（电力系统及其自动化专业论文）企业供电网通用分析平台的研究.pdf

s u b j e e t ：t h eu n i v e r s a la n a l y t i cp l a t f o r mo ft h eg r i do fe n t e r p r i s e r e s e a r c h i n g s p e c i a l t y ：p o w e rs y s t e m & a u t o m a t i o n n a m e：l iq i a n i n s t r u c t o r ：d o n gz h a n g z h u o a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) 臼编硫 a l o n gw i mt h ed e v e l o p m e n to fp o w e re n t e r p r i s e sa n dc 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 ng r a p h i cs y s t e mw i t hh i g h l ye f f e c t i v er a t e s ，s t r o n gm a i n t e n a n c ea n dg o o du s e ri n t e r f a c e b e c o m ea ni m p o r t a n tm i s s i o no fp o w e ra n a l y s i ss y s t e m t h r o u g hb m l d i n ga l li n t e r a c t i v e a n a l y t i c a ls y s t e m ，h e l p i n gt h ep e o p l ew h om a n a g et h e 鲥do fe n t e r p r i s ec a l c u l a t et h e p o w e r f l o wa n dt o p o l o g y , m a k eg o o du s eo fp o w e r , d e c r e a s et h er a t e so fa c c i d e n t s ，i n c r e a s e t h er e l i a b i l i t yo fs y s t e m t h et h e s i sa i m sa tc u r r e n ts i t u a t i o nt h a tt h ea n a l y s e s y s t e me x i t e d i ss h o r to f m a i n t a i n a b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y , a n a l y s i sa n dd e s i g nt h es y s t e mb a s e do no b j e c t - o r i e n t e d t h o u g h t sa n dm e t h o d s d e s i g nt h ed i s t r i b u t e ds t r u c t u r eo ft h eu n i v e r s a lp l a t f o r mo ft h e 鲥do f e n t e r p r i s e i t i sat r e n dt h a tu s i n gg r a p h i cs o f t w a r ei nm o d e mp o w e rs y s t e ma n a l y t i c a ls o f t w a r e u s i n gt h et o p o l o g yp a c k a g eo ft h es t a n d a r do fi e c - 6 19 7 0c i m ，w ec a ne x p r e s st h et o p o l o g y o ft h eg d do ft h ee n t e r p r i s e 、析t l lg r e a te f f i c i e n c y t h et h e s i sd e s i g n st h em o d u l e so fg r a p h i c s y s t e ma n do b j e c tm o d u l e s ，a n ds h o w st h em a p p i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e no b j e c tm o d e lo ft h e g r a p h i cs y s t e ma n dt o p o l o g yp a c k a g e o fc i m t h e a n a l y s i so ft o p o l o g yi sav e r yp i v o t a lp a r