因为输电网规模的扩大使人工校验计算 变得十分复杂，而计算机技术的发展使人们可以编制一些辅助计算程序来完成方案校 验中重复性的计算工作，从而提高了规划工作的效率和计算的准确性；第三阶段，由 计算机根据规划期原始输电网络，已确定的电源情况和负荷需求，结合输电走廊、社 l 华中科技大学硕士学位论文 会环境等实际情况，进行输电网络的优化规划，自动生成规划方案，然后进行方案校 核分析，经济性分析，最终获得输电网规划最优方案。 随着现代电网规模越来越大，电网结构日益复杂，人们需要从以几何级数递增的 组合中筛选出最优规划方案，需要完成复杂繁重的校核计算，这些都对电网规划软件 提出了更高的要求。现代规划优化技术和计算机技术的发展，使电网规划软件的功能 越来越强大，界面越来越友好，成为规划工作中必不可少的利器，为提高电网规划水 平、减轻规划人员劳动强度做出了巨大贡献。 1 2 电网规划软件现状 目前，国内外已有一些应用于电网规划领域的比较成熟的商业软件。国内应用于 电网规划领域的软件产品主要有电力系统分析综合程序软件包( p s a s p ) 。1 和b p a 软件 包( 中国版) c 4 9 这两个软件产品均由中国电力科学研究院研制开发，主要应用子我国 电力公司的规划设计、调度运行等部门，受到了用户的广泛好评。国外应用于电网规 划领域的软件产品主要有e d s at e c h n i c a l2 0 0 0 ( 美国e s d a 公司) 、t r a n s m i s s i o n 2 0 0 0 ( 美国c a i 公司) 、p s a p a c ( 加拿大p l i 公司) 、p o w e r s t a t i o n ( 美国e t a p 公 司) 、n e p l a n e l e c t r i c i t y ( 瑞士b c p 公司) 等，由于国外的软件产品价格较高，在 国内应用不多。 国内外应用于电网规划领域的软件产品的比较如表1 1 所示，它们在模型和功能 上，有如下一些共同特点：程序计算规模大，完全能够满足对现代大型电网进行分 析计算的要求；潮流计算方法基本上采用了快速解耦法和牛顿法两大潮流计算基本 方法，满足了潮流计算的不同要求；发电机模型基本上包括了经典模型和考虑两轴 上阻尼绕组影响的几种模型；负荷模型基本上包括了恒功率模型、恒阻抗模型、恒 电流模型；大部分软件考虑了直流模型；大部分软件考虑了s v c 模型：大部分 软件具有绘制网络单线图功能，可以简单表示电网一次接线图；所有软件均基于 w i n d o w s 平台，人机界面友好，易用性增强。 2 华中科技大学硕士学位论文 表1 1 国内外主要电网规划软什比较 b p a t e c h n i c a it r a n s m i s s i o nn e p l a n p s a s pp s a p a cp o w e r s t a l i o n 中国版 2 0 0 02 0 0 0 e l e c t r i c i t y 中国电美国e s d a美国c a i 公加拿人p l i美国e t a p瑞士b c p 研发单位中国电科院 科院公司司 公司公司公司 程序计算 根据需2 5 0 0 节3 2 0 0 0 节 要任意点，4 7 5 05 0 0 0 0 节点 根据需要任无计算规模 无计算规模 规模意定义 点，5 0 0 0 定义支路 发电机 限制限制 潮流计算 5 种3 种3 种2 种 2 种3 种1 种 方法 发电机模 7 种6 种3 种 5 种4 种 型 负荷模型5 种2 种4 种4 种4 种3 种 只考虑 考虑两端、考虑两端、考虑两端、只考虑两端 直流模型两端直 流 多端直流多端直流 多端直流直流 s v c 、 s v c 、 f a c l l s s 1 a t c o ms t a t c o m 元件 s v c s v cs v c 、t c s c 、 、t c s c 、 u p f c 等u p f c 等 故障扰动 l o 种4 种6 种 9 种 形式 网络简化 有有有 有 等值 数据检错 有 有有有 有 功能 单线圈有有有有 有有 w i n d o w s 是是 是是是是 是 界面 然而，随着计算机软硬件技术和i n t e r n e t 的飞速发展，电力系统新技术、新设备 的应用，目前应用于电网规划领域的软件产品开始显露出一些局限性： ( 1 ) 不能很好地与其他软件集成 电网规划是电力系统扩展规划工作的重要组成部分，需要获取规划期内负荷预 测、电源规划的结果数据，将负荷预测软件、电源规划软件和电网规划软件集成起来 完成电力系统扩展规划任务是大势所趋。