（电力系统及其自动化专业论文）可视化供电能力计算软件的开发及应用.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 利用v i s u a l c + + 6 0 丌发了 一j 视化供电能力计算软件。阐述了软件开发的总体架 构和模块划分，及软件的功能特点，并用具体算例进行验证。该软件借鉴p o w e r w o r l d s i m u l a t o r 软件的风格，应用二维可视化技术，可以连续计算配网系统潮流，应用 各种颜色显示各种元件不同的运行状态，采用饼图表示线路潮流的负载率，箭头表 示线路潮流的大小和方向，节点电压可随运行状态变化，丌关状态、电源出力以及 负荷都可以在线改变，运行过程中如果出现线路过载或电压越限都采用醒目的颜色 或数字显示。结果表明此软件可视化程度较高，界面全部汉字化，方便调度运行人 员使用，实用性较强 关键词：可视化，潮流计算，负荷供应能力，配电网，p o w e r w o r l ds i m u l a t o r a b s l 。r a c l ak i n do fv i s u a ls o f t w a r ef o rt h el o a ds u p p l y c a p a b i l i t y ( l s c )a r e d e v e l o p e db yv i s u a l c + + 6 0 t h et o t a lf r a m e w o r k ，t h em o d u l ed i v i s i o na n dt h e f u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i co fs o f t w a r ed e v e l o p m e n ta r ed e s c r i b e di n t h i sp a p e r ， a n da c o n c r e t ee x a m p l ei su s e dt op r o v ei t t h i ss o f t w a r ed r a w sl e s s o n sf r o mt h es t y l eo f p o w e rw o r l ds i m u l a t o rs o f t w a r e ，u s et w o - d i m e n s i o n a lv i s u a lt e c h n o l o g y ， c a n c a l c u l a t et h ep o w e rf l o wo fd i s t r i b u t en e t w o r ki ns u c c e s s i o n ， u s ev a r i o u sk i n d so f c o l o rs h o wd if f e r e n to p e r a t i o ns t a t eo fv a r i o u sk i n d so fc o m p o n e n t ， u t i l i z ec a k e c h a r ts h o wl o a dr a t eo fc i r c u i tp o w e rf l o w ，t h ea r r o wp o i n te x p r e s s e st h es i z ea n d d i r e c t i o no ft h ec i r c u i tp o w e rf l o w ；t h en o d a lv o l t a g ec a nv a r yw i t ho p e r a t i o ns t a t e ； s w i t c hs t a t e ，p o w e ra n dl o a dc a na l lc h a n g eo n l i n e ；i fc i r c u i to v e r l o a do rv o l t a g eo u t o fl i m i t ，i ta d o p ts t r i k i n gc o l o ro rd i g i t a ld i s p l a yt ow a r n t h er e s u l ti n d i c a t e st h e v i s u a ld e g r e eo ft h i ss o f t w a r ei s r e l a t i v e l yh i g h ，t h ei n t e r f a c e sa l lu s ec h i n e s e c h a r a c t e r s ， m a n a g e m e n ta n dr u n n i n gp e r s o n n e la r ee a s yt ou s e ，p r a c t i c a b i l i t yi s r e l a t i v e l ys t r o n g w a n gl i l i ( p o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f a