to ft h eu n i v e r s a lp l a t f o r mo ft h eg r i do f e n t e r p r i s e s o ，i td e s i g n st h eb e t hs t a t i ct o p o l o g ym o d e la n dd y n a m i ct o p o l o g ym o d e l ，t h e ni t d e s i g n st h ed a t a b a s ea b o u tt o p o l o g yu s i n go b j e c t o r i e n t e dt h o u g h t sa n da n a l y s et h ed i f f e r e n t m a p p i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e no b j e c ta n dt a b l ei nd a t a b a s e t h er e m o t i n gt e c h n o l o g yh a st h es t r o n g p o i n to f i m p l e m e n t i n gt h ed i s t r i b u t e ds y s t e ma n d r e m o t i n go b j e c t s o ，i tm a k e sas u m u pt or e m o t i n gt e c h n o l o g yp a r t i c u l a r l y u s i n gt h e p o w e r f l o wa sa ne x a m p l et om a k ead i s t r i b u t e ds y s t e mf o rv a l i d a t e i n gt h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h e r e m o f i n gt e c h n o l o g y i ts t i l ld e s i g n st h ew o r k i n gf l o wo f b o t hs e r v i c ea n dc l i e n t k e y w o r d ：c i mt o p o l o g y d i s t r i b u t e ds y s t e m r e m o t i n go b j e c t t h e s i s ：a p p l i c a t i o n & r e s e a r c h 西姿料技夫学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 -1一 学位论文作者签名：套考 日期：v 喀争侈 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 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，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：套骞指导教师签名：参啤 i 2 o o8 年4 , 1 只t jb v ， ，h 1 绪论 1 1 本课题研究的目的和意义 1 绪论 在国民经济中，大、中型厂矿是用电大户，用电量占整个社会用电量近一半。日益 复杂的企业供电系统，发生故障的几率也在不断增加，某些故障导致的大面积停电，严 重影响生产的进行i l 捌。为了保证这些厂矿安全稳定的生产，工程技术人员需要管理好 自己的供电系统。在厂矿内部，当供电负荷发生变化和出现异常运行状况时，需要对供 电系统进行分析和仿真；在供电系统正常的运行情况下通过合理安排生产，能够节约大 量的电能，保证供电过程安全。受制于大中型厂矿的电力技术力量，很难实现上述功能。 通过建立一套交互操作的分析系统，辅助厂矿的技术人员对供电系统进行分析，使企业 能合理利用电能，消除事故隐患，提高电能的利用率和供电可靠性，是厂矿供电的研究 热点之一【4 5 1 。 1 i i 图形平台研究的意义 目前各种电力系统软件在电力系统的规划、生产和生产管理过程中得到了广泛的应 用【删。例如电力系统调度自动化( s c a d a e m s d m s ) 系统，电力调度仿真培训系统 ( d t s ) ，电力系统综合分析程序等，这些系统无一例外的采用了图形化的反映电力系统 电气连接的用户界面，用户在使用软件时的大部分操作都能在图形上通过鼠标的点击、 拖动等操作来完成，改变了以往通过修改和填写数据文件的方式进行软件操作的方式， 用户界面的操作更加人性化。而且图形化的人机界面是电力系统分析软件发展的必然趋 势，所以针对企业电网的特性，研究开发通用的适合于企业电网的专用分析平台，以满 足不同企业分析其供电网的需要，具有十分重要的理论和现实意义【9 - j 。 1 1 2 供电网拓扑分析研究的意义 在企业供电网通用分析平台的研究中，供电网拓扑分析的好坏直接关系到整个分析 系统实现的难易程度、系统的可扩充性、可维护性及后续电网分析功能的效率等方面。 