但现有的软件产品大多采用自定义数据格 式，以数据文件作为输出的主要手段，不具备对外的数据访问接口，很难直接与其他 软件集成。 3 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 不能很好地支持多用户协同工作 随着电网规模越来越大，电网规划任务越来越繁重，电网规划任务的完成越来越 需要多人协作。而现有的软件产品基本上采用单人单机工作模式，不具备用户认证、 用户之间数据共享、数据安全性方面的考虑。 ( 3 ) 缺乏功能强大的图形平台支持 电网规划是空间信息与属性信息紧密结合的工作，拥有功能强大的图形平台将使 规划人员获得更直观的感受，大大增强软件的易用性。现有的软件产品有少数已经具 有了图形化的界面，但是没有图形化的应用，网络拓扑图只是原来图形图纸的电子翻 版，图形管理仅仅起到了文档管理的作用，图形功能简单，图形数据与属性数据脱 节，共享性、继承性差。 ( 4 ) 不能很好地对规划数据进行管理 电网规划是一个长期的资料积累和经验积累的过程。对一个规划期而言，电网规 划数据包括各规划水平年的电网原始数据、运行方式数据、图形数据、各种校核计算 设置信息、输出设置信息、结果输出信息等，需要能够很方便的获取和通过合适的形 式输出。现有的软件产品虽然有少数采用了数据库代替文件保存这些数据，但是没有 提供对这些数据进一步分析处理的手段。 ( 5 ) 自动化和智能化程度较低 在电网规划中需要设置不同的条件，进行大量设置和计算，而大多数软件产品缺 乏批处理、预定义、数据继承、数据检错、计算分析等辅助功能，软件的自动化、智 能化程度较低，用户使用起来感到很复杂，而且缺乏科学指导。 ( 6 ) 结果输出形式不灵活 在电网规划过程中，规划人员针对不同的情况，对各种校核计算结果的输出内容 和格式都会有不同的要求。而现有的软件产品一般都只能提供简单形式的结果输出， 用户不能根据自己的需要定制输出的内容和格式。 ( 7 ) 不具备良好的扩展性 随着电力技术的不断发展，电力系统新装置、新模型、新算法不断涌现。现有的 软件产品对新模型的考虑不多，如f a c t s 元件等；对直流系统、负荷等模型考虑不够 4 华中科技大学硕士学位论文 准确；对同步机、励磁调节器、调速器、p s s 等模型考虑不够全面，因而限制了现有的 软件产品在现代电力系统中的充分应用。 以上这些局限使得现有的软件产品在电网规划工作中的应用遇到了困难，规划人 员迫切需要能与规划优化技术和计算机技术的发展相适应的新一代的电网规划软件。 1 3 电网规划软件发展阶段 从计算机技术发展的历程来看，电网规划软件的发展经历了三个阶段：基于d o s 的单机软件，基于w i n d o w s 的单机软件，基于网络的多用户软件。 在第一阶段，计算机技术发展水平的标志是d o s 操作系统。这- h e 期的电网规划 软件都是基于d o s 平台的，主要是一些采用f o r t r a n 、c 等高级语言编制的辅助计算程 序。这些辅助计算程序计算功能单一，程序实现简单，可以进行大量熏复的校核计 算，它们代替了以前用手工进行校核计算的工作方式，大大提高了校核计算的效率。 但是，这一时期的电网规划软件存在着不少缺点。每个辅助计算程序对电网规划任务 只能进行某一类型的校核计算，往往需要多个辅助计算程序联合使用才能对一个电网 规划任务进行完整的校核计算。每个辅助计算程序采用各自定义的固定格式以文件形 式进行数据的输入、保存、输出、传递，辅助计算程序之间交换数据需要进行繁琐的 数据格式转换。这些辅助计算程序采用命令行形式进行计算操作，用户无法知道相关 信息，用户界面很不友好。