ix i n k e yw o r d s ：v i s u a l - l o a df l o wc a l c u l a t i o n ，l o a ds u p p l yc a p a b i l i t y ( l s c ) ，d i s t r i b u t en e t w o r k ，p o w e rw o r l ds i m u l a t o r 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文可视化供电能力计算软件的开发及应 用，是本人在华北电力大学玫读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，电不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：主叠塑日期：塑翌! ；：笪 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北i 【i 力大学确关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校”r 允y t ：学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位沧文；刚意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：至鱼堑!导师签名 日期：迸圭廖 日 期：2 ：翌，! 厂 牛北 b 力大学哦j ：学位论义 第一章引言 可视化供电能力计算软件的设计思想立足于提高软件操作使用的方便性，输入 数据的直观性，供电能力计算的可靠性，输出方式实用性和系统运行的稳定性。整 个系统采用统一的面向对象技术，利用v c 十+ 语言编制而成。 可视化供电能力计算软件实现在计算机图形上进行数据输入和结果输出。它是 以潮流计算为核心，采用动画式多色彩的单线图等可视化技术，直接在图形上进行 操作的仿真软件。通过可视化的图形界面，以所见即所得的方式可得到配网的主接 线圈，配网的潮流计算结果和线路的供电能力直观的显示在调度员面前，它可提高 工作效率并促进调度自动化水平的提高。 1 1 该研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义 随着；十算机技术的不断发艘，搽件可视化是当前电力系统计算分析软件的发展趋 势和追求目标。迄今为止，国际上已有不少学者开展了将计算机图形引入i 乜力系统 潮流计算软件的工作。美国伊利诺颊大学开发的电力系统可视化仿真软件包 p o w e r w o r l ds i m u l a t o r ，以潮流分析为核心，采用动画式多色彩的单线圈等二维和 三维可视化技术。模拟电力系统在给定时间内的运行状况，从而直观生动的阐述了 电力系统运行的基本 5 ：c 念，这套软件在欧美地区的科研、生产和教学等方面部有广 泛的应用。但由于这个商业软件的数据接口，以及售价和英文界面等问题，在国内 基层生产单位的应用还存在一定的障碍，因此有必要自主开发适合配网调度使用的 可视化潮流计算软件。 随着电力建设的发展，配电网结构越来越复杂，其计算的工作量也日趋庞大，而 现有的许多电力系统计算软件功能操作和结果显示都不直观，用户必须用很大的精 力来熟练和掌握这类软件的使用。因此开发一套可视化、易学易用的潮流计算和供 电能力计算软件，使运行调度人员能在良好的人机界面下，实现快速准确的数据录 入和计算结果显示，具有非常重要的意义。 随巷国民经济的发展，对电能质量的要求更高，迫使具有高效可靠的配电系统与 之适应。配电网潮流计算是配电网网络分析的基础。配电网的网络重构、故障处理、 无功优化和状态估计等都需要用到配网潮流的数据。因此配电网潮流计算应该受到 应有的熏视。 可视化供电能力计算是是市场机制引入到电力系统中以后出现的新课题。可用输 电能力作为一个可靠性指标，对指导调度员的操作，保证整个配网的安全可靠运行 具有重要的投术价值。同时它也是重要的市场信号，积极指导市场参与者在电力交 牛北i u 力人学坝士学位论文 易过程中的商业行为。具有显著的经济价值。 可视化供电能力计算软件实现在计算机图形上进行数据输入和结果输出。供电能 力计算魁在可视化潮流计算的躯础上考虑热稳定限制完成的。界面上输f 乜线上的饼 图可以直观生动的显示线路的载荷情况，以载荷占线路额定容量的百分比表示。它 可提高：f 作效率并促进调度自动化水平的提高。【l j 1 2 本研究主题范围内国内外已有的文献综述 随着计算机技术的不断发展，擞作可视化是当前电力系统计算分析软件的发展趋 势和追求目标。迄今为止，国际上已有不少学者j 1 ：展了将计算机图形引入f n 力系统 潮流计算软件的工作。 美国伊利诺斯大学开发的电力系统可视化仿真软件包p o w e r w o r l d ，以潮流分析 为核心，采用动画式多色彩的单线圈等可视化技术。模拟电力系统在给定时问内的 运行状况，从而直观生动的阐述了电力系统运行的基本概念口1 。 园内b p a 电力系统分析程序是由电力科学研究院从美国b p a ( b o n n e v i l l ep o w e r a d m i n i s t r a t i o n ) 引进的具有国际先进水平的电力系统分析软件包。