（电气工程专业论文）配电网络经济运行优化决策支持系统的研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着电力行业改革的逐步深入和厂网经营的分开，各个供电局为了力求最佳 经济效益，都在保证系统安全性的基础上力争降低配电网的运行损耗。配电网经 济运行就是在保证配电网安全运行，满足供电量及供电质量的基础上，通过技术 措施最大限度降低变压器与供电线路有功损耗和无功消耗。因此，配电网的经济 运行是供电部门必须着重注意的问题。 以贵阳市南供电局配电网运行的实际情况来说，其运行方案是以历史负荷为 基础，综合考虑气温、节假日等因素，根据经验数据进行修正后制定的。而没有 专门的软件或决策系统，始终以损耗最小为决策的依据，为制定真正最优的运行 方案提供参考依据。由于负荷的波动情况具有随机性，修正后的负荷并不能精确 反映实际的负荷变化情况，以这样制定的运行方式并不能保证是最优的。因此， 设计与开发配电网络经济运行优化决策支持系统软件，势在必行。 本文主要从解决贵阳市南供电局经济运行实际存在问题的角度出发，以网损 最小、提高经济效益为目标，设计和开发了配电网经济运行优化决策支持系统软 件- - y i c o m 一2 1 0 0 。 论文的主要内容有： ( 1 ) 对配电网经济运行优化决策支持系统软件的功能、结构和系统流程作了 详细地规划。 ( 2 ) 基于v c + + 6 0 开发出配电网络经济运行优化决策支持系统的软件平 台，并对系统某些模块的软件实现进行了详细的说明。 ( 3 ) 具体地介绍了y i c o m - - 2 1 0 0 软件主要的支撑系统，阐述了各部分的主要 功能。 ( 4 ) 对系统的应用和操作方法进行了说明，并以贵阳南供电局实际的配电网 系统进行了计算和分析，取得了满意的结果。 关键词：配电网络经济运行，优化决策支持系统，最优化 重庆大学工程硕十学位论文英文摘要 w i t hg r a d u a ld e e p e n i n go fp o w e ri n d u s t r yr e f o r ma n dt h ep o w e rs t a t i o n s e p a r a t i o nf r o mp o w e rn e t w o r k , e a c hp o w e rs u p p l yb u r e a us t r i v e st or e d u c et h el o s so f p o w e rn e t w o r ko p e r a t i o no nt h eb a s i so fs e c u r i t yo ft h ep o w e rs y s t e mi no r d e rt om a k e t h eb e s te c o n o m i cb e n e f i t s t h ee c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st o r e d u c et h el o s so fl i n ea n dt r a n s f o r m e rm a x i m a l l yo nt h eb a s i so f g u a r a n t e e i n gt h es a f e o p e r a t i o no f t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n d s a t i s f y i n gt h ep o w e rs u p p l y s ot h e e c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sav e r yi m p o r t a n tm a t t e rw h i c h p o w e rs u p p l yb u r e a u sm u s ta t t a c hi m p o r t a n c et o a c c o r d i n gt ot h ea c t u a li n s t a n c eo fg u i y a n gs o u t hp o w e rs u p p l yb u r e a u s d i s t r i b u t i o nn e t w o r ko p e r a t i o n ，i t so p e r a t i o np r o j e c ti sf l a m e db a s e dh i s t o r i c a ll o a da n d e x p e r i e n t i a ld a t a ，a n dt h i n k i n go v e rt h ef a c to fa i rt e m p e r a t u r ea n dh o l i d a ya f t e r e m e n d e d w i t h o u ts p e c i a ls o f t w a r eo rt u r nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mw h o s eg o a li st h e