一套辅助计算程序只能装一台计算机，规划数据以文件的 形式保存在本地供程序调用，由于电网规划数据缺乏共享，数据的转移只能通过软盘 拷贝数据文件，无法保证数据的安全性和一致性。 在第二阶段，计算机技术发展水平的标志是w i n d o w s 操作系统。这一时期的电网 规划软件都是基于w i n d o w s 平台的，主要采用v c 、v b 、c + + b u i l d e r 等面向对象的语 言开发工具开发。这些电网规划软件整合了电网规划任务所需的各种校核计算功能模 块，使电网规划所有校核计算任务可以在一个软件中完成。软件平台从d o s 向w i n d o w s 的转变，使电网规划软件开始具有友好的用户界面，人机交互能力增强，信息表现形 式更加丰富。w i n d o w s 对图形的有力支持使得直观易用的图形功能开始成为软件提供的 5 华中科技大学硕士学位论文 重要功能之。一些小型本地数据库产品的出现也使得数据的管理得到加强。但是， 软件依然是单机版，数据仍然存储在本地，共享性差。 在第三阶段，随着i n t e r n e t 的迅速发展，人们越来越希望通过网络共享信息，基 于网络的各种软件也应运而生，蓬勃发展起来。电网规划软件开始采用客户机月艮务器 模式束实现网络应用，共享规划数据。客户机服务器模式是一种典型的二层结构“1 ， 它将应用系统分解为两部分：一部分是为每个用户所专用，称为客户部分，主要是电 网规划的显示逻辑和业务逻辑；另一部分是出多个用户共享的信息与功能，称为服务 器部分，主要是电网规划的数据处理逻辑和数据库。客户机n 务器模式基本运行关系 体现为“请求响应”的应答模式，每当用户需要访问服务器时就由客户机发出“请 求”，服务器接受“请求”并“响应”，然后执行相应的服务，将执行结果送回给客 户机，由它进一步处理后再提交给用户”3 。由于网络上传送的仅仅是请求信息和结果信 息，网络上的信息流量少，网络的阻塞时间短，因而整个系统的性能较高。客户机n 务器模式使应用系统任务分解清晰，并促进了数据共享，加强了数据统一管理，成为 专业软件网络应用的主要模式。 1 4 本文所做的主要工作 计算机软硬件技术的发展，电网规划优化新算法的提出，电力系统新设备、新模 型的应用，促使电网规划软件一直处于不断发展、不断完善的过程中。 近些年来，网络技术、数据库技术、可视化技术、面向对象的编程技术等新兴计 算机软件技术的发展给软件开发带来了新气象。我们借助于这些软件新技术，并且充 分考虑电网规划的流程及用户使用的方便，开发了一个基于客户机服务器模式的电网 规划软件n e t p l a n 。n e t p l a n 软件是电力系统规划优化决策支持系统的重要组成部分， 负责完成电网规划任务。n e t p l a n 软件与负荷预测子系统、电源规划子系统集成在统一 数据平台上，支持多用户操作，具有图形化人机交互界面和统一的数据库管理功能， 可以实现自动化和智能化的计算处理。基于客户机服务器模式的电网规划软件 n e t p l a n 的应用，提高了电网规划的工作效率和规划水平，取得了良好的效果。 6 华中科技大学硕士学位论文 本文结合n e t p l a n 软件的丌发对电网舰划软件及其相关问题进行了系统研究，所 做的主要工作和章节安排如下： 第一章首先阐述了电网规划工作的重要性，电网规划方法的发展以及电网规划软 件在规划工作中所起的重要作用，然后对目前国内外应用于电网规划领域的软件产品 的发展现状进行了分析，指出了这些软件产品的不足，接着介绍了电网规划软件的发 展阶段，对各个阶段的电网规划软件的特点进行了归纳，最后概括了本文所做的主要 工作和章节安排。 第二章首先提出了一种新的电网规划软件框架，给出了该电网规划软件n e t p l a n 的设计与实现，然后对n e t p l a n 软件的主要功能模块和主要特点进行了说明，最后对 n e t p l a n 软件所涉及的数据管理方式、多用户访问机制、图形平台、任务批处理等相关 问题进行了探讨。 第三章从启发式方法和数学优化方法两条主线对电网规划模型与算法进行了总 结，对基于启发式的逐步倒推法进行了探讨，并给出了相应的算例说明。 