经过大量的消化 吸收、开发创新和推广应用工作，自行开发、研制了软件包的图形及人机界面部分， 形成了适合我圉电力系统计算分析要求的中国版b p a 电力系统分析程序。 目前的版本是以美国b p a 9 0 年版程序为基础的。b p a 电力系统分析程序具有计 算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点，已在我国电力系统规划、 调度、生产运行及科研部门得到了广泛的应用。 1 3 论文所要解决的问题 基于面向对象的方法和可视化技术，并结合配电网的实际，作者开发了一套可 视化供电能力讣算软件。面向对象技术可以使程序易于维护和发展，降低编写程序 的复杂度，而以视窗技术为基础的可视化技术可以通过图形化界面来方便用户的使 用，操作直观，提高了工作效率。 软件的开发采用完全的面向对象的概念及编程技术，对象之间以事件来驱动， 从而使整个系统建立在一个协调统一的面向对象的开发环境下，既易于扩充，又保 证了各应用的封装性，相互之涮的甚醅铲 v c q + 以其高性能编译技术、对象化的设计方法与可视化开发环境的完美结合， 出现便受到广大软件设计开发人员的青睐。本设计以w i n d o w s 下的v c + + 6 0 为 l 丌发工具，利用其标准的微软基础类库m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 完成了 基于图形界谣的可视化供电能力计算软件的研究与开发。 兰j ! ! 垫坐叁堂婴主兰竺堡苎一 主要工作如下： l 、在面向对象的编程技术的基础上，更结合了计算机图形v c + + 为开发工具， 构造了整个电力系统潮流计算所需要的各一次元件类，包括母线类，输f 电 线类，发电机，负荷类等。在这些类中都包含了绘制该类对象的绘图函数， 2 、通过拓孝卜计算实现了一次接线图和计算网络的统一。 3 、通过图形化界面和消息传递实现了图形和计算数据的交互和统一。 4 、采用牛顿拉夫逊算法开发了潮流计算程序 5 、给出具体算例，对局部电网进行供电能力分析。 f 童北i u 力犬学坝士学位论文 第二章面向对象的程序设计 2 1 面向对象的基本概念 面向对象( o o ) 这个术语并无确切的定义，然而大多数使用这种方法的技术人 员都同意o o 涉及到定义抽象数据类型( a d t ) ，这种数据类型代表着复杂的真实 世界或抽象的对象，瞄准这些对象的共同特点，并围绕其来组织你的工作和程序。 数据抽象( d a t aa b s t r a c t i o n ) 这个词指的是定义a d t 的过程，而继承( i n h e r i t a n c e ) 和多态性( p o l y m o r p h i s m ) 指的足一一种机理，它使你能够利用a d t 的通用特点。 面向对象技术( o o t o b j e c to r i e a tt e c h n o l o g y ) 包括三部分的内容：面向对象 分析( o o a o b j e c to r i e n ta n a l y s i s ) ，面向对象设计( o o d o b j e c to r i e n td e s i g n ) 和面向对象编程( o o p o b j e c to r i e n tp r o g r a m ) 。从本质上说面向对织编程方法 ( o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 是一种建立客观事物模型，分析复杂事物的一种思 想方法。 面向对象方法的基本思想是，从现实世界中存在的客观事物( 对象) 出发来构 造软件系统，并在构造的过程中尽可能运用人类的自然思维方式。对象可以理解为 待研究的客观事物的软件模型。客观事物的模型可以因为研究的侧重点不同而不 同。总的浇来客观事物可以抽象为特征和行为，功能。例如，我们对矩形有研究的 兴趣，并建立矩形的软件模型。首先要分析其特征和行为，功能。矩形的特征包括 有定上角和右下角的坐标，其行为包括计算面积、周长等。 也许这样描述矩形这一对象，只具有象征意义，但却能说明一定问题。其中最 重要的是数据和函数的关系。在搬述一个事物的行为，功能和特征往往是不可分割 的。面向对象的编程方法从本质上刻画了待研究事物和他们之间的相互关系，主要 体现在以下几点： ( 1 ) 客观世界是由一些具体事物构成，每个事物都有自己的静态和动态特征。 o o p 用对象描述问题域中的事物，每个对象都由组属性和服务构成， 分别描述事物的静态和动态特征。 ( 2 ) 人类认识客观世界的基本方法之一是对事物进行分类，即：根据事物的 共同性把事物归结为某类。o o p 用类来抽象具有相同性质的事物，并通 过继承机制保证子类具有父类的全部属性和服务。 ( 3 ) 客观事物中较为复杂的事物往往是由其他一些比较简单的事物构成。o o p 中提供劳务描述这种组成关系的功能。 ( 4 ) 客观世界中的事物是一个独立的整体，他的许多内部细节是外部不必关 心的。o o p 中封装机制屏蔽了对象的内部细节。 