（电力系统及其自动化专业论文）城市电网运行智能决策支持系统的图形平台和负荷预测.pdf

c 抖的图形、组件对象模型( c o m ) 、自动化以及数据库开发技术，进行图形用户界 面的开发。 ( 2 ) 图形功能的分离科学分析了图形平台应具有的功能，以及它与图形界面 ( 包括编辑与运行) 、数据、应用程序之间的关系。实现图形功能的分离，并灵活 运用软件工程的设计方法和原则，使系统具有良好的通用性、开放性和可扩展性。 ( 3 ) 控件及接口讨论了建立实时库的必要性，研究了a c t i v e x 控件的做法， 并对控件的功能进行了进一步的扩展，完善图形与控件和数据库的接口。 ( 4 ) 图形功能扩展为了便于安全经济分析功能模块的两种模式即实时态和 分析研究态的应用，扩展图形功能，开发了基础数据录入、电力系统元件信息修 正、虚拟开关( 元件强制) 等功能。 电力系统的控制、运行和计划都需要负荷预测的信息，准确的负荷预测对电 力系统的安全及经济运行都非常重要。决策系统中的负荷预测主要应用于安全 经济分折的分析研究态工作模式。在这种模式下，需要对当前实际运行方式进行 修改，或者说是系统需要改变运行方式，此时需要仿真模拟新运行方式下系统各 元件状态及负荷值并对该新运行方式进行分析以确定它是否安全与经济，同时 给出该运行方式的几个优化方案。分析研究态还包括对未来负荷水平下的系统进 行安全评估。这些都需要根据历史负荷数据对将来负荷水平进行预测。本文结合 实际工程的需要，对负荷预测算法进行研究，并开发实用的负荷预测程序。主要 完成以下工作： ( 1 ) 研究算法研究负荷预测技术的算法，比较各种预测方法在工程实际中的 应用情况。 ( 2 ) 负荷预测程序开发根据工程需要，选取多项式回归模型为主要模型，研 究母线负荷模型，结合专家系统考虑天气变化情况和负荷相关性对预测值进行修 正，开发实用的负荷预测程序。 ( 3 ) 负荷预测在决策系统中的应用负荷预测最终应提供给网架优化、无 功优化等高级应用分析软件准确的预测数据。本文分析无功优化的功能并以其为 例说明负荷预测在本系统应用的方法。 关键词：电力系统图形平台负荷预测相关性 a b s t r a c t t h eu r b a np o w e rs y s t e mw i t ht h ec h a r a c t e ro fh j 【曲d e n s el o a d ，l a r g eq u a n t i t yo f l o a d ，a n dh i g hl e v e lo fr e l i a b i l i t ya n dp o w e r q u a l i t yr e q u i r e m e n t ，i sa ni m p o r t a n tp a r to f t h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e m ，a n da l s oam a j o rl o a dc e n t e no p e r a t o r sc a ng e tt h eb e s to n h n eg u i d a n c eb yt h eo p t i m i z a t i o no fc o n f i g u r a t i o nu n d e rv a r i o u ss y s t e mo p e r a t i n g c o n d i t i o n s u s i n gd e v e l o p e d d a t a o p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e s ，a n db yd e v e l o p i n g t h e a d v a n c e di n t e l l i g e n td e c i s i o n m a k i n gs o f t w a r eb a s e do nt h ea b u n d a n td a t aa c c e p t e d f r o mt h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mf o rs u b s t a t i o n d e v e l o p i n gd e f a u l td i a g n o s i s s o f t w a r ea n dp o w e rs y s t e mr e s t a u r a t i o ns o f i - w a r eb e c o m e ss i g n i f i c a n tf o re n s u r i n g s y s t e m ss e c u r i t ya n de c o n o m y t oa n a l y z ep o w e rs y s t e m ，p a s t ( h i s t o r y ) d a t a ，c u r r e n t ( r e a l - t i m e ) d a t aa n df u t u r e ( p l a n n e d ) d a t aa r en e e d e d t h ef u t u r ed a t aw i l lb eo b t a i n e df r o mt h el o a df o r e c a s t i n g ， i e l o a d f o r e c a s t i n gi s s e t u p f r o mt h er e a l t i m ed a t ag a t h e r e df r o ms c a d aa n d o p e r a t e do ni t t og e tr e s u l t s e n h a n c e m e n to fl o a df o r e c a s t i n gw i l le n h a n c et h es y s t e m s a f e t ya n de c o n o m y b e i n g ap a r to ft h ep r o j e c to ft h ei n t e l l i g e n td e c i s i o n m a k i n gs u p p o r t i n gs y s t e m s i nu r b a np o w e r s y s t e m ( i d e s ) f o r e l e c t r i cp o w e rb u r e a un a n y a n gh e n a n ，t h i st h e s i s m a i n l yc o n t a i n st w op a r t s t h ef i r s to n e i st oa n a l y z et h en e e do f a p p l i c a t i o ns o f t w a r e t o t h eg r a p h i ci n t e r f a c ea n df u n c t i o n st h a tt h eg r a p h i cp l a t f o r ms h o u l dh a v e ，t os t u d y p r i n c i p l eo f t h es e p a r a t i o nb e t w e e ng r a p ha n dd a t a ，a n dg r a p h i ch i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e s ， a n dt oi n e d u c em e t h o do fo b j e c to r i e n t e dd e s