第四章首先阐述了潮流调试的重要性，然后分析了潮流算法、计算条件对潮流收 敛性的影响以及解决方法，接着介绍了n e t p l a n 软件潮流调试向导的调试策略，最后 采用该潮流调试向导对1 4 节点系统进行了调试。 第五章分析了客户机n 务器模式的不足，对浏览器服务器模式进行了介绍，并 对电网规划软件采用a s p 技术和j 2 e e 技术实现浏览器服务器模式的相关问题进行了 探讨。 第六章对全文进行了总结，并对电网规划软件的未来进行了展望。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2n e t p l a n 软件的总体介绍 n e t p l a n 软件是在总结已有的各类应用于电网规划领域的相关软件的优缺点，综合 考虑电网规划流程和用户使用的方便的基础上，利用新兴的计算机软件技术设计开发 的基于客户机 f f 务器模式的电网规划软件。 n e t p l a n 软件是电力系统规划优化决策支持系统的一个重要的子系统，它与负荷预 测子系统、电源规划子系统集成于统一数据平台上。这样，n e t p l a n 软件可以很方便地 从负荷预测子系统获取规划期预测负荷数据，从电源规划子系统获取规划期新建电源 数据，为电网规划任务提供必要的计算信息：同时，n e t p l a n 软件的多个用户可以使用 统一数据平台，共享电网规划数据，保证了数据的一致性和安全性。 n e t p l a n 软件能够自动生成规划优化方案集，辅助规划人员提出电网规划方案，提 供潮流计算、短路计算、暂态稳定计算等基本校核计算功能，可以对规划方案进行经 济分析，从而获取技术性、经济性最优的电网规划方案。此外，从软件易用性角度 看，n e t p l a n 软件还支持多用户访问，具有图形化的人机交互界面，具备自动化和智能 化的计算处理功能。 2 2 软件的总体结构 n e t p l a n 软件采用目前流行的客户机j l i 务器模式，软件的结构框图如图2 1 所 示，主要分为客户机部分和服务器部分：客户机部分主要由软件的显示逻辑和业务逻 辑组成，显示逻辑用于实现软件的用户界面，业务逻辑用于处理电网规划的业务；服 务器部分主要由软件的数据处理逻辑和数据存储组成，数据处理逻辑用于对电网规划 数据进行管理，数据存储主要指存储电网规划数据的关系数据库。为了保障数据的安 全性，在n e t p l a n 软件的服务器部分可以增设备份数据库，备份数据库放置在另外一 台服务器上，与主数据库的数据同步，在主数据库服务器出现故障时可以立即投入使 用。基于客户机服务器模式的n e t p l a n 软件促进了规划数据的共享，加强了对规划数 r 华中科技大学硕士学位论文 掘的统一管理，使电网舰划软件的面貌焕然一新。 客户机x 一一 l用户界面 国囱 l 凼 j 广lj l ，国囱唪 r b 姬 稳 定 短 一y 十t 路 计 算 j it i数据维护平台 彳、 u i t j 连接监测程序 i ， ： 数据库 际剞备份数据库 ：一一一一一一一一一一一一一一一一一：i 一一一一一一一一一一j 数据库服务器备份数据库服务器 图2 - 1电网规划软件n e t p l a n 结构图 从图中可以看出，n e t p l a n 软件主要业务功能模块有数据维护模块、方案设计模 块、潮流校核计算模块、短路校核计算模块、暂态稳定校核计算模块、电气特性扫描 校核模块、无功优化分析计算模块、经济分析计算模块、报表管理模块等。其主要功 能介绍如下： ( 1 ) 数据维护模块主要是对电力元件典型参数、系统参数、运行方式、电网图 形、计算设置、计算结果等数据进行维护管理。 该模块根据用户的界面操作从数据库中获取相关数据，经过处理后，供各业务模 块调用，并可将业务模块的结果数据，根据用户需要处理后保存回数据库，此外，数 据维护模块还负责在各业务模块之间传递所需数据。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 方案设计模块主要是在给定条件下提出电网规划方案集，该模块提供两种生 成电网规划方案的方式：一种是人机交互生成方式；另一种是由计算机自动生成方 式。 