l e s tl o s s , n o t h i n gc a ns u p p l yr e f e r e n c eb a s i sf o rf r a m er e a lo p t i m i z a t i o no p e r a t i o n p r o j e c t d u et ot h ec h a n g e m e n to fl o a di sr a n d o mo nt h eo n eh a n d , t h ee m e n d e dl o a d c a n tr e f l e c tt h ea c t u a le h a n g e m e n to fl o a da c c u r a t e l y t h e r e f o r et h eo p e r a t i o np r o j e c t f r a m e db ya b o v ew a ym a yb en o tt h eo p t i m i z a t i o no p e r a t i o np r o j e c t i nc o n c l u s i o n ， d e s i g n i n gad i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i co p e r a t i o ne x c e l l e n tt u r nd e c i s i o ns u p p o r t s o f t w a r ei si m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o n a c c o r d i n gt h ep r o j e c ta c t u a ld e m a n da n da i m i n ga tt ot h el e s tl o s st oe n h a n c e t h ee c o n o m i c a lb e n e f i t ，t h ep a p e rh a sd e s i g n e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i c o p e r a t i o ne x c e l l e n t l l f nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ms o f t w a r e ：y i c o m 一2 1 0 0 t h em a i nr e s e a r c hw o r k si nt h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep a p e rp r o g r a m m e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i co p e r a t i o ne x c e l l e n t t u r nd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e ms o f t w a r e sf u n c t i o ns t r u c t u r ea n ds y s t e mf l o wc o n c r e t e l y ( 2 ) b a s e dv c + + 6 0 ，t h ep a p e rd e s i g n e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i c o p e r a t i o ne x c e l l e n tt u md e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ms o f t w a r ea n de x p l a i n e dt h es o f t w a r e r e a l i z a t i o no fs o m em o d u l ei nd e t a i l ( 3 ) t h ep a p e ri n u o d u c e ds u p p o r t i n gs y s t e m so fy i c o m 一2 1 0 0a n de x p o u n d e dt h e f u n c t i o no fe v e r yp a r to fy i c o m 2 1 0 0c o n c r e t e l y ( 4 ) s h o wt h ea p p l ya n dt h eo p e r a t i n g - w a yo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ke c o n o m i c o p e r a t i o ne x c e l l e n tt u r nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ms o f t w a r e u s i n gy i c o m 一2 1 0 0 ， 