一d 一 o # 北l u 山人学1 6 ； 】二学位论文 ( 5 ) 客观世界中的一个事物可能与其他事物存在某种行为上的联系。o o p 通 过消息表示对象之间的动态联系。 由此可以看出，在一个比较理想的o o p 程序中，程序与阅题域具有很紧密的对 应关系。编程语者和自然语言之间的鸿沟变窄了，开发人员从对问题域产生正确的 认识，到用一种编程语言把这些认识描述出来所付出的劳动减少了。因此面向对象 方法逐渐完善起来，并且深入到计算机软件领域的所有分支，成为当今计算机软件 领域的主流技术【 j 。 2 2 面向对象的主要知识 1 、数据抽象 数据抽象将定义一种数据类型( 往往称之为抽象数据类型( a d t ) ) 的过程和 数据隐藏结合起来。a d t 的定义包括指定a d t 数据的内部表示，以及其他程序模 块对a d t 进行操作所需的函数。数据隐藏确保你不用中断调用a d t 的函数的程序， 就能改变a d t 的内部结构。我们所熟知的c 的f i l e 数据类型就是a d t 的一个例 子( 见图2 1 ) 厂_ ： i 与外界i l 的弊断l ij 1 j 幽2 1f i l e 类型1 ：作示意幽 2 、对象 对象使构成系统的一。个鉴奉单元，是系统中用来描述客观事物的一个实体，可 以使有形的，也可咀使无形的。一个对缘由一组属性和对这组属性进行操作的一组 服务构成。其中属性是用来描述对象静态特征的数据项，服务是用来描述对象动态 特征的操作序列。 另外需要说明一下两点：第一点是，对象只描述客观事物本质的，与系统责任有 关的特征，而不考虑那些非本质的，与系统责任无关的特征。这就是蜕，对象是对 事物的于d l 象描述。第二点是，对象是属性和服务的结合体，两者是不可分的，而且 华北i b 力火学碘士学位论文 对象的属性值只能由这个对象的服务来读取和修改。 3 、类 类是具有相同属性和服务的一组对象集合，它为属于该类的全部对象提供了统 一抽象描述，其内部包括属性和服务两个部分。他的作用是定义对象，一个对象是 类的一个实例。 如果类甲具有类乙的全部属性和服务，又有自己某些特殊的属性和服务，则类 甲叫做类乙的特殊类，乙叫做甲的一般类。【4 】 4 、封装 封装就是把对象的属性和服务结合成一个独立的系统单位，并尽可能地隐蔽对 象的内部细节。他是面向对象方法的一个重要原则，也是面向对象技术必须提供的 一种机制。他有两个含义：第个含义是把对象的全部属性和全部服务结合在超， 形成一个不可分割的独立单位( ! l ；| 对象) 。第二个含义是“信息隐蔽”即尽可能隐蔽 对象的内部细节，对外形成个边界，只保留有限的对外接口使之与外部发生关系。 封装既有好处，又有副作用。如果强调严格的封装，则对象的任何属性都不允 许外部直接存取，因此要增加很多没有其他意义，只负责读或写的服务。这不仅增 加了编程工作的负担，而且使程序显得臃肿。为了避免这种情况，编程语言往往采 用一种比较现实的灵活态度允许对象有不同程度的可见性。具体做法与编程语 言有关。在v c + + 中，采用私有，保留，共有三种不同的数据属性来实现这种灵活 性。 5 、继承，多继承 继承意味着“自动的拥有”。或者蜕“隐含的复制”，也就是说特殊类种不必重新 定义已在他的一般类中定义过的属性和服务，他会自动地隐含地拥有一般类中地所 有属性和服务。当这个特殊类又被它更下层的特殊继承时，它继承下来的和自己定 义的属性和服务又都一起被更下一层的类继承下去。继承的实现是通过o o p 的继承 机制来保证的。 一个类可以是多个一般类的特殊类，它从多个一般类中继承属性和服务，这种 继承模式叫做多继承。多继承无论是从概念还是从技术上都是单继承的推广。多继 承模式在现实中是很常见的，但系统开发是否采用多继承性受到具体编程语言的限 制。 6 、多念性 对象的多态性是指在一般类中定义的属性和服务被特殊类继承之后，可以具有 不同的数据类型或表现出不同的行为。这使得同一个属性或服务名在一般类即各个 特殊类中具有不同的语义。它可以为丌发者提供不少的方便，当系统成员请求一个 服务，不同类的对象接到这个消息，可执行不同的功能。多态性的实现，需要o o p 提供相应的支持，目前几种最常用的o o p 语言仅有一部分支持对象的多态性。 一6 一 # 北j u 力人学诎1 ：学位论史 7 消恩 对象通过它对外提供的服务在系统中发挥自己的作用。当系统中的对象( 或其 他系统成分) 请求这个对鲰执符某个服务时，它就响应这个请求，完成指定的服务 所应完成的职责。在o o p 方法中把向对象发出的服务请求称作消息。通过消息进行 对象之问的通信，也是o o p 方法的一个原则，它与封装的原则有密切的关系。封装 使对象成为一些各司其职，互不干扰的独立单位：消息通信为他们提供了唯一合法 的动态联系途径，使他们的行为能够互相配合，构成一个有机的运动的系统。 消息具有三个性质： 1 、同一对象可接收不同形式的多个消息，产生不同的响应。 2 、相同形式的消息可以送给不同对象，所做出的响应可以截然不同的； 3 、消息的发送可以不考虑具体的接收者，对象可以响应消息，也可以对消息 不予理会，对消息的响应并不是必须的【“。 