拓扑关系可以表达电气设备之间的连接关系，为其它电网分析功能提供基础数据。好的 供电网拓扑分析功能应使网络拓扑信息能够完整地存储，灵活地被访问，并且表示直观， 同时应节省存储空间和其它电网分析功能计算的时间，因此供电网拓扑分析是企业供电 网通用分析平台中的一个关键的功能。 传统的各类电力系统分析软件系统中，拓扑分析功能是按照自定义的格式进行分 析，由于缺乏统一的模型，拓扑的数据格式、信息模型由各个开发单位定义。因此，实 西安科技大学硕士学位论文 际开发的系统为封闭的系统，限制了系统的可扩展性和可维护性。用户单位的各种系统 信息无法共享，造成大量的资源浪费。为了解决以上问题，国际电工委员会( i e c ) 制 定了电力系统能量管理系统( e m s ) 信息模型标准，即i e c6 1 9 7 0 系列标准。主要包括 公共信息模型( c i m ) 和组件接口规范( c i s ) 两部分。使来自不同厂家的系统应用得 以集成，来自不同开发单位的系统得以互联。在c i m 模型中，其中的一个主要组成部 分是电网表示的拓扑分析包。 供电网拓扑分析功能是电网系统分析计算软件的基础功能【1 2 】。以c i m 模型为标准， 这样生成拓扑数据要被其它分析软件使用时，数据格式就不需要进行转换了。为此，企 业供电系统中按照i e c6 1 9 7 0 3 0 1 标准的拓扑包模型实现分析平台中拓扑分析功能。 1 2 企业供电网通用分析平台的研究现状 随着计算机和网络技术的飞速发展，企业供电网分析平台不断向可维护化、可扩展 化的方向发展【1 3 d5 】。企业供电网分析系统的开发一直都是企业关心的重点 1 6 , 1 7 】。新的企 业供电网分析平台应该更加重视其可维护性和可扩展性，使系统可以不断开发，扩充新 的功能。 在传统企业供电网分析平台设计中，各种供电网应用软件与其它的系统软件捆绑在 一起，高度耦合，各种应用软件配置在一起。软件采用结构性语言开发，当系统功能进 行扩展和网络整体架构发生改变时，软件需要重新开发。这种开发方式会浪费大量的人 力物力。供电网分析系统处理数据量庞大，涉及对象繁多。供电网通用分析平台的开发 需要考虑到将来供电网的维护、扩展等问题【1 8 , 1 9 。 1 2 1 图形平台的研究现状 图形化的电力分析软件平台虽然得到了广泛的应用，但目前的图形平台的可维护性 和可扩展性并不完善。总结目前国内己投入使用的企业供电图形平台模式，主要有以下 两种方式： 第一种，利用程序代码设计一个图元系统，利用点线的组合绘制各种元件如断路器、 开关等等。这样做的好处是可以自如地设计图元和图形的各种数据结构和功能，缺点是 绘图程序的设计比较繁琐，图元灵活性差，增加图元时需要改动代码，可维护性差 2 0 1 。 第二种，利用现在通用的各种c a d 和c a m 软件如a u t o c a d ，绘制各种图元进而 形成整个图形系统。这样做的好处是可以利用成熟软件的强大绘图功能，其普及性、完 善性的优势是非常明显的。但是需要开发者掌握它们的二次开发技术，因为这些软件只 能作为开发图形化系统的一个工具，深层次的功能如拓扑分析和各种数据管理不可依靠 它们完成，而且此类开发模式所需成本较高【2 。 2 1 绪论 1 2 2c i m 模型的应用现状 国际电工协会( i e c ) $ 1 j 定了i e c 6 1 9 7 0 标准，标准中的公共信息模型( c r m - g o m m o i l i n f o r m a t i o nm o d e l ) 规范能量管理系统应用接口( e m s a p i ) 瞄】。i e c 6 1 9 7 0 系列标准形成了 一套开发电力系统分析软件系统的导则和标准： ( 1 ) 在由不同开发商开发的控制中心环境中能够方便集成应用； ( 2 ) 能方便与控制中心外的系统进行数据交换。 该标准的施行实现了异构环境下e m s 软件产品的即插即用，使e m s 系统与其它系 统能互联、互通、互操作。实现了真正意义上的开放式应用系统。近年来电力系统c i m 不仅被广泛应用于能量管理系统( e m s ) 、发电控制、s c a d a 和调度员仿真训练中，而 且在电力系统的其它软件系统中得到了应用，所以在企业供电网分析软件系统中使用 c i m 模型，对整个系统的可维护性会有一定的帮助。 由于企业的输电和供电的特殊要求，它与城乡配电网又有不同之处，需要特殊处理。 而目前电力系统c i m 在企业电网分析服务系统中的应用还属于空白，原因在于：企业 供电网分析系统研究领域涉及到海量数据的管理，c i m 在配电网模型的扩展方面还不太 成熟。企业供电网分析软件的基础是电网建模，由于企业电网自身的特定结构，如何将 c i m 电网扩展模型应用于企业电网建模，己成为当前实际应用系统需要面对的问题【2 l 】。 1 2 3 供电网拓扑分析的现状 传统的供电网分析软件是用手工对节点和设备进行分类编号来表达其拓扑关系，近 年来在各类电网分析系统中，开发单位开始进行自动静态拓扑的研究f 2 3 】。