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 a n a l y s e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fg u i y a n gs o u t hp o w e rs u p p l yb u r e a ua n dt o o k a s a t i s f y i n gr e s u l t k e y w o r d ：t h ee c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k , e x c e l l e n tt u md e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ，o p t i m i z a t i o n 1 1 1 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及取 得的研究成果。据我所知，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过的研究成果，也不包含为获得重迭盍堂 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谢意。 学位论文作者签名：乇茏签字日期：z 0 0 6 年1 1 月“日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盔堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重迭太堂 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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书a 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：毛磊 导师签名： 签字日期：口伽6 年1 1 月g 日签字日期： 呸燕f 乙、 砌；f 年r ，月m 自 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 引言 降低配电网线损一直是电力企业努力的方向，西方主要工业国家的线损率大 致在5 一8 ，我国为9 左右，与发达国家相比尚有差距。3 5 k v 一1 1 0k v 配电 网线损是地区线损的重要组成部分，1 9 9 5 年全国城网1 1 0 k v 以下配电网线损占总 线损的6 0 。可见降低配电网线损是降损工作的关键问题之一。 虽然随着通信手段和计算机技术的发展，配电自动化的水平已经取得了长足 的进展，但是目前的配电自动化产品基本上停留在s c a d a ( 数据采集与安全监控) 水平【2 】，虽然花费了不少代价，获得了大量反映配电网运行状况的实时数据，但 是多数配电网自动化s c a d a 系统仅仅将这些宝贵的数据以可视化的形式展示出 来，并没有对这些数据进行处理，更没有运用人工智能的手段较好地为电力生产 服务。 而且，多供电途径的网格状配电网越来越多，其运行方式将变得非常灵活， 因此仅凭借值班员的经验调度和管理配电网越来越困难，迫切需要发展智能配电 软件协助操作员甚至代替操作员更科学、更及时地作出最佳的调度决策，从而确 保配电网安全运行，降低运行费用和提高经济效益，更好地提高供电可靠性，最 大限度地发掘配电网的潜力，也可以使配电自动化系统的效益更好地体现出来。 同时，随着国家电力体制的改革，电力市场将要逐步形成。过去，供电企业 只注重电力系统的安全性，可靠性，而忽视经济效益的观念将逐渐转变到安全性、 可靠性与经济性并重上来。而与用户直接相关的供电企业将更加重视配电网的经 济运行。同时，本软件系统是与重庆大学合作，解决配电网经济运行的实际问题， 具有明显的实际意义。 大规模网络的求解，总面临着计算量和占用存储空间大、速度慢、收敛困难、 “组合爆炸”等实际困难。复杂配电网不仅规模巨大，而且严重地缺乏量测数据， 因此求解更加困难。虽然电力系统建模和分析技术已经很成熟，比如可以采用集 中参数模型建立电源点、传输线和变压器的等值电路，从而获得描述电力系统的 导纳矩阵，采用n r 法、p q 分解法和b x 法等迭代方法就可以得出电力系统的 潮流，对配电网络经济运行进行大量的研究，但投入应用的实用化软件系统却很 少，或者只是基于配电网络优化的离线分析。其原因在于运算量大而速度慢，而 根本原因在于配电网非常复杂，导致运算量非常大。因此，对复杂配电网进行简 化分析，对于开发具有实用化价值的配电网经济运行优化决策支持系统具有关键 的意义。 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 2 国内外研究现状 早在1 9 7 5 年，m e r l i n 和b a s k 就指出配电网络重构是降低配电网线损的有效 途径，通过网络重构还可以均衡负荷、消除过载、提高供电电压质量。 配电自动化技术的发展使用户遥控配电网开关、实时进行网络重构成为可能。 配电网重构是一个多目标非线性混合优化问题。