人机交互生成方式，即软件提供各种统计分析功能，以表格和图形方式为规划人 员提供丰富的统计分析信息，并与规划人员交互，辅助规划人员提出电网规划方案。 计算机自动生成方式，即采用电网规划优化技术，根据电网规划过程中各规划期电网 的网络结构、预测负荷情况、电源情况、可选输电走廊等条件，由计算机自动生成电 网规划方案集，然后由用户选择。软件提供两种电网规划方案集的生成方式。既考虑 了采用计算机对可行规划方案搜索的全面性，又考虑了规划人员的经验智慧，使用户 对最优规划方案把握更准确。 ( 3 ) 潮流校核计算模块主要提供潮流计算功能对电网规划方案进行校核。计算模 块考虑了s v c 、a s v g 、t c s c 等f a c t s 元件模型，可以对交直流混合的大型电力系统进 行计算，并且无计算规模限制。 潮流计算是电力系统分析计算中最重要的计算，也是电网规划方案的首要校核计 算。在电网规划中，潮流计算的主要任务是分析规划方案电网在给定网络结构、负荷 水平及运行方式下的稳态运行情况。由于现代电网规模越来越大，新型设备越来越 多，对潮流计算核心程序的要求也越来越高。潮流校核计算模块考虑了电力系统中的 耨模型，解除了计算规模限制，适应了新型电力系统发展对潮流计算核心程序的要 求。此外，潮流校核计算模块充分考虑了用户要求，提供了潮流收敛调试向导和潮流 计算批处理功能，大大提高了用户进行潮流校核的效率。 ( 4 ) 短路校核计算模块主要提供短路计算功能对电网规划方案进行校核。 在电网规划中，短路计算的主要任务是分析规划方案电网在各种运行方式下，在 不同地点发生故障时短路电流及电压的分布，系统短路电流的水平，由此来校验断路 器的切断能力。短路校核计算模块提供一般故障设置、特殊故障设置两种短路故障设 置方式。一般故障设置，主要针对当前运行方式，可对所选择的每种元件分别设置多 重故障。特殊故障设置，主要针对一批运行方式，对应于每一种运行方式，可对所选 择的每种元件分别设置单重故障。这样，采用一般故障设置可以纵向比较元件在不同 1 0 华中科技大学硕士学位论文 形式短路故障下的短路结果，而采用特殊故障设置可以横向比较全网在不同点短路的 短路结果，便于把握全局。短路校核计算模块还提供了短路计算批处理功能，大大提 高了用户进行短路校核的效率。 ( 5 ) 暂态稳定校核计算模块主要提供暂态稳定计算功能对电网规划方案进行校 核。 在电网规划中，暂态稳定计算的主要任务是考核规划方案电力系统在经受大扰动 后，系统内的各同步发电机能否继续保持同步运行的能力，各节点电压能否恢复到允 许范围之内。可供设置的暂稳扰动形式有短路故障、断线故障、跨线故障、线路操作 扰动、切机扰动、切负荷扰动和发电机失磁扰动共7 种扰动形式，方便用户采用不同 扰动形式、以不同扰动力度考核系统的暂态稳定性。暂态稳定校核计算模块还提供了 暂态稳定计算批处理功能，大大提高了用户进行暂态稳定校核的效率。 ( 6 ) 电气特性扫描校核模块集中提供了潮流校核计算批处理、短路校核计算批处 理、暂态稳定校核计算批处理以及以上校核计算的混合批处理功能。 用户可以设霹通用条件对整个规划方案电网进行扫描计算，迅速地把握电网的薄 弱环节，再对局部进行详细分析：还可以设置不同条件成批地进行潮流、短路、暂稳 计算。通过电气特性扫描，用户可以高效率地处理大量重复校核计算，快速发现电网 中的问题，为有的放矢地进行校核分析打好了基础，提高了工作效率。 ( 7 ) 无功优化分析计算模块主要是对规划方案电网进行无功优化计算，对无功补 偿设备的配置进行优化，以保证规划方案电网能够在各种运行方式下都能实现电压的 控制，同时也能改善电网稳定性，减少网损，保证较宽的运行裕度。 无功优化分析计算模块可以根据系统总支出费用值，包括无功补偿设备投资和网 损，对规划系统的无功补偿进行分析，并且提供了一定的优化功能，能够优化目标系 统的无功补偿及运行以提高效益。 ( 8 ) 经济分析计算模块主要是对通过技术性校核的各个规划方案进行经济分析， 并对经济分析结果排序，从中筛选经济性最优的规划方案。 经济计算指标主要是固定资产投资折算值和运行费用折算值之和，亦即总费用的 折算值。