常用的一种拓 扑自动生成的做法是，根据电气元件连接点的位置坐标，做为判断元件是否关联的依据， 在提取图形的拓扑信息时，以元件为单位，得到元件的类型、编号、参数和连接点坐标 信息，结合电气元件的特点进行拓扑分析。 这种做法的拓扑分析的实现过程按照设备的物理特征和位置坐标进行拓扑搜索，因 此其应用通用性受到很大的影响，拓扑生成过程的效率较低。在实际应用过程中，由于 这种方法设计结构层次清晰，应用简单，计算迅速，能满足大多数需求，从而得到了普 遍的应用。 文献 2 4 中采用的静态拓扑分析方法为，当图形绘制完成后，按照设备之间的相联 关系对设备进行编号，将电力网络图假设为母线组成的多根图形，即把母线作为网络中 电气的连接点，把电网的节点模型转化为母线模型。通过遍历每条母线，进行网络图的 搜索，搜索方法为深度优先搜索和广度优先搜索相结合。这种做法，存在很大的局限性， 企业供电网中并不一定存在母线，使该方法失效。 3 西安科技大学硕士学位论文 1 2 4r e m o t i n g 技术应用的现状 r e m o t i n g 技术的优点在于它的通信功能，它能够使位于不同应用程序域中的对象互 相之间进行通信，还能够使位于不同进程中的对象互相之间进行通信，即使这些进程使 用的传输协议、序列化格式、对象生存期方案和对象创建模式不同也不受影响。此外， 远程处理可以在通信进程的任何阶段进行干预。r e m o t i n g 这项技术在企业供电网分析平 台以及相关软件系统中还没有得到广泛的应用，在企业供电网的研究领域，这项技术的 应用还处于起步阶段。 1 3 本文的主要工作 企业供电网通用分析平台的设计应该着重考虑其可维护性、可扩展性和独立性。平 台中的对企业供电网进行分析计算的功能是核心的功能，平台需要支持多个客户端同时 访问服务器，对企业的供电网进行分析计算。在系统的设计中，系统的总体结构、图形 平台中相关类和c i m 拓扑包中类之间的映射关系、拓扑分析功能的实现、位于不同进 程中的对象互相之间进行通信这些问题都是整个平台设计时要考虑的关键问题。 本文主要工作围绕以下四个方面： ( 1 ) 设计能满足客户端调用服务器端远程对象功能的分布式系统的结构。 ( 2 ) 按照图形与数据分离的思想，以面向对象的方法设计企业供电网通用分析平台中 图形编辑器的对象模型。 ( 3 ) 实现按照i e c 6 1 9 7 0 3 0 1 标准生成供电网的静态拓扑和动态拓扑，并设计相应的 数据库结构。 ( 4 ) 将r e m o t i n g 技术引入到企业供电网分析平台中，把静态拓扑生成、动态拓扑生 成和潮流计算这些分析功能封装在服务器端的远程对象中，供客户端调用。 4 2 系统总体结构 2 系统总体结构 2 1 系统设计原则 企业供电网通用分析平台随着系统的应用，是一个不断完善的过程，所以首要考虑 的就是它的可维护性、扩展性、独立性【2 5 】。可维护性是指对构成系统的各个组件的功能 可以进行修改，原组件可以被新组件替换。可扩展性是可以根据实际的需要，继续为系 统原有组件添加新的功能，添加所需的新的组件。独立性是指构成系统的所有组件具有 独立性，互不影响。 企业供电网分析平台是给企业电网管理人员以交互式的方式对企业供电网进行各 项电力分析的工具软件，对企业供电网的各种运行情况进行模拟操作。因此该平台能对 企业供电网进行描述，包括设备的描述，对供电网运行状态进行描述，还包括对企业供 电网分析的各种计算方法，例如，静态拓扑分析，动态拓扑分析，潮流计算等。 系统的应用对象为企业供电网的管理人员，这些人员一般对计算机不熟，这种交互 方式的好处就是给用户提供了一个方便、易用的界面，交互式的人机界面使得企业供电 网分析平台的各类操作均在交互式的人机界面上完成，可以让这些管理人员更加方便的 管理企业的供电网。使管理人员通过对在图形系统中绘制的供电网图形输入设备参数， 调用服务器端的各项供电网分析计算功能，将得到的分析结果以图表、曲线图、棒图、 饼图等直观的形式显示给管理人员。 系统的安全性是系统能正常发挥作用的前提，系统要建立企业供电网模型和基础数 据，收集和整理分析模型参数，维护工作量很大。为了发挥系统的效益，建立的系统可 以为多个工作人员同时应用，可同时选择不同的仿真方案，并且，信息存贮采用集中管 理方式，供电网管理人员操作时，根据其权限可以进行不同操作，供电网管理人员可建 立自己独立的仿真空间，仿真空间的基础数据来自于系统的公共模型参数。 系统所服务的对象不应局限于某一具体的应用分析，要为其它应用软件提供统一的 数据接口，要充分考虑到其它应用软件的共同需要。系统中能对电网进行分析建模，涉 及到大量的各类实测数据，能和其它实时监测系统接口，能方便的得到这些数据。 2 2 系统的功能 2 2 1 客户端主要功能 ( 1 ) 企业供电网管理人员能够方便地利用图形编辑组件绘制自己需要的企业供电网 图形。管理人员通过鼠标将图元、基本笔划和标签来拖动到绘图区的方法，绘制供电网 5 西安科技大学硕士学位论文 图形。 ( 2 ) 在绘图过程中，供电网管理人员能够对自己绘制的企业供电网图形中的图元进行 设备参数的设置，一个图元关联一或多个标签，标签中显示用户设置的设备参数。 ( 3 ) 在绘图过程中，供电网管理人员能够随时通过通信组件与服务器端进行通信，将 供电网分析用的基础数据传递给服务器，然后调用服务器端远程对象中的企业供电网分 析计算功能，对正绘制的供电网图形进行各项电力分析，以查看供电网是否合理，如不 合理可马上修改图形，然后继续进行分析直到符合要求。这种交互式的工作方式，贯穿 整个系统的操作过程。 ( 4 ) 供电网分析结果通过曲线图、表格等图形化方式在图形环境中展示，电网管理人 员能够直观地查看企业供电网分析结果，对供电网的优劣做出判断。 ( 5 ) 可以有多名不同权限的供电网管理人员同时和服务器通信，请求服务器功能，而 不互相干扰。 ( 6 ) 供电网管理人员在客户端可以对数据库进行维护，根据用户权限对相关设备进行 管理，设置用户的权限等级，登记计算模块。 2 2 2 服务器端主要功能 ( 1 ) 服务器能够通过通信组件接受客户端的请求，得到供电网分析所需的供电网基础 数据。 ( 2 ) 服务器以客户端传递的数据和在数据库中取得的数据为基础数据，并用这些数据 在内存中建立电网的模型。 ( 3 ) 服务器能够通过其中的算法组件，以内存中的电网模型和数据表中的拓扑数据为 基础数据，对供电网进行静态拓扑分析、动态拓扑分析、潮流计算等分析。分析结果通 过通信组件传递给客户端。 ( 4 ) 服务器能够同时接受多个客户端的请求。 ( 5 ) 服务器能够辨别具体客户端的企业供电网管理人员的权限级别，按照其级别为其 提供服务。权限分为三级：1 ) 管理人员，所有系统功能对这类人员开放；2 ) 操作人员， 能建立系统仿真空间；并对系统进行仿真；3 ) 一般操作人员，不能建立自己的仿真空间， 在建立的仿真空间上进行用户的仿真操作，在仿真空间上进行的操作只是作为实验用， 不具有实际效果。 2 3 系统总体结构设计 2 3 1 系统的模式 传统电网计算分析平台，采用格式数据文件和计算模型程序的方式，建立的企业电 6 2 系统总体结构 网的分析计算平台，如为分布式的结构，客户端无法直接访问服务器内存中的对象，必 须编制专门的通信程序，程序结构十分复杂【2 6 2 7 1 。 分布式的企业供电网分析平台，采用客户服务器模式，其中为了方便信息的管理， 客户端采用瘦客户方式，即客户端预先不存贮电网分析的各种数据，当服务器端程序启 动后，通过和客户端进行通信，从服务器获得供电网的相关图形和供电网基础数据。在 客户端启动服务器的各类分析计算模块，服务器计算完成后，将计算结果发送到客户端 并显示给用户，计算结果可以就地存储。 随着技术的发展，出现了多种开发分布式的企业电网分析平台的技术，c o r b a 、 d c o m 等分布式组件技术，由于其使用方式复杂，其应用受到了极大的限制。微软随 着n e t 技术的应用，开发出新一代的远程访问技术n e tr e m o t i n g ，与过去常用的 c o r b a 、d c o m 和j a v a 的r m i 等相比较，在技术上解决了过去分布式访问技术在互 操作性、系统同构性和穿越防火墙等方面的问题【2 8 2 9 1 。基于n e tr e m o t i n g 技术架构的分 布式企业供电网通用分析系统，是一个可扩展、可维护的系统，能穿越防火墙、方便多 用户在不同的地域应用的系统。 2 3 2 系统的总体架构设计 系统分为服务器和客户端，一台服务器可以对多个客户端提供服务，服务器和客户 端之间的通信通道为搭载t c p i p 规约的通道，对通道的物理介质和通道的路由没有要 求。 系统运行时，首先启动服务器，然后各个客户端可以登录服务器，在客户端用户直 接调用图形，通过界面修改供电网的参数，访问服务器资源，递交各类服务请求，完成 服务请求后，客户端即可获得结果数据的直观显示。 客户端由图形编辑组件、图形显示组件、图形数据关联组件、参数设置组件和 r e m o t i n g 组件构成，参数设置组件对图形数据关联组件中的数据的设置，图形编辑组件 和图形显示组件从图形数据关联组件获得图形数据，完成供电网图形的绘制和供电网分 析功能的调用，r e m o t i n g 组件实现客户端和服务器之间的通信。 在服务器中，独立运行模块为“系统控制组件，它是独立模块。其它组件以动态 库( d l l ) 方式运行，包括数据库公用接口构件、基本设备对象模型、用户负荷模型、 拓扑分析模块、通用计算接口、电力功能计算组件的接口、外部数据接口、r e m o t i n g 组件等。各个组件和关系数据库协调完成企业供电网分析功能。下图为本系统的总体架 构： 7 西安科技大学硕士学位论文 图2 1 系统总体架构 2 3 3 服务器中数据库和关键组件的作用 ( 1 ) 商用关系数据库及其接口组件 根据功能要求，系统的服务器实现各类分析计算，为了克服基于数据库模式的系统 缺陷，提高企业供电网分析效率和便于系统的扩充，服务器采用建立内存模型进行分析 计算，利用商用关系数据库进行静态信息存贮的模式。 将计算分析时所需数据从数据库中加载到内存中，在内存中建立电网的对象模型。 商用关系数据库中存贮系统的各种静态设备参数和设定的各类用户参数、计算管理、算 法模块库表、各类用户管理数据和仿真结果数据等。 