处理多目标优化问题的方法之一 是降维优化方法，即选择一个主要的目标函数，把其他的目标作为约束处理。现 有算法大多以网损最小为目标函数，在满足各种运行条件下，以网损最小为目标 函数的配电网重构仍是一个非线性混合优化问题。由于配电网重构的非线性特性， 每一次进行优化的迭代均需要进行一次配电网潮流计算。连续的配电网潮流计算 需要大量的计算时间。为了提高计算速度，保证得出最优或次最优的配电网结构， 人们尝试了用不同的方法来解决配电网重构的问题。 1 2 1 采用数学优化技术的配电网重构算法 m e r l i n ，b a s k 等人利用数学规划方法来处理配电网重构问题，用分支定界法 得出最佳配电网结构1 3 】，此后许多学者尝试将数学优化理论应用于配电网重构中。 j i - y u a nf a n 等人提出一次只开合一对开关的单环网优化问题，其数学模型为具 有二次目标函数、0 - 1 状态变量的非线性整数规划问题，用单纯形法求解 4 1 。 n d r s a r m a 等人提出一种基于0 - 1 整数规划的配电网重构算法 5 1 。这种方法一 次可以考虑多个开关操作，并可以得到全局最优解。t p w a n g e r 等人把网损最小 的网络重构问题转化成考虑二次费用的网络传输问题，二次功率损耗用分段线性 函数表示，将馈线电压降落和热容约束包含在其中，该方法不需要起始方案，在 优化过程中形成辐射状的网络结构【6 l 。k a o k i 等人忽略电压降落，将负荷当成恒 定电流，用非线性规划技术来求解配电网重构问题i ”。 一般认为，利用数学优化理论可以得到不依赖于配电网初始结构的全局最优 解，但已经证明，数学优化技术属于“贪婪”搜索算法，计算时间非常长。 1 2 2 最优流模式算法 最优流模式算法是由d s h i r m o h a m m a d i 等人【8 l 于1 9 8 9 年提出的一种启发式方 法，它以功率损耗最小为目标函数，算法步骤的基本思想为：将所有联络开关 合上形成多环网；只保留支路的电阻，在满足k v l 和k c l 条件下求得的电流分 布就是系统的最优流模式；打开在最优流模式下电流最小的开关，打开一个开 关解开一个环路。重复步骤和，直到网络恢复为辐射状为止。 该方法把开关组合问题转化为优化潮流的计算问题，使复杂问题得到了简 化。其缺点是初始时闭合所有联络开关使网络中同时存在多个环网，求解o f p 时 各环网电流相互影响，打开开关的顺序对结果也有较大影响；确定一个待开开关 2 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 有可能需要进行多次配电网潮流计算。为此，s k g o s w a m i 等人提出每次只合一 个联络开关，确定一个待开开关的方法，消除了环网电流的相互影响，但计算量 仍较大1 9 】o 文献【10 】在文献【9 】的基础上提出一种改进的最优流模式算法，在求最优 流时，只将环网支流中的阻抗简化为电阻，儿辐射状分支仍保持用阻抗描述，从 而更加符合实际情况，并且通过网损变化的估算来确定要打开的开关。而文献【1 1 】 根据数学推导得到计算一对开关操作( 构成闭环、再形成开环) 中功率损耗增量 的表达式，然后选择使功率损耗增量最小的开关操作。 1 2 3 开关交换算法 该算法由s c i v a n l a r 等人【1 2 1 首先提出，首先计算初始潮流和网损，利用潮流 计算的结果将负荷用恒定电流表示，每次只合上一个联络开关形成一个环网；选 择环网中一个分段开关并打开，使配电网恢复为辐射网。从而实现负荷转移，达 到负荷均衡和降低线损的目的。为了保证开关交换操作从而降低网损，作者推导 了一个开关交换前后网损变化的估算公式。为了保证网损下降，必须闭合两端电 压差最大的联络开关，并将负荷从电压降落大的一侧转移到电压降落小的一侧。 据此可以建立一组启发式的规则。 m e b a r a n 等人1 1 3 j 对此进行了改进，利用网损变化的估算公式为二次函数的 特点，将二次函数求极值的方法用于寻找最佳开关操作。降低了总的搜索次数。 m a k a s h e m 等人【“】从潮流方程出发得出开关交换引起网损变化的另外一个公式 w h e i - m i nl i n 等人【1 5 j 采取每次只考虑具有最大降损效果的开关操作策略，降低了 搜索空间。g p e p o n i s 等人【1 6 j 对雅典的一个配电网进行了简化，然后用开关交换 算法和最优流模式算法进行配电网重构，结果表明开关交换算法结合启发式规则 具有更快的处理速度。 该算法有如下特点1 1 j ：可以快速确定降低配电网线损的配电网结构；通 过启发式规则减少需要考虑的开关组合；可以利用公式估算开关操作带来的线 损变化。不足之处在于：每次只能考虑一对开关的操作：不能保证全局最优； 给出的配电网重构结果与配电网的初始结构有关。 1 2 4 基于人工智能的网络重构算法 近年来，许多学者将人工智能的理论和方法应用于电力系统的研究和生产实 践中，其中用于配电网重构的方法主要有：模拟退火方法( s i m u l a t e da n n e a l i n g ， 缩写为s a ) 、人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，缩写为a n n ) 、遗传算 法( g e n e t i c a lg o r i t h m ，缩写为6 a ) 方法和模糊数学等。 