i g n ( o o d ) a n dt h ea c t i v e xs k i l l s a n o t h e ro n ei st o s t u d ya l g o d t h r no fl o a df o r e c a s t i n g ，a n d t o a d o p tm u l t i n o m i a l r e g r e s s i o n m o d e la st h eb a s i cm o d e lt of o r e c a s t i n gl o a dd a t af o ri d s s a sa ni n t u i t i o n i s t i c f r i e n d l y , c o n v e n i e n ta n de f f e c t i v em a n m a c h i n ei n t e r c o u r s e m e t h o d ，g r a p h i ci n t e r f a c eh a sb e e nw i d e l y u s e di np o w e rs y s t e ms o f t w a r ea n db e c o m e s n e c e s s a r yf u ro n l i n et i d ep o w e rf l o w , r e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n g ，p o w e rs y s t e mp l a n n i n g a n dt h es c a d a s y s t e m a sam a i nm e t h o do f m a n - m a c h i n ei n t e r c o u r s e ，i ts h o u l db e c o n s i d e r e ds u c hp r o b l e m sa sf r i e n d l yi n t e r f a c e ，c l e a rs t r u c t u r e ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na s w e l la sp r o p e r t yo f p r o t r a c t i n gg r a p h c o m p r i s e do f e l e c t r i cc o n n e c t i o nf i g u r e ，t o t a ln e t t ow a l lk i n do fs t i c k f i g u r e ，t h e m a n m a c h i n ei n t e r f a c er e f l e c tn o to n l y d e v i c e c o n f i g u r ea n dn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n ，b u ta l s ot h eo n l i n ea n d s i m u l a t e do p e r a t i n gs t a t u s - i t i a sa p u b l i cp l a t f o r m ，t h eg r a p h i cp l a t f o r mn o to n l yf u l f i l st h ed e m a n d so fm a n y k i n d s o fs o f t w a r e n o w a d a y s ，b u ta l s os u i t e s t h e c o m i n gd e m a n d s c o m b i n e dw i t h t h e d e v e l o p m e n to fg r a p h i cp l a t f o r m ，t h i st h s i sm a i n l yd e a l sw i t hp r o b l e m sa sf o l l o w s ： ( 1 ) a p p l i c a t i o n o fo b j e e to r i e n t e d t e c h n i q u et e c h n i q u e s o fo o p , c o m ， a u t o m a t i o na n dd a t a b a s ea r eu s e di nd e v e l o p i n gm a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ( 2 ) s e p a r a t i o no fg r a p h i cf u n c t i o n sf u n c t i o n st h a tg r a p h i cp l a t f o r ms h o u l d p o s s e s st h er e l a t i o n s h i p so f t h ep l a t f o r mt og r a p h i ci n t e r f a c e ，d a t a ，a p p l i c a t i o np r o g r a m a r ea n a l y z e d t h es e p a r a t i o no fg r a p h i cf u n c t i o n si sr e a l i z e da n dc o n s e q u e n t l yt h e s y s t e m b e c o m e sm o r e u n i v e r s a l ，o p e n a n d e x p a n s i b l e ( 3 ) c o n t r o l a n di n t e r f a c et h e n e c e s s i t yo fs e t t i n gu p ar e a l t i m ed a t a b a s ea sw e l l a sh o wt om a k ea c t i v e xi n t e r f a c ea n d e x p a n d i n g t h ec o n t r o lf u n c t i o ni sd i s c u s s e d ( 4 ) e x p a n s i o no fg r a p h i cf u n c t i o n ss o m en e wg r a p h i c f u n c t i o n ss u c ha sf o r b a s i cd a t ar e c o r d i n gf u n c t i o n ，p o w e rs y s t e mc o m p o n e n ti n f o r m a t i o na m e n d i n gf u n c t i o n a n dv i r t u a ls w i t c ha r ee x p a n d e d l o a df o r e c a s ti n f o r m a t i o ni s i m p e r a t i v ef o rc o n t r o l l i n g r u n n i n ga n dp l a n n i n go f p o w e rs y s t e m s c o r r e c tl o a df o r e c a s ti si m p o r t a n tt ob e t h s e c u r ea n de c o n o m i c a ls y s t e m o p e r a t i o n l