经济计算分析模块中，固定投资估算考虑的因素有：新建线路投资估算、新 1 1 华中科技大学硕士学位论文 建变电站投资估算、变电站扩建分项投资估算、估算价格基准等。新建设备运行费用 估算主要由用户填入。， ( 9 ) 报表管理模块主要对各种参数报表、统计报表、结果报表的生成、维护、存 储等工作进行管理。 电网规划工作中涉及到的原始数据、计算设置信息、计算结果数据等各种数据信 息都需要分类整理，有的还需要制成各种形式的报表。软件充分考虑用户的需要，不 仅提供常用的报表模板，还允许用户根据需要自定义各种报表，给用户提供了很大方 便。 2 3 软件的主要特点 目前应用于电网规划领域的软件产品的缺点使电网规划工作受到了一些限制，而 n e t p l a n 软件的开发采用了新兴的软件技术，并充分考虑了用户的需求，因而比较成功 地克服了其它软件产品的缺点，满足了现代电网规划工作对电网规划软件的发展要 求。下面对n e t p l a n 软件的主要特点进行介绍： ( 1 ) 可以很好的与其它软件集成。电网规划软件n e t p l a n 与负荷预测软件、电源 规划软件共同集成于统一数据平台上，方便从负荷预测软件计算结果中获取规划年度 的分区负荷数据，从电源规划软件计算结果中获取规划年度的新建电源有关信息。 n e t p l a n 软件还提供自身数据接口，方便与其它电网规划软件集成，或者将计算数据转 换为其它电网规划软件格式，便于用户灵活选择。 ( 2 ) 可以很好地支持多用户协同工作。电网规划工作复杂度高、数据调整面大， 迫切需要多人协作。n e t p l a n 软件采用客户机h h 务器模式，使用s o ls e r v e r 商用数据 库统一管理规划数据，可以供规划小组人员在统一数据平台上协同工作，它改变了以 往规划人员的单人单机工作模式，同时，n e t p l a n 软件对用户认证、数据共享、数据安 全性等方面做了充分考虑。 ( 3 ) 提供功能强大的图形平台支持。电网规划设计工作是与电力设备空间位置密 切联系的工作，直观易用、功能强大的图形平台支持将使规划设计更加贴近现实。 n e t p l a n 软件的图形平台主要提供了元件绘制功能，元件列表和统计功能，元件搜索定 1 2 华中科技大学硕士学位论文 位居中功能，电网图形多图显示、分层管理功能，地理接线图绘制功能等( 图2 2 ) 。 通过图形平台，用户可以对当前规划网架的拓扑结构进行修改，对电力元件的系统参 数进行编辑；可以对当前打开的运行方式数据进行设置、修改：可以直接在图形上为 短路校核任务设置故障信息：可以直接在图形上为暂态稳定校核任务设置扰动信息； 设置板所涉及到的元件选择操作都可以在图形上用鼠标选择，用户使用起来更加直 观、方便。 图2 - 2 图形平台界面 ( 4 ) 对规划数据可以进行有效地管理。n e t p l a n 软件中的规划数据按工程、过 程、网架三个层次组织，规划数据层次的划分将在2 4 1 节中详细介绍。用户主要通 过n e t p l a n 软件界面左部的信息管理区以多页面目录树的形式对规划过程数据进行管 理。信息管理区包括工程管理区页面、元件系统参数管理页面、元件方式数据管理页 面。工程管理区页面负责管理规划过程数据( 图2 3 ) ，元件系统参数管理页面负责管 1 3 华中科技大学硕士学位论文 理当前规划网架的结构参数，元件方式数据管理页面负责管理当前规划网架当前运行 方式数据。当前打开的觌划过程目录下列出所有属于该过程的规划网架，用户每次只 能打开一个规划网架并对其操作，当用户打丌其它规划网架时，程序将自动关闭前规 划网架。这样，计算机内存中只保留一套规划网架数据，其它数据保存在数据库中， 需要时再调入内存。信息管理区和图形平台都取用同一套数据操作，在用户操作过程 中，两者可以相互通告，以保持数据修改的一致性。用户通过工程管理区可以非常方 便的对数据进行调度和管理。 图2 - 3 l ：程管理界面 ( 5 ) 提高了自动化和智能化程度。