2 3 面向对象的可视化供电能力计算软件的开发 2 3 1 面向对象的c + + 及 本软件采用v c + + 作 提供了一系列的可视化的 ( m i c r o s o f if o u n d a t i o nc 只从这些类中生成实例郧 同时 m f c 用户 m f c 具有强大功能，应该说m f c 是v c + + 的主要部分。一个典型的m f c 应用 程序包括以下四个主要的类： 1 ) 视图类：负责显示文档类的数据，可以显示在屏幕上，也可以输出到打印 机。 2 ) 文档类：用于读取磁盘文件数据和存放程序数据。 3 ) 主框架窗口类：用于提供程序的界面。 4 ) 应用类：进行程序实例的初始化和最后的程序清扫工作。 选择v c + + 作为开发工具主要基于以下几个方面的原因： 1 、v c + + 不是传统的编程方法来建立软件系统，而是以图形化的方式建立起人 机界面。在人机界面方面，v c + + 在其内部工具条上提供了便捷的界面设计 工具，如：按钮、位图、下拉枢、文本编辑框等。从而使程序设计人员不 需要过多考虑写用户界面，提高了程序设计效率。 2 、在实际运行中，执行速度非常重要。基于c + + 的v c + + 在这方面比其他高级 语苦具有明显的优越性，i 司时从基本原理上支持面向对象的编程方法。 3 、v c + 十具有功能强大的函数库、模版类库。v c + 十支持多任务系统，可以同时 华北i u 力火学硕士学位论文 运行多个线程，这为将来扩充系统功能提供良好的基础。而且v c + + 开发的 程序可以便利地移植到i n t e r n e t ，符合时代发展的趋势。 6 1 2 3 2 可视化供电能力计算软件的功能及特点 软件的主要功能是辐射形配电网的潮流计算和供电能力计算，通过编辑配电网 的各个设备元件形成辐射型配电网。原始网络的数据是通过图形化界面的嘲络元件 属性的各项参数得到 7 1 。 ( 1 ) 通过工具栏的编辑按钮能方便的绘制出各种电力元件，获得配网的接 线图。并且可以缩放图纸和打印输出图纸。 ( 2 ) 根据需要可以对各种电力元件进行复制，粘贴，剪切，删除，移动， 旋转。 ( 3 ) 司：建羹垡国占熊魏缔搁瑚眠鼠掺套键单壹选定元件会弹出该设备 堕缒丝绝缒撼毯竣窿二。磐汪瓢。蝓菱堡委戳堡璺a ( 4 ) 鼠标点击潮流计算按钮即可进行潮流计算，点击仿真按钮即可显示潮 流计算结果及线路的供电能力计算结果 ( 5 ) 发电机设置成手动控制模式，在界面上通过鼠标点击可改变发电机的 出力，并且自动更改潮流计算结果及动态显示线路载荷情况 此软件最大的特点足可视化和实用性： ( 一) 可视化：采用可视化技术，也就是g u i ( g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ) ，口j 图形 化的用，界面，计算机程序通过图形来和用户交换数据及信息。可 视化技术使软件更加容易使用，操作更直观，提高了工作效率。 1 、动态的箭头可显示出线路潮流的方向 2 、线路上唆饼网可动态显示线路的供电能力，当丝坠地塑煎婆型堡鉴鲺妁 8 0 时，c 发出警报( 饼图变大并且变成橙色) 3 、潮流的计算结果包括节点的电压、线路的功率、平衡节点的功率、发电 机的功率、负荷的大小均可显示在网络接线图上。 4 、不同的电压等级可选择用不同的颜色显示。 5 、通过鼠标的点击可改变开关的状态，即可实现发电机、负荷、电容器等 的投切。 ( 二) 实用性：可直观地在l 乜网拓扑结构上调节发电机出力和负荷大小，在运行状 态下可改变开关的丌断情况进而改变网络的拓扑结构，进行不同运 行方式的潮流计算和供电能力的分析，告别了手工修改文本数据来 改变运行方式的年代。 一8 一 华北叱力人学硕士学位论文 2 4 系统结构 一个软件是否具有简单、明了的结构，以及良好的扩展能力，在很大程度上取 决于软件框架结构的设计。 可视化供电能力计算软件不仅提供丰富的功能，同时软件的执行速度、效率和 可靠性也是设计时考虑的一个重要方面。本软件设计还从长远利益出发，使系统能 适应新技术的发展，并能满足业务不断扩展的需求。总之，本软件的应用系统设计 要满足三个基本要求，即加强系统实用性、降低系统开发和应用的成本、延长系统 的生命周期。1 8 为了实现上述思想，在软件的开发中我们运用面向对象的思想，将系统台理分 割成一系列相对独立又有联系的子过程，他们通过接口连接，共享数据并协同工作。 内存数据库 图2 - 2 缔构框翻 华北l n 儿火学顺士学位论文 3 1 配网建模模块 第三章软件的主要功能模块 一次元件类，元件是电力系统的最基本的组成部分，包括变压器，发电机，负 荷，线路，母线，电容器，电抗器，开关。就设备的本质来说，所有的元件通过连 接而形成刚络，因此他们之洲的关系主要表现为连接，也就是我们所说的拓扑关系。 元件之问按照相应的连接关系形成设备网络。 在面向对象的编程技术的基础上，结合计算机图形v c + 十为开发工具，将各种 配电网的设备元件通过一个类来表示，各个类对象的参数，连接信息组成网络对象。 此模块构造了配电网潮流计算所需要的各次元件类，在这些类中包含了绘制该类 对象的绘图函数。 构造一次元件基类：面向对象的技术使我们可以完全按照元件的真实属性在程 序中构造它，即用继承的方法实现图3 一- 题蠢盟塞蚕。