1 基于a n n 的配电网络重构： a n n 的最大特点是可以通过样本的训练将输入与输出之间的非线性关系存储 在神经元的权值中。因此，可以用a n n 反映配电网负荷模式( 各节点负荷的组合 3 重庆大学工程硕士学位论文 】绪论 就称为负荷模式) 与配电网最优结构之间高度的非线性关系【切。由于不需要进行 潮流计算，也不用对开关操作的降损效果进行估算，利用a n n 可以大大降低配电 网重构的时间，从速度上看这是目前最快的配电网重构算法。然而a n n 算法得出 的结果的精度依赖于提供的训练样本，对于一个有一定规模的配电网，要得到所 有可能的负荷模式及其对应的最优配电网结构是困难的，训练样本也需要大量的 时间。 2 基于s a 的配电网重构算法 s a 是解决混合优化问题的有效方法，该算法的要点是：设计合适的全局冷却 过程，即确定起始冷却温度、冷却率、每次交换开关的数目及每个温度下交换开 关的总数等。通过交换开关形成的网络结构，计算其潮流及网损，若具有较小的 网损，则保留，否则按一定的概率接受。继续交换开关，直到达到最大开关交换 数目。继续冷却，直到符合结束判据。结束判据是：在连续多个温度下，网损变 化极小，认为系统已经达到冻结状态，得到优化结构。 s a 算法一般可以得到全局最优或全局次最优解，但该方法对参数和退火方案 的依赖性大，计算量大，将其用于配电网重构时需要进行多层次大量的开关交换， 需要进行多次潮流计算及网损估计，因此计算量更大。 3 基于g a 的配电网重构算法 g a 是以自然基因选择机理为基础的搜索方法，通过模拟基因串的优者生存及 随机交换信息的方法搜索优化方案。在每个新代里，它利用上代最适合的信息去 创造新的合成基因串，它有效利用过去的信息去搜寻新的搜索点，从而改迸搜索 操作。k n a r a 等人【1 8 】首先将配电网重构描述为混合整数规划问题，然后用一种简 单遗传算法进行配电网重构。g a 结合了目标函数和遗传过程，在配电网重构中， 编码的位用来表示开关的状态，而适应度函数由系统的总线损构成。适应度函数 值是遗传算法指导搜索方向的依据，首先要保证其值不为负，其次目标函数的优 化方向应当对应于适应度值增加的方向。网络重构的目标函数是网损最小，属于 最小值优化问题。 g a 有以下特点：g a 操作的是参数的编码而不是参数本身；g a 从一群点搜索， 而不是从一点开始搜索，在早代发现优化值的可能性很高，能够快速全局收敛； g a 使用概率变迁规则而不是确定性规则指导搜索，能处理病态、离散型的优化问 题；g a 具有内在并行计算的特性。当然，g a 面临许多阀题，如计算速度慢，选取 不同的初始基因串会有不同的优化结果。 1 2 5 基于专家系统的网络重构算法 有不少人尝试利用专家系统来进行配电网重构。c h e n c h i n gl i u 等人【1 9 l 提 出有一种基于专家系统的故障恢复与配电网重构算法，规则是对配电网进行研究 4 重庆大学工程硕士学位论文 1 结论 和了解调度人员的经验后所得到的，这种方法可以降低网损但不能保证得到全局 最优解。t t a y l o r 等人1 2 0 1 和g c h a n g t 2 1 1 等人提出的算法基本相同，其目标函数 为避免变压器、馈线过负荷以及电压越限的发生，他们认为满足这些条件时可以 降低配电网线损。 1 2 6 其他算法 在其它的配网优化算法中，文献1 2 2 】在对网络中的各联络开关单独闭合后形成 的环路之间的关系进行分类，并确定目标函数的极小点与系统基本邻域结构的对 应关系后提出种新的大规模三相不平衡配电系统的网络重构算法。r j s a r f i 等人l 刀1 将分裂理论应用到大规模配电系统网络重构中，即把一个大规模的配电系 统分成几个子系统，分别对各子系统应用以前的网络重构方法计算，并考虑整个 系统的协调。这样就克服了直接对大规模系统进行网络重构时间长的问题。 利用数学优化理论，可以从理论上保证得到全局最优解。但是应用于实际配 电网时，随着维数的增多将导致严重的“组合爆炸”问题。基于s a 的算法可以获 得全局最优解，但存在算法依赖参数和计算量大的缺点。基于a n n 的算法不需要 进行潮流计算，可以在很短的时间内得出结果，但其精度取决于样本，而要获得 完整的样本较困难，需要较长的时问来训练样本。g a 具有很多适于求解配电网重 构的特点，如果能结合配电网重构的特点对算法收敛性进一步研究，从而提高其 速度，必将在配电网重构中得到更好的应用i 。模糊数学和专家系统必须依赖于 其他技术的发展。最优流模式和基于支路交换的算法不能保证得到全局最优解， 但与启发式规则结合后，可以在较短的时间内得到结果。 1 3 研究与开发配电网络经济运行决策支持系统意义 配电网络重构是优化配电系统运行的重要手段，是配网自动化研究的重要内 容，在正常的运行条件下，配电调度员根据运行情况进行开关操作以调整网络结 构，一方面平衡负荷，消除过载，提高供电电压质量：另一方面降低网损，提高 系统的经济性。在发生故障时隔离故障，缩小停电范围，并在故障后迅速恢复供 电，配电网络重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段。 