电网规划软件从四个方面提高了电网规划自动 化和智能化程度：一是提供各类常用的批任务处理功能，如潮流计算批处理、短路计 算批处理、暂稳计算批处理、混合计算批处理等，软件可以对批任务按规则自动设置 故障信息、计算条件等，而各种自动设置的规则又可以由规划人员预先予以定义；二 是提供用户干预过程模拟功能，软件带有进行规划方案自动调整的策略，能够按照缺 省或用户设定的方式自动进行调整并进行下一步的分析计算；三是提供自学习功能， 能够记忆用户的干预方式，当再次遇到相似的问题时，软件将自动按照用户以前的干 预方式自动进行调整；四是提供专家知识库，将规划人员考虑问题的过程以一定的规 1 4 华中科技大学硕士学位论文 则确定下来，这样软件就可以模拟规划人员形成规划方案的过程，自动形成相应的规 划方案，并进行相关的分析计算工作。 ( 6 ) 结果输出形式灵活。电网规划软件的各种校核计算结果既可以输出到结果显 示板上分类显示，又可以加载标示到电网图形上，还可以生成各种报表、文档等保 存。电网规划软件提供多种形式的报表、图形供用户选择，用户也可以自定义输出报 表。 ( 7 ) 具备良好的扩展性。随着电力技术的不断发展，电力系统出现了许多新装 置、新模型、新算法。电网规划软件增加了对新模型的考虑，如f a c t s 元件等；增加 了同步机、励磁调节器、调速器、p s s 等模型的类型种类；对直流系统、负荷等模型考 虑更加细致。电网规划软件还提供了元件模型自定义功能，以便能更全面地满足用户 需要。 2 4 软件相关问题探讨 在电网规划软件n e t p l a n 的开发研制中，有许多问题需要进行深入的研究和探 索，本节将就n e t p l a n 软件涉及的数据管理方式、多用户访问机制、图形平台、任务 批处理等相关问题进行探讨。 2 4 1 数据管理方式 n e t p l a n 软件需要对电网规划中的大量数据进行管理。对这些数据的管理必须满足 以下要求：数据能够被分类保存，方便用户的查找和调用；数据能够尽量实现共享， 保证数据的一致性：数据能够方便地进行备份、恢复等处理。 为了满足这些要求，对规划数据进行高效管理，n e t p l a n 软件采用“工程”一“过 程”一“网架”的层次管理方式管理电网规划的所有数据。 “工程”是指完成某项规划任务的全部工作，它可以包括若干负荷预测过程、电 源规划过程和电网规划过程。一个工程在建立时，必须确定该工程的起止时间，该工 程所包含的所有过程的起止时间均应该包含在该工程的起止时间之内。此外，用户还 1 5 华中科技大学硕士学位论文 可以选择新建工程采用自建方式还是从其它工程继承方式建立基准年电力系统原始数 据，为下属各类过程提供规划的基础。 “过程”是指一项具体的规划工作，它包括这项具体规划工作的所有规划数据。 对一个电网规划过程来说，新建的规划过程需要以自建或从工程继承的方式形成规划 过程的起始年电力系统原始数据，规划过程下的所有方案网架都是以该过程起始年电 力系统的原始网架为基准，并在此原始网架的基础上规划设计的。为了保证过程之间 的相对独立性，对于过程数据之间经常存在的派生、计算关系( 例如，一个电网规划 过程需要同一工程中相关负荷预测过程和电源规划过程的数据) ，我们采用数据拷贝 的方式来实现：在新建一个电网规划过程时，需要指定相关的负荷预测过程和电源规 划过程，然后将相关过程中的电网规划过程所需数据拷贝一份到该电网规划过程中， 这样就可以消除数据的依赖性。 “网架”是指基于该网架所属过程原始网架的规划方案电网，它包含发生在这个 规划方案中的所有数据。网架数据包括规划方案电网结构参数、图形、运行方式数 据、校核计算任务的计算设置信息、过程信息、结果信息等。对于同一过程的网架数 据之间，经常存在共享某些输入数据的情况，软件采用网架拷贝继承的方式进行处 理，既减少了重复输入相同的数据，又保证了各个方案数据之间的相对独立性。 n e t p l a n 软件综合考虑了电网规划数据的类型、电网规划工作的流程和规划人员的 工作特点，对电网规划数据进行了清晰的层次划分、有序的分类管理，提高了数据使 用效率。 2 4 2 多用户访问机制 基于客户机n 务器模式的n e t p l a n 软件允许多个用户共享数据库中的规划数据， 协同进行规划工作。为了保证每个用户能够对数据库的数据进行正确操作，需要建立 多用户访问机制，协调多个用户对数据的访问。 