所有的电气元件按照程序的 需要包括四个方面的数据：l 、电气参数2 、网络拓扑参数3 、图形绘制参数4 、在 使用中的名称和编号参数、所在位置。在这四种参数中，名称、所在位置和编号参 数是所有元件共有的相同数据。从基类中派生出连接类，所有元件类分别为单连接 点元件基类、双连接点元件基类、三连接点元件基类，以及母线类。 9 1 0 1 幽3 1 类继承关系幽 首先构造元件基类c e l e m e n t ，该类的伪c 语言描述为： c l a s sc e l e m e n t 一l o 华北b 力火学砸士学位论文 p u b l i c ： c e l e m e m ( ) ： v i n u a l c e l e m e n t ( ) ： s t a t i cb o o li nb s h o w o w n e r ； s t a t i cb o o l m b s h o w l d ； p u b l i c ： ，构造函数 ，析构函数 是否显示元件 是否显示i d b o o ln l b s e l e c t e d ； 本元件是否选中 c s t r i n g m s t r t e x t ； 元件标识 c r e c tmr t e f f e c t ：，元件显示区域 c p o i n tmp c e n t e r p o i n t ； 元件中心点 c o l o r r e fmc o l o r ；元件颜色 d o u b l emd o u y r a t e ；缩放比例 ) ； 析构函数和构造函数是c + + 语言的一个要点。每当程序将一个类实例化的时候， 它就自动调用构造函数为这个实例分配内存和初始化参数，而当这个类不再被使用 时，程序自动调用析构函数收回已分配的内存，销毁这个实例。 然后再从浚类中派生出连接类，所有的元件分别为单连接点元件基类 c s i n g l e n o d e ，包括接地类、发电机类和负荷类；双连接点元件基类c d o u b l e n o d e ， 包括电容类、电感类、双绕组变压器类、断路器类和输电线类；多连接点元件基类 c m u t n o d e ，包括三绕组变压器类c t r i n o d e 和母线类。【1 1 l 单连接点元件基类c s i n g l e n o d e 的定义如下： c l a s s c s i n g l e n o d ep u b l i c ：c e l e m e n t c e t e m e n t 类是c s i n g l e n o d e 的父类 p u b l i c b o o li s c o n n e c t ( ) ； 是否和其他元件连接 p r o t e c t e d ： b o o l m b c o m p i l e d ； 是否编译 b o o l m b s e l e c t e d ； 本元件是否被选中 b o o lmb s e l e c t p o r t ； 端口是否选中 c e l e p o r t m e l e p o r t ； 端口所连接的设备信息 ) 单连接点元件基类定义从元件基类中派生而出。成员变量m 用以存储_eleport 该单端元件所连接的元件描述。通过这个成员变量可以建立元件之间的连接关系。 双连接点元件类c d o u b l e n o d e 的伪c 语言定义如下： c l a s sc d o u b l e n o d e p u b l i c ：c e l e m e n t c e l e m e n t 类是c d o u b l e n o d e 的父类 一1 l 一 t i l l l u 力大学t i d ：学位论文 p u b l i c ： b o o li s c o n n e c t ( ) ；是否和其他元件连接 p r o t e c t e d ： b o o l m b c o m p i l e d ；是否编译 b o o l m _ b s e l e c t e d ； 本元件是否被选中 i n t m n s e l e c t p o r t ；选中端口的标识o ：没有端口被选中1 ：选中前 端口2 ：选中后端口 c e l e p o r tm h e a d e l e p o r t ；前端1 3 所连接的设备信息 c e l e p o r t m e n d e l e p o r t , 后端1 2 1 所连接的设备信息 ) 上述基类中定义了成员变量m _ h e a d e l e p o r t 和m e n d e l e p o r t 分别表示了浚两 端元件前端和后端所连接的元件的描述。 