研究与开发配电网络经济运行优化决策支持系统具有重要的意义，主要在于： 1 3 1 解决实际问题 该配电网络经济运行优化决策支持系统是与重庆大学合作，用以解决贵阳南 供电局配电网络优化经济运行问题：降低线损，提高经济效益。网损率一直是各 个供电企业重要的考核指标之一。同时，随着国家电力体制的改革，电力市场将 要逐步形成。两与用户直接相关的供电企业将更加重视配电网的经济运行。如何 降低网损率是各个供电企业重点考虑的问题。通过分析该局的配电网供电网络发 重庆大学1 = 程硕士学位论文 1 绪论 现该网络存在环，因此存在通过配电网络重构降低网损率的可能性。 1 3 2 降低配电网络线损，提高系统经济性 降低配电网线损一直是电力企业努力的方向，西方主要工业国家的线损率大 致在5 - 8 ，我国为9 左右，与发达国家相比尚有差距。3 5 k v 一11 0k v 配电网线 损是地区线损的重要组成部分，1 9 9 5 年全国城网1 l o k v 以下配电网线损占总线损 的6 0 。可见降低配电网线损是降损工作的关键问题之一。在正常运行时，通过 网络重构改善电网运行方式从而达到降低配网网损的目的。 1 3 3 均衡负荷，消除过载，提高供电电压质量 在配髓中，每条馈线均有不同类型的负荷如；商业类、民用类和工业类。由 于不同类负荷出现的日负荷曲线是不同的，所以变压器及每条馈线上峰值出现的 时间是不同的，通过网络重构可以将负荷从重负荷或是过负载馈线( 或变压器) 转移到轻负载馈线( 或变压器) 上，这种转移不仅调节了运行馈线的负荷水平， 消除馈线过载，还能改善电压质量，同时也可以有效地减小整个系统的网损。 1 3 4 提高供电可靠性 在配电系统发生故障时，可以打开配电系统中的某些分段开关隔离故障，同 时合上某些联络开关把故障线路上的部分或全部负荷转移到其它线路上去，从而 起到快速隔离故障和恢复供电的目的。 配电网络重构的研究兴起于8 0 年代后期，因其在降低配电网网损和改善系统 安全方面的重要作用而受到不少学者的关注。早期的配电网络重构主要是研究怎 样的供电路径给新用户供电可以使总的费用最小，即研究配网规划阶段的配电网 络重构问题。随着对配电网络认识的逐步加深，学者们开始研究在配电自动化系 统中加入网络重构是否可行，研究结果表明配电网络重构不仅在经济和技术上可 行，而且可以极大地优化配电系统的运行。目前，国内外学者所做的配电网络重 构研究大都集中于降低线损、负载均衡及最佳恢复故障影响的健全区域供电等方 面。 1 4 本文的主要研究工作 配电网络经济运行的研究内容十分广泛。本文主要从解决实际问题的角度出 发，着眼于配电网络正常运行状态下如何通过网络重构降低网损率，提高经济效 益。本文主要开展了以下工作： ( 1 ) 针对实际l - j 题，提出了构建配电网络经济运行优化决策支持系统，规化 设计了系统的一般组成结构和功能模块。 ( 2 ) 基于配电网络经济运行优化决策支持系统的功能规划，设计实现原型系 统的后台软件。 6 重庆大学工程硕士学位论文 】绪论 ( 3 ) 对系统的应用和操作方法进行了说明，并以贵阳南供电局实际的配电网 系统进行了计算和分析。 论文共分为7 章：第一章绪论，论述了课题的研究背景，综述国内外关于配 电网络重构算法的研究现状，分析了研究与开发配电网络经济运行优化决策支持 系统的意义并提出本文的主要研究工作：第二章设计规划配电网络经济运行优化 决策支持系统软件y i c o m - 2 1 0 0 的结构和功能模块，并说明了系统所采用的算法； 第三章，介绍了配电网经济运行优化决策支持系统软件y i c o m - 2 1 0 0 所应用的一种 配电网和混合潮流算法和一种基于规则综合方法的配电网重构算法，并阐述了它 们的基本原理；第四章，选取v c + + 6 0 作为开发工具，设计了原型系统后台软件 的数据库、通信、拓扑分析、和人机交互交互等基本模块；第五章，系统地介绍 了y i c o m - - 2 1 0 0 系统主要的支持软件，阐述了各部分的主要功能；第六章，条理 地说明了y i c o m - 2 1 0 0 软件在贵阳市南供电局配电网络中的应用和实际操作方法； 第七章得出论文结论，并提出研究展望。 7 重庆大学工程硕士学位论文 2 y q c o m - - 2 1 1 x ) 软件的功能规划与结构设计 2y 1 0 0 9 - - 2 1 0 0 软件的功能规划与结构设计 2 1 概述 目前，已有的配电网的经济运行优化决策还限于手工方式，运行方式的改变 也不方便，各种运行计算所得结果往往通过列表方式显示，极不方便用户的查看 和结论，这样繁重的体力活动给供电局领导们的决策带来滞后，当然也给供电局 的经济效益带来了负面的影响；其次，已有的配电网的经济运行优化决策的数据 采集比较落后，只能通过人工进行，往往数据的更新比较滞后，如果在采集过程 中发生某个数据或某部分数据无效，则只能重新进行采集，严重影响了领导们的 决策效率；另外，已有的配电网的经济运行优化决策的结果表现单一，已经满足 不了用户的要求，如用户要求的图形、曲线、报表或i n t e r n e t 浏览等表现方式使 得已有的配电网的经济运行优化决策系统望尘莫及：另外，已有的配电网的经济 运行优化决策系统采集的数据都是离线的，当然计算的结果也只能基于理论方式 下，这样往往与实际的运行情况会发生偏差，一旦有偏差，需要再进行数据的重 新采集和整理、运算，重复劳动量相当大，严重滞后于目前的经济高效运行需求； 最后，现有供电局的网络资源已经完成，信息化网络方式也已经形成，当然 s c a d a e m s d m s 等系统的数据采集也可以通过现有网络实时采集以及实时进行配 电网的经济运行优化，目前计算机的操作系统和各种编程语言也为配电网的经济 运行优化结果提供了多种表现方式，既生动又准确。 