n e t p l a n 软件采用“过程”作为多用户访问控制的基本单位，一个用户一次只能打 开一个未被其它用户使用的过程，并对其进行操作，而其它用户必须等到被操作的过 程关闭才能访问该过程。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 多用户访问机制的实施分别在服务器端和客户端进行。在服务器端，需要运行一 个连接监测程序，该连接监测程序与所有客户端程序进行通讯，定期检查应用程序与 服务器的连接关系，刷新过程数据在数据库中的状态，并将过程丌闭情况通知所有客 户端程序。在客户端，过程的开闭状态显示由客户端程序负责。 连接监测程序具体实现过程如下： ( 1 ) 客户端程序启动后，首先与运行在服务器端的连接监测程序建立连接。 ( 2 ) 连接监测程序监测每一个客户端程序使用规划过程的状态。每一个客户端程 序打开规划过程均需要告知连接监测程序，连接监测程序接收到消息后，将此消息转 发至所有与其连接的客户端程序，由其它客户端程序刷新他们界面中显示的规划过程 状态。客户端程序关闭规划过程同样要通知连接监测程序。 ( 3 ) 客户端程序在对规划过程数据操作时，首先必须与连接监测程序联系，发送 一个数据库操作请求，只有在收到连接监测程序的答复后，刃可以对数据库进行操 作。 ( 4 ) 连接监测程序维护所有已连接至自身的客户程序的连接链表，每隔固定的时 间间隔检查连接状态，若发现连接异常，连接监测程序就从连接链表中去掉该连接， 并关闭建立该连接的客户端程序打开的所有过程。 n e t p l a n 软件的多用户访问机制，解决了多用户并发访问数据库的问题，保证了数 据操作的正确性。 2 4 3 图形平台 电网规划工作是与电网图形联系紧密的工作，规划人员设计网络方案、标示线路 潮流等工作都需要与电网图形打交道。目前应用于电网规划领域的软件产品，有的没 有提供图形功能，有的仅提供了简单的图形绘制功能，网络图形只是图纸的电子翻 版，缺乏与用户的交互，给规划工作带来了不便。 n e t p l a n 软件充分认识到图形对电网规划工作的重要性，提供了功能强大的交互式 图形平台。通过图形平台，用户不仅可以形象直观地进行电网规划方案设计，而且可 与之交互，完成电网结构参数、运行方式数据的输入，故障信息的设置，计算结果的 1 7 华中科技大学硕士学位论文 显示等任务。除了具备这些基本功能之外，n e t p l a n 软件的图形平台还对电网图形的分 层管理和多图显示进行了考虑，实现了这两项高级应用功能。 分层管理”1 是将一个复杂的、平面的电力系统网络，按照一定组合原则对原有元件 进行组合，最终形成一个多层次、结构简单、符合电网实际、对原网络又能完全表达 的系统，例如按地区、厂站、元件层次组织电力网络图形。 多图显示”是指同一个电力系统网络能够以多种不同的面貌出现，对网络的表达可 繁可简，图形上显示的元件数量可多可少，各个图形对应统一的系统网络参数，例如 同一电力网络的网络拓扑图、阻抗图、零序网络图等形式。 实现电网图形的分层管理和多图显示的基本思想是将网络的图形显示与计算分 离。一个元件对象数据分为显示数据和计算数据两大类型，显示数据是指元件在图上 进行显示时需要用到的数据，如位置、大小、颜色、连接关系等；计算数据是指对应 的实际物理元件所具有的各种参数。图形平台将两种数据分丌组织，相互关联。元件 对象的显示数据和计算数据分离，较好地实现了电网图形的分层管理和多图显示。 2 4 4 任务批处理 对电网规划方案进行潮流校核、短路校核、暂态稳定校核、n - 1 检验都需要进行大 量重复的计算操作，大大增加了规划人员的操作负担。因此，n e t p l a n 软件提供任务批 处理功能，可以让用户将主要精力集中在计算数据的调整上而不是重复的软件操作 上，从而大大提高了校核计算的效率。 在电网规划中，校核计算的批处理分为两类，一类是正常校核计算批处理，一类 是n - 1 安全检验批处理。以下分别进行考虑。 在当前网架下，用户可以设置一批计算任务，每个计算任务数据包括当前网架结 构参数，由用户选择并与计算任务绑定的运行方式数据，各类型计算所需的相关设置