三端设备类c t r i n o d e 的伪c 语言定义如下： c l a s sc t r i n o d e p u b l i c ：c e l e m e n t c e l e m e n t 类是c t r i n o d e 的父类 p u b l i c ： b o o li s c o n n e c t ( ) ；是否和其他元件连接 p r o t e c t e d ： b o o l m b c o m p i l e d ；是否编泽 b o o l m b s e l e c t e d ；本元件是否被选中 i n t m n s e l e c t p o r t ；选中端口的标识0 ：没有端口被选中l ：选中 前端口 2 ：选中后端口3 ：选中中端口 c e l e p o r t m h e a d e l e p o r t ；前端口所连接的设备信息 c e l e p o r ti n m i d e l e p o r t ；中端口所连接的设备信息 c e l e p o r ti n e n d e l e p o r t ；后端1 3 所连接的设备信息 电力系统中元件数目众多，这里不能给出每个元件子类的详细定义，本文只以 输电线、负荷和三绕组变压器为例子介绍。 显然输电线是两端元件，应该从基类c d o u b l e n o d e 中派生出来。 c l a s sc l i n e p u b l i c ：c d o u b l e n o d e ；输电线类 p u b l i c ： v i o dd r a w a l i n e ( ) ；浚类绘图方法 p r o t e c t e d ： 一1 2 列电力火学颤t 学位论文 c m y p o i n t + m p o i n t ；各端点绘图坐标链表 c r e c tmr e c t ；各点所在i 爱域的最小四边形 d o u b l e1 1 1r ；电阻 d o u b l ei nx ；电抗 d o u b l emg ；i i 电导 d o u b l emb ；电纳 d o u b l em p s t a r t ，m q s t a r t ；首端功率 d o u b l em p e n d ，m q e n d ；末端功率 c l i n e ( ) ： v i r t u a l c l i n e ( ) ： ) 该类中定义了+ m p o i n t 指针类型的成员变量。由于在绘图时输电线是一系列折 线的组合，浚变量是构成输电线的一系列折线的端点坐标的链表的首指针。 很明显负荷元件类是单端元件基类。它的定义如下： c l a s sc m y l o a d ：p u b l i cc s i n g l e t e r m p u b l i c ： c p o i n t m l e f t t o p ； c m y l o a d + m _ b p t r ； c m y l o a d + m _ f p t r ； c s t r i n gm b u s n a m e ； v o i d d r a w a l o a d ( ) ； i n t m d i r e c t i o n ；h 1 - ) 上，2 - ) 下，3 - ) 左，4 - ) 右 d o u b l em p ； d o u b l em q ； d o u b l em _ m a x p ； d o u b l em _ m i n p ； d o u b l em m a x q ； d o u b l em _ m i n q c m y l o a d ( ) ； v i r t u a l - c m y l o a d ( ) ； ) 三绕组变压器属于三端元件，以下是它的伪c 语占描述： c l a s sc m y t r i ：p u b l i cc t h r e e t e r m 一1 3 一 华北i 也力大学懒= e 学位论文 p u l i c c p o i n tr f ll e f t t o p ；t 图元的左上角坐标 i n ti 1 1d i r e c t i o n ；1 垂直，2 - ) 水平，3 - ) 左，4 ) 右 以下三个参数用于控制绘图时三绕组变压器的三 方向的拉伸长度。 d o u b l e m s c a l e s i z e l ；9 点钟方向按顺时钟数1 ) 2 一) 3 ； d o u b l em s c a l e s i z e 2 ； d o u b l em _ s c a l e s i z e 3 ； d o u b l emr ，mx ，mr 1 ，i nx l ，mr 2 ，mx 2 ；阻抗参数 d o u b l emr a t i o ，mr a t i 0 1 r nr a t i 0 2 ；变比参数 i n tn l v c o n n e c t ；_ i , - i 算时中性点的虚拟节点编号 c m y t r i + m b p t r ；用于链表的前向指针 c m y t r i + m f p t r ；用于链表的后向指针 c m y t r i ( ) ；构造函数 v i r t u a l c m y t r i ( ) ；析构函数 v o i d d r a w a l o a d ( ) ： ) ； 事实一卜，除输l 包线外的元件在绘图时都可以作为一个图块绘制。因此定义了 m l e f l t o p 给出该图块的左上角坐标，在函数d r a w a l o a d ( ) 中给出了图块的绘制 方法，定义了变量ms c a l e s i z e 来控制图块的缩放比例，从而可以方便地求取浚图 块的范幽，便于实现对图元的操作。 