鉴于以上现状，同时也为了解决实际问题，贵阳南供电局与重庆大学合作， 设计开发了配电网经济运行优化决策系统：y i c o m 一2 1 0 0 系统。本系统解决了过去 系统中的不足之处，并吸收了国内外同类系统的多种优点，同时也充分参考了供 电局现有的通讯方式和通讯介质，还利用了计算机软件技术在电力系统中的高级 应用，实现了实时数据采集和实时计算。 2 2 系统设计目标 1 系统要采用先进的w i n d o w sn t 2 k x p 操作系统和面向对象的程序设计方 法，使其具有良好的通用性和可移植性。由于w i n d o w sn t 2 k x p 操作系统集成了 计算机软、硬件技术的最新发展方向，具有丰富的第三方软、硬件支持，因此用 户在主机及外设选型时选择余地大，系统的备品备件易于取得。另一方面，w i h d o w s n t 2 k x p 是一个跨平台的操作系统，可采用工作站与p c 机相结合的异构型结构， 取得最佳的性能价格比，同时又保护了用户的软件投资。而且w i n d o w sn t 2 k x p 具有强大的网络功能，以及易学、易于维护的特点。 8 重庆大学工程硕十学位论文 2 y i c o m 一2 1 0 0 软件的功能规划与结构设计 2 系统提供的应该是一种系统平台，扩展性强，除提供潮流计算和优化计算 外，还要配置有完成系统经济运行决策的辅助工具集，如图形绘制、打印、报表、 数据库管理、曲线管理等。 3 系统应该是一个实时决策支持系统，实时数据可以来源于s c a d a 系统或其 他监控系统。 4 系统应采用开放性、分布式原则的系统体系分布结构，集多种功能于一体， 使各部分功能有机结合起来，实现数据信息、通信通道及其他资源的共享，避免 重复配置，易于系统扩展。 5 系统应具备强大的通信支持能力，既能适应不同通讯接口如串口等又能适 应于网络通讯的网络通讯结构，保证实时系统网络传输的可靠性。 6 系统要具有良好的可扩性。系统中数据库、画面、报表等的扩充，都可以 通过修改数据库在线完成。规约库中要尽量提供多的规约供用户选择，同时，新 规约的增加与调试不能影响系统在线运行。 7 系统的安全性要好。系统的用户权限应分为几个等级，不同等级的用户可 以定义不同的功能子集，并可拥有不同的系统配置，从而保证系统的安全性。 8 系统要有开放性的数据库管理系统，既要满足实时性要求又要保证历史数 据库的安全性及同外部系统联接的标准性。同时，系统应自动包容用户自定义的 各种库，提供用户二次开发的能力。 9 系统的图形系统要多平面、多层次、多色彩，使得图形系统具有丰富的表 现能力，同时图形系统要与数据库有关联关系，可直观的通过图形界面查询各种 设备信息。 l o 系统可以提供功能强大的数据库计算引擎，使用户可随意引用c 语言提供 的运算符、关系符及i ft h e ne l s e 等语句描述各种复杂的实时计算。 1 1 系统应具有功能强大的报表管理系统，要提供计算引擎可以进行表面数据 项的计算，同时还可以在表项中插入文字、数据项、表达式、文件、画面或位图 等，以满足不同用户的不同要求。 1 2 系统用户界面可以支持个性化的设计，支持开放的外挂接口，用户可以根 据自己的要求进行定制。 1 3 系统最好具有远程维护功能，可在远方查看、修改系统的配置。 2 3 系统的构思 1 该系统完全采用流行的大众化的m i c r o s o f tw i n d o w sn t 2 k x p 兼容操作系 统，用户无需单独了解操作系统。 2 该系统采用m i c r o s o f tv c + + 6 0 作为系统开发工具，支持面向对象化编程， 9 重庆大学工程硕士学位论文2y i c o m - - 2 1 0 0 软件的功能规划与结构设计 使得该系统的各个模块之间既独立又协调的工作，同时各模块间的数据交换采用 多种方式，并根据交换数据的不同类型进行设置，完美的鳃决了数据快速高效准 确的到达，其交换方式如内存映射、网络、消息等。 3 系统采用大型的关系型数据库( m ss q ls e r v e r7 0 及其以上版本) ，该数 据库容量不受限制，能够满足系统实时计算结果以及其他相关数据量的存储，当 然，该种数据库已经为广大的用户熟悉，用户无需进行单独学习和培训，节约了 开支，更好地提高了供电局的经济效益，同时该数据库语言描述公共话，其接口 灵活方便，便于用户对于历史数据的再次利用和开发。 4 该系统实时采集s c a d a e m s 蹦s 的数据，通过内存映射方式将这些数据经 过简单的逻辑处理后放置到内存映射文件中，后台系统如图形、报表、曲线以及 网络浏览等数据结果将直接通过接口显示内存映射文件中的实时数据，体现了数 据传输的高效性，从而使配电网的经济运行优化决策的源头数据更加准确。 