8 2 系统总体结构 因为使用o d b c 只需要了解一些有关的s q l 的知识，易于掌握，所以数据库接口 类使用o d b c 连接数据库，用c r e c o m s e t 类对象取得结果记录集进行查询、处理， c r e c o m s e t 类提供了对表记录进行操作的很多功能，如查询记录、添加记录、删除记录、 修改记录、撤销操作等。这样通过数据库接口类可以方便的操作到数据库表中每一条记 录的每一个字段的数据，对整个数据库表进行管理。数据库接口类将表中的数据读出后， 将数据传递给设备模型组件和负荷模型组件。 ( 2 ) 设备模型组件 供电网中各类一次设备和一次设备参数，根据系统对供电网的分析功能的要求，需 要将供电网中的各类一次设备基础数据进行存贮，并对此数据能进行有效管理，即实现 此类数据的增、删、查、改。为了方便数据的管理，按照设备在系统中层次进行设备的 管理。当对供电网进行分析建模时，要用到各一次设备的电路模型。 ( 3 ) 系统负荷模型组件 企业电网分析的准确性，在很大程度上依赖于负荷模型的精度，对企业电网进行运 行管理，必须建立精确的负荷模型。系统中应能适用于不同要求的负荷模型，企业的负 荷为各类具体的用电设备，应对各类用电设备建立用电设备模型。 ( 4 ) 电网拓扑组件 电网拓扑分析为其它电网分析方法提供原始数据，在整个企业供电网分析平台中具 有关键性作用。只有电网拓扑分析算法的准确，才能保证以后的各项电网分析的结果正 确。 ( 5 ) 电网建模组件 企业供电网的建模，涉及到供电网的静态模型和动态模型的建模，涉及到供电网中 各类一次设备的模型和其之间的互联关系。动态模型，涉及到考虑供电网一次设备的状 态的模型。根据设备的状态，建立适用各类分析计算的电路模型。在此电路模型中，供 电网的描述根据分析计算的要求可以分为两种：适用于稳态计算的模型和适用于暂态计 算的模型。在供电网的稳态计算中，供电网的电路模型可用一次设备模型和其供电网的 拓扑关系模型来描述。暂态模型用分布式电路来描述供电网。 ( 6 ) 通用算法组件 组件中封装了系统中支持的基本分析算法。系统的核心功能是对企业供电网进行仿 真，仿真分析的重点是当系统中的用电设备即负荷发生改变时，根据企业供电网的管理 要求，系统能进行各类稳态计算，例如，系统的潮流分布计算、优化潮流计算、短路电 流计算、系统无功优化计算、保护定值计算等等。 2 4 小结 本章首先对整个软件系统做了简要的需求分析，说明了系统设计原则以及系统要实 9 西安科技大学硕士学位论文 现的功能，并在此基础上给出了平台的系统结构。然后对服务器端和客户端的功能做了 分析。阐明了服务器端中关键组件的作用，建立了用于企业供电网的通用分析平台的分 布式系统结构。 1 0 3 系统中图形平台的初步设计 3 系统中图形平台的初步设计 企业供电网分析系统软件具有良好的人机界面，用户只需通过鼠标的点击、拖动等 操作就可实现系统的大部分功能。用户可按照惯例来绘制供电网图形、设置其线型、颜 色以及字体等。通过界面，可调用服务器端远程对象中的供电网分析方法，从立即返回 的结果判断供电网情况，操作简单、方便，结果显示直观。 3 1 图形平台的功能 首先，图形平台能根据企业供电网管理人员的要求进行各种图形界面的绘制，通过 对话框完成对图元关联所有标签进行设备参数的设置。通过界面中可随时对供电网进行 各项分析，后台通过通道传递图形原始连接数据和电网基础数据，调用服务器端远程对 象，对企业供电网进行静态拓扑分析、动态拓扑分析、潮流计算等分析，服务器将结果 传递给客户端，通过图表、曲线图、棒图、饼图等图形化的方式直观的显示在图形编辑 器中。其次，能进行图元组的编辑，能方便的对图元进行增、删、改操作。 使用图形编辑工具进行图形编辑操作时，使用的图元和图元属性大都和企业供电系 统运行中广泛使用的相关称谓、使用惯例保持一致。 3 2 图形平台的用况 图形平台在运行时有编辑态和分析态两种工作状态： 在编辑态，用户能编辑和维护图元库，并将其保存在图元库中；用户能绘制企业供 电网的接线图、潮流图、厂站图等图形，最后可将绘制好的图形保存在服务器端的图形 文件中。 在分析态，用户能通过界面交互式的调用服务器端远程对象中的各种电网分析方 法，对企业供电网进行分析并立即得到直观的分析结果。 图形平台在两个状态间不断切换完成整个交互式过程。 3 2 1 图形平台编辑态用况 ( 1 ) 图元编辑绘制基本操作 图元编辑中涉及的基本笔划为点、线、圆、椭圆、圆弧、矩形、文本、位图、热点。 能够通过快捷方式，在菜单或快捷条上选择基本笔划，在绘制区进行绘制操作，绘制的笔 划可以进行拾取，并对其进行尺寸修改。对其直接操作或通过对话框对属性进行修改， 能进行移动、删除。图元尺寸进行调整可通过人工和设置的几种自动方式进行调整：水 平方向拉伸图元尺寸，水平方向和垂直方向同时拉伸图元尺寸、垂直方向拉伸图元尺寸、 西安科技大学硕士学位论文 水平方向和垂直方向同时拉伸图元尺寸。具体绘制图元单态的操作步骤分为四步： 1 ) 首先将系统的编辑状态切换为图元编辑态； 2 ) 用鼠标左键选择点击菜单项或工具栏的快捷按钮，进入相应命令状态； 3 ) 用鼠标在编辑工作区进行相应的操作完成画图； 4 ) 将制作好的图元拖放到图元管理窗口。 ( 2 ) 创建图元组 图元组是由若干图元单态组成的，而每一图元单态又是由基本笔划构成的，在向图 元库添加图元组之后，每一个图元组又可以添加若干个单态。创建图元组的步骤可以分 为三步： 1 ) 画出将要用来组成图元单态的基本笔划； 2 ) 向图元库中添加此新图元组； 3 ) 为此新图元组添加图元单态。 ( 3 ) 向图元库添加图元组 在编辑工作区画好的图元可以直接通过鼠标拖拉添加到图元库。具体操作分为以下 四步： 1 ) 点击图元类型栏按钮，使得当前图元库为某一具体的库； 2 ) 点击鼠标左键在图元库的空白区域，使得所有图元为非选中状态； 3 ) 用鼠标选定所有组成图元的笔划； 4 ) 将选中的组成图元的笔划拖拉至屏幕左边的图元库区域。 ( 4 ) 向某一图元组添加图元单态 在编辑工作区画好的单态图元可以直接通过鼠标拖拉添加到图元库的某一图元组 中，使得此图元具有多状态。具体操作分为以下三步： 1 ) 使用鼠标左键点击图元库中的某一图元组，使得该图元组置为选中状态； 2 ) 用鼠标选定所有组成图元的笔划； 3 ) 将选中的组成图元的笔划拖拉至屏幕左边的图元库区域或图元多态显示区，此时 松开鼠标左键，在图元多态显示区就会看到该图元又新增了一个状态。 ( 5 ) 替换图元的某一单态 如果图元库中的某一图元组的某一状态已经被创建，但需要替换，可以把在编辑工 作区画好的单态图元直接通过鼠标拖拉替换掉此图元单态，使得此图元单态符合要求。 具体操作分为以下四步： 1 ) 使用鼠标左键点击图元库中的该图元，使得该图元组置为选中状态； 2 ) 使用鼠标左键点击图元多态显示区中的此图元单态，使其置为选中状态； 3 ) 用鼠标选定所有组成该图元单态的笔划； 4 ) 将选中的组成图元的笔划拖拉至屏幕左边的图元库区域或图元多态显示区，此时 1 2 3 系统中图形平台的初步设计 松开鼠标左键，在图元多态显示区就会看到该图元单态已经被新添加的单态图元所替 换。 ( 6 ) 图形绘制 在进行图形编辑时，当前的编辑状态为图形编辑态，选定加载的图元库，在图元库 的图元显示区中选择一个图元，用鼠标拖动到编辑工作区的目标位置。 ( 7 ) 在图形画面中添加基本笔划 用快捷方式在界面上选择基本笔划，用鼠标拖动绘制基本笔划。 ( 8 ) 图元的几何尺寸调整 在编辑工作区，用鼠标选定将要改变尺寸的图元，此时图元的边框用虚线画出，在 边框的各个项角及各边中点处，均显示蓝色的拖拉区域，当鼠标进入这些拖拉区域时， 根据拖拉区域的位置不同，鼠标光标会变成不同的形状，拖动鼠标进行，水平方向拉伸 图元，水平方向和垂直方向同时拉伸图元，垂直方向拉伸图元，能对选定的图元，进行 拖动、剪切、复制、粘贴、删除、比例缩放、对齐、标签编辑设置。 进行图元复制时，可选择阵列复制和单个复制。进行图元的对齐、间距调整时，在 编辑工作区内以基准图元的相应参数为基准，对选择的图元进行左对齐、右对齐、上对 齐、下对齐、水平等间距、垂直等间距、等宽、等高、等大小的调整。 ( 9 ) 设置图元相关信息 每一个图元除基本几何参数外，还有图元所代表设备的参数，图元与标签进行绑定， 才能在图形界面上表达一个完整的设备，每个图元均可以关联若干个标签，这些显示标 签数据量的值会在具体的应用中随图元实例一起显示。对这些标签能进行增、删、移动、 修改等操作。 ( 1 0 ) 编辑的画面上有一些和整个茴面相关的基本参数 这些参数为： 1 ) 线类型、线宽度、线颜色、填充类型、填充颜色； 2 ) 编辑工作区背景、尺寸等属性； 3 ) 显示或隐藏图元库窗口； 4 ) 绘图网格、绘图区域尺寸，绘制图形自适应、图元自适应参数； 5 ) 标签颜色的设置。 ( 1 1 ) 图形文件的保存。 图形界面编辑完毕，能够保存当前电网图编辑区的内容至指定的图形文件。如果先 前的编辑区内容并未保存，系统将弹出对话框提示用户选择目标文件存放路径及输入文 件名称。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 3 2 2 图形平台分析态用况 当用户用鼠标点击电网分析功能按钮时，图形平台进入分析态，客户端调用服务器 端远程对象的方法，对图形中表达的供电网进行相应的电网分析；分析功能有：静态拓 扑分析、动态拓扑分析、潮流计算等。服务器将分析结果传递给客户端，在客户端分析 结果通过弹出的结果显示窗口直观的展现在供电网管理人员面前。 3 3 图形平台模块构成 根据图形平台的功能，图形平台包括以下三个模块：图元编辑器、图形编辑器、n e t r e m o t i n g 模块。 ( 1 ) 图元库编辑管理 图元表示某一类设备。将图元或图元的一部分，采用特定的颜色，来表示所代表的 设备或物体的一个特定的状态，称为图元单态。一个图元包含若干个图元单态。 供电网管理人员使用图元编辑器，采用基本几何笔划比如直线、矩形、弧线、圆、椭圆 等，编辑一个特定的图元，表示图元组的一个状态，多个图元构成图元组。编辑的特定 的图元组表示企业供电网中的特定的一类设备，图元组中的图元，对应电气一次设备的 一种运行状态，图元保存在图元库中。 图元编辑器负责编辑图元库。对每一个图元库，采用人机交互方式，采用基本几何 笔划，编辑图元和管理图元。编辑完成的图元库，将其保存在图元库文件中，供图形编 辑器调用。