图像功能的实现：在v c 中视类( c v i e w ) 负责绘图，而所有的数掘都封装在文 档类( c d o c u m e n t ) 中。因此，在文档类对应于每种元件类都有相应的链表，通过 视类和文档类的交互来操作这些数据。用户通过操作图形界面向文档类中添加一个 元件的数据，山于基于对象的每个都有自己的绘图方法和属性；包括位景信息，颜 色，线形，泼元件可以发送消息通知视类自动在屏幕上画出自己。这样就使图形的 编辑简化成对文档中各链表的操作。1 1 2 - 1 3 】 3 2 拓扑分析和节点编号模块 针对配电网的辐射型结构可以用一棵树来表示这一特点，按照树的遍历算法对 配电系统进行拓扑分析和节点编号。 根据树的遍历算法访问到的节点和支路的先后顺序可以对节点和支路进行顺 序( 由小到大) 或逆序( 出大到小) 编号。树的遍历算法主要有两种：广度优先搜 索法和深度优先搜索法，因而对应配电网系统节点和支路编号的方法也将分为两大 华北j u 力人学琐j ：学位论文 类：广度优先搜索编号法和深度优先搜索编号法，本软件采用的是广度优先搜索。 【1 4 - 1 5 】 广度优先搜索编号又称分层编号，是将树中的节点、支路乃至分支线划分为不 同的层次，然后按照层次遍历时访问到的各节点和支路顺序，来给各个节点和支路 编号。对树的层次划分存在两种不同的方法：节点( 支路) 分层法和分支线分层法。 本系统采用的是节点分层法。 节点( 支路) 分层法：按照节点或支路在某种特定意义下距离根节点的远近， 对节点或支路进行分层。办即按照从节点或支路到根节点的路径上所经历的节点或 支路数目对节点或支路进行分层。一般在定义节点的层次为从该节点到根节点的路 径上所经过的节点数目后，可以将支路的层次直接定义为该支路的出端节点所在的 层次。u 6 - l t ) 以树的根节点作为入端的支路称为第1 层支路，这些支路的出端节点称为第1 层节点。从第l 层竹j 囊引出的所有支烙成为第2 层支路，第2 层义路的出端节点称 为第2 层：带点，以此类推，从第k 1 层节点引出的所有支路成为第k 层支路， 第k 层支路的出端节点成为第k 层节点。节点( 支路) 分层法的示例如图3 2 所示。 根节点 456 图3 - 2 节点( 支路) 分层法及其对应的广度优先搜索编号方案 3 3 图形、数据分析和潮流计算结合模块 当用户在界面上输入了各元件的电气参数后，如何从已经绘制的一次接线图获 得足够的电网连接关系的数据，是从图形到潮流计算的关键。在本文中通过敏感点 的方法解决这个问题。在前面已经说明，所有的元件的基类都是以连接为基础的单 端元件类，双端元件类和三端元件类。因此按照元件的连接端数设定元件的敏感点 的个数。由于每个元件在接线圈的范围都可以依据它的绘制方法求出，因此只需要 每个元件的敏感点到其他元件对应的图块的距离就可以轻松确定它们的连接关系。 f 1 8 - 1 9 1 由于在计算网络中除断路器外的所有的元件都是通过母线连接的，并且由于所 有的元件都是以链表的形式保存在文档炎中，所以只需要先搜索断路器。确定它们 - 1 5 一 华北i u 力火学颂士学位论文 与线路的连接关系，判断它们的刀：合状态，就可以知道线路是否断开，再搜索每个 除母线外的元件的各敏感点到母线的距离就可以确定拓扑关系，不考虑处于断开状 态的线路。 在确定了拓扑关系后，就可以方便地从各元件的电气参数形成导纳矩阵，和潮 流平启动所需的电压和负荷。 3 4 计算模块 3 4 1 潮流算法简介 潮流计算作为研究电力系统稳态运行情况的一种基本计算，电力系统常规计算 的任务是根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的运行状态，其中包括各 母线的电压、网络中的功率流动以及功率损耗等。 潮流计算的结果，无论是对于现有系统运行方式分析研究、还是对规划中供电 方案的分析比较，都是必不可少的。潮流计算是电力系统中应用最为广泛、最基本 和最重要的种电气计算。 配电网潮流算法是配电网| ) i 司络分析的基础，配电网的网络重构、故障处理、无 功优化和状念估计等都需要用到配网潮流的数据。与输电网相比配电网的网络结构 有着明显的差异。配电网的网络呈辐射状，在正常运行时是开环的，只有在倒换负 荷或发生故障时刊有可能出现短时环网运行情况。配电网的另个特点是配电线路 的总长度较输电线路要长且分支较多，配电线的线径比输电网细导致配电网的r x 较大，且线路的充电电容可以忽略。出于配电线路的r x 较大，无法满足p 、q 解 耦条件g i b i ，所以在输电网中常用的快速解耦算法( f d l f ) 在配电网中则难以收 敛。虽然有些学者为使快速解耦法能在配电网中得以继续应用而作了一些有益的尝 试，例如d r a g o s l a v r a j i c i c 和a n j a n b o s e 应用补偿技术处理r x 较大的线路。但这 些方法都使算法复杂化，畿失了快速解耦算法原有的计算量小，收敛可靠的特点。 2 0 ，2 1 8 0 年代中期到9 0 年代中期，随着国际国内电力企业对配电网管理的重视程度 不断加深，对配电潮流的研究也广泛