5 该系统提供插件式的数据通讯接口方式，如网络通讯、串口通讯等其他方 式通讯，该种方式的通讯接口解决了用户需要从多种不同数据格式的系统采集数 据的困扰，从而实现了不同数据采集系统的资源共享，极大地利用了供电局的现 有资源，提高了供电局的经济效益。 6 该系统提供对于实时计算得到的数据的多元化表现形式，提供了计算结果 的及时图形化方式显示、曲线对比数据方式显示、报表列表方式显示以及网络浏 览方式显示，方便不同用户的不同要求。 7 该系统使用操作简单，界面完全傻瓜化设计； 8 该系统除了保持操作系统提供的基本安全防范措施外，还提供了三级用户 权限管理系统，严格限制了非法用户对数据的侵蚀，大大的保密了供电局内部的 数据，同对系统采用“注销”方式运行，严格限制了供电局内部不同用户对数据 的使用权限。 9 鉴于用户要求的系统维护方便可靠，该系统提供i n t e r n e t 方式进行远程访 问维护方式，并以在线方式对系统故障进行分析和解决以及系统的在线升级，同 时不会影响系统的正常运行。 2 4 系统结构 本系统是分层进行模块组织和管理的，同时综合稳定、易开发等因素，因此 将系统的系统结构分为三层体系结构，包括通讯管理层、数据接口层以及应用开 发层三层体系结构，这三层之间的通讯方式采用c s 方式进行，因此各层间既相 互协调又相互独立的工作，使系统具有稳定性强、二次开发容易的特点： 通讯管理层主要负责收集并解释实时数据，最终形成实时数据库中的数据； 重庆大学 r 程硕士学位论文2y i c o m - - 2 1 0 0 软件的功能规划与结构设计 数据接口层主要将实时库中的数据( 包括通讯管理层得到的数据和补给数据) 通过处理形成历史数据存储到历史数据库中和通过计算如损耗等计算结果保存到 实时数据库和历史数据库中； 应用开发层 数据接口层 通讯管理层 通讯处理 i 规约解释 r ”i = 三厂r ” 图2 1 软件层次结构示意图 f i 9 2 1h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r es k e t c ho f t h es o f t w a r e 应用开发层主要将数据接口层处理后的数据以图形、曲线、报表等方式进行 显示，当然通过应用开发层也可方便修改数据接口层的数据，极好的实现图库一 体化操作，同时在该层可以实现整个系统的二次开发和利用。 2 5 系统流程 考虑到本系统通讯的广泛性、接口的多样性以及输入、输出数据的灵活性， 本系统将采用如下的一些流程管理数据流。 1 通讯流程：对通信管理层的数据流进行管理。 重庆大学工程硕十学位论文2 y i c o m 一2 1 0 0 软件的功能规刘与结构设计 图2 2 通信数据流程图 f i 醇2c o m m u n i c a t i o nd a t ap r o c e d u r e 图2 3 全局数据流程图 f i 9 2 ，3o v e r a l ld a t af l o w 1 2 重庆大学工程硕士学位论文2y i c o m - - 2 0 0 软件的功能规划与结构设计 2 数据流程：对本系统的所有数据及数据间的关系进行管理。 2 6 系统主要模块及其功能 1 主控制台程序： 主控制台程序是系统最基本的操作和使用平台，主要完成系统配置参数的装 载、图元库的装载、实时数据库的装载、画面库的装载、主控制界面的创建、共 享内存的分配和管理以及系统运行需要的最基本的工程模块的启动，如基本计算 模块、接收处理模块、发送处理模块、系统任务管理模块以及其他手动配置的启 动模块等。在该平台上，用户可以进行高级应用软件的处理，如潮流计算和经济 运行分析等；同时也可以择系统所需的基本工具为整个系统服务，如图形绘制、 报表绘制、曲线绘制、通道码显示、通讯设置等。 2 实时计算模块； 主要完成实时库中不能通过实时采集得到的数据量，如损耗，统计等( 主要 通过实时数据库中的计算库将结果表现出来，需要计算的子项可以通过源公式库 进行录入，这样用户可以方便地进行各种量的计算) ；同时也在该模块中完成历史 数据的保存，主要保存到s q l 中；该模块由于采用了可以编辑的计算算式和任意 组合的计算方式，使得用户的使用更加灵活、方便。 3 规约插件： 规约插件主要是各种规约解释模块的总称，每种规约解释是按照选定的规约 方式进行数据的打包和解包处理，一方面将接受的数据打包，通过共享内存的方 式，将其暂存到内存文件中，再通过发送线程模块进行发送，另一方面将发送线 程模块中接收到的共享内存文件中的数据解包，进行出口。 规约解释模块的打包和解包是相对的，如果数据交换是双向的，则各模块既 要处理打包，也要处理解包。 4 发送线程模块： 该模块主要功能：一方面接受规约解释和处理后的数据，同时将这些数据发 送到接收线程模块；另一方面从接收线程模块中接收操作数据，并将这些数据传 递给规约解释，由规约解释进行处理后出口。 5 接收线程模块； 该模块主要功能：一方面接受发送线程模块传递来的数据，同时将这些数据 写入到对应的实时数据库中，供系统中所有线程模块共享使用；另一方面从操作 界面的线程模块中接收操作数据，并将这些数据传递给发送线程模块。 6 网络拓扑模块： 该模块主要用于建立系统不同运行方式的网络拓扑结构，并将这些结构关系 1 3 重庆大学工程硕士学位论文 2y i c o m - - 2 1 0 0 软件的功能规划与结构慢计 以数据库方式存放到实时库中的拓扑元件库