针对各种应用的图元库，供电网管理人员可在基本绘图区中，使用图元编辑 工具进行图元编辑，可以创建、复制、删除和修改图元库。 ( 2 ) 图形编辑 按照电力系统的惯例，使用特定的图元实例、标签表示对应的设备或物体。用联线 连接各个图元，构成一幅系统的原理图或示意图。用户载入指定的图元库，显示在主画 面左侧的图元区。在主编辑区，用户通过选择不同的图元进行组合，加入文字标签，即 构成一幅图形界面。一个图形界面保存在一个图形界面格式文件中。文字标签分为静态 标签和动态标签，动态标签引用一次设备的动态参数量。 ( 3 ) n e tr c m o f i n g 模块 当管理人员要对电网进行分析时，通过n e tr e m o t i n g 模块实现服务器端远程对象方 法的调用，使管理人员通过界面，能随时通过调用服务器端的电网分析功能对所绘制的 供电网图形进行分析，并直观的显示分析结果。 3 4 图形编辑器的对象模型 1 4 3 系统中图形平台的初步设计 3 4 1 图元编辑模块设计 图元库由若干图元组组成，图元组由多个图元单态组成，每个图元单态包含一个笔 划参数结构数组，在此数组中存储由笔划基类链表抽象出来的笔划参数。也就是说，图 元单态类是图元类的一个组成部分，图元类是图元库类的一个组成部分，图元库类用于 管理图元库，每一图元库文件包含了若干个图元库对象。图元编辑态时，编辑的基本几 何图形信息保存在笔划类链表中，在几何图形保存为图元单态时，系统会将笔划链表中 的笔划参数抽象出来，存储在图元单态的笔划参数结构数组中。 图元库类，实现对各类图元库的管理，实现图元库的查询、列表、删除、修改等操 作，其基本属性和方法为： i n tmn u me l el i b ； 图元库的个数； s t r u c tc u n i t l i b m a x 图元库的属性；e l el i b ； 其中：c l a s sc u n i t l i b c s t r i n gmn a m eu n i tl i b ； 图元库的名称； c s t r i n gmv e r s i o n ； 图元库的版本； c s t r i n gmn u me l e ； 图元个数； d a t emb u l l d d a t e ； 建立日期； d a t er l l 修改日期；r e p d a t e ； c s t r i n gmp a s s w o r d ； 调用密码； f i g _ e l e m e n t p e l e ； f i g _ e l e m e n t 木p e l e c ； e l e m e n t _ s t a t u s ； l o a d s t r o c k s 0 s a v e e l e 图元链表； 当前指针； 当前图元的状态； 图元库编辑 图元库保存 图元类：分为两类基本属性，图元笔划属性和图元的物理属性。其基本笔划属性和 图元单态类一致，物理属性包括对应的物理设备的编号和设备类型、设备名称。 图元类包含以下的主要属性： d e v i c e _ n a m e ；， d e v i c et y p e ； n u ms t a t u s ； 设备的名称 设备的类型 状态数，图元的单态数 1 5 西安科技大学硕士学位论文 d r a w ( ) 画图元 c l a s s * p s t a t u se l e ； 图元单态编辑链 c l a s s * p c u r r e n ts t a t u se l e ； 当前图元指针 d e l e 0 删除单态 c l e a n ( ) 初始化图元数据 r e a d l i n k 0 得到图元基本数据 s a v e l i n k 0 储存图元基本数据 图元单态类：为组成图元的基本笔划信息和表示物理设备的状态和状态名称。 笔划基类：笔划基类包含所有笔划的基本共有属性信息，包括画笔颜色、画笔类型、 画刷类型、画刷颜色、线宽度等属性，基本笔划类全部都公有继承笔划基类，它们的私 有成员变量均为该笔划特有属性，其中连续直线类中私有成员变量包含它们的私有成员 变量均为该笔划特有属性。在笔划基类中有多个虚函数，用以返回得到各子类中的私有 成员变量。 3 4 2 图形编辑界面类的设计 用户编辑一个图形界面时，首先系统载入指定的图元库，在界面上图元显示在主画 面左侧的图元区。在主编辑区，用户通过选择不同的图元进行组合、编排、加入文字标 签，设置图元的各种属性，即构成一幅图形界面，绘图过程中随时可通过点击各项供电 网分析功能按钮对供电网图形进行电力分析。最终在客户端就地将图形界面保存在一个 图形界面格式文件中。 一个图形界面为一个图形界面类对象，其中包含多个图元对象、多个标签对象和多 个基本笔划对象，标签用来管理一个图形界面中标签的相关设备的参数和文字信息，图 元和标签通过l a b l e l d 进行关联。 编辑一个图形界面时，图元库处于只读状态，图元数量和各图元的单态数量都已确 定。因此，图元库中的图元和图元单态都采用数组进行管理，以方便检索，提高系统的 稳定性。出于编辑的目的，一个图形界面中的图元和标签使用链表进行管理，整个一个