o a df o r e c a s ti ni d s si sm o s t l yu s e di na n a l y z i n gt h es y s t e ms e c u r i t ya n d e c o n o m y i nt h i ss y s t e m ，t w om o d e sa r ec o n s i d e r e d ，i e t h ep r a c t i c a lm o d ea n dt h e s i m u l a t e dm o d e l o a df o r e c a s t i n gi su s e df o rt h el a t e ro n e i nt h i sm o d e ，w en e e dt o c o r r e c tt h ec u r r e n tr u n n i n gm o d e f i r s tw es h o u l ds i m u l a t es y s t e mc o m p o n e n t s t a t u sa n d r e l a t e dl o a df o r e c a s t i n gv a l u eu n d e rn e ws y s t e mr u n n i n gc o n d i t i o n ，t h e na n a l y z et h e s e c u r i t ya n de c o n o m y a t l a s tg i v i n gs o m eo p t i m i z e ds c h e m eo f t h i sr u n n i n gm o d e t h i s m o d ea l s or e q u i r e sl 1 st oe v a l u a t et h es y s t e ms e c u r i t yu n d e rf u t u r el o a dl e v e l a l lt h e s e n e e dt of o r e c a s tt h ec o m i n gl o a dl e v e l a c c o r d i n gt ot h en e e do fp r a c t i c a lp r o j e c t ，t h i s t h e s i sm a i n l ys o l v ep r o b l e m sa sf o l l o w s ： ( 1 ) s t u d y i n ga l g o r i t h ml o a df o r e c a s t i n gt e c h n i q u e i s s t u d i e d a p p l i c a t i o no f s o m ek i n d so f f o r e c a s t i n gm e t h o d s a r ec o m p a r e d ( 2 ) d e v e l o p i n g l o a df o r e c a s t p r o g r a m f r o mt h e p r o j e c t n e e d s ，w i t h m u l t i n o m i a lr e g r e s s i o nm o d e la st h eb a s i cm o d e l ，p r a c t i c a ll o a df o r e c a s tp r o g r a mi s d e v e l o p e db ys t u d y i n gb u sl o a dm o d e la n dc o r r e c t i n gt h ef o r e c a s td a t aa c c o r d i n g t ot h e e x p e r ts y s t e ma n d l o a dc o r r e l a t i o n ( 3 ) a p p l i c a t i o no fl o a df o r e c a s t i n gi n i d s sl o a df o r e c a s t i n gf i n a l l ys h o u l d p r o v i d e c o r r e c tf o r e c a s td a t af o ra d v a n c e da p p l i c a t i o ns o f t w a r es u c h a st h o s ef o r n e t w o r k o p t i m i z a t i o n ，r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n t h i st h e s i sa n a l y z e st h e f u n c t i o no f r e a c t i v e p o w e ro p t i m i z a t i o n a n da p p l i c a t i o no fl o a df o r e c a s t i n gi n t h i s s y s t e m i s ，i v e x p l a i n e d k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e m ，g r a p h i cp l a t f o r m ，l o a df o r e c a s t i n g ，c o r r e l a t i o n v 1 1 课题的提出 第一章绪论 城市电力网是城市重要的基础设施，是城市现代化不可或缺的能源供应体 系。它是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，包括送电网、高压配电 网、中压配电网和低压配电网，连同为其提供电源的变电所和网内的发电厂。城 市电网是电力系统的重要组成部分，又是其主要负荷中心，具有用电量大、负荷 密度高、安全可靠和供电质量要求高等特点 ”。2 0 世纪9 0 年代以来，我国用电结 构发生很大变化，城乡居民生活用电、商业用电量保持持续快速增长趋势，电力 部门也提出了电网运行水平的目标要求，进一步明确要把技术改造与技术进步作 为电力工业提高素质的主要渠道，也是实现电力工业经济增长方式转变的主要渠 道的主要思想；明确城网改造的指导思想是以市场需求为导向，以提高供电可靠 性、降损节能为主要目标，最大限度地满足国民经济和社会发展用电需求。要求 供电可靠率达到9 9 9 9 ，线损率降低到7 ，8 以下。目前，除8 0 以上城网完成电 网调度自动化系统建设外，城市无人值班变电所也迅速发展。许多城市建立了集 控中心，集中管理本市的无人值班变电所，为提高供电可靠性提供必要技术手段。 在我国城网改造的大好形势下，南阳市电业局在城网改造工作中也取得了显 著成绩，目前南阳市区己实现l l o k v 环网，1 4 所变电站利用综台自动化技术实现 无人值班的管理模式，并在张衡变电站和罗庄变电站设立了两个集控中心，集中 管理本市的无人值班变电所。 集控中心所管辖的1 4 所变电站经过技术改造，均实现变电站综合自动化，为 实现变电站无人值班提供了可靠的技术支撑。各变电站的远方终端装置( r e m o t e t e r m i n a lu n i t ，r t u ) 采集的数据经处理后传输到集控中心的数据采集与监控系统 ( s u p e r v i s o rc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o n s c a d a ) 为值班人员提供了正常和故障时 对系统监视、管理和控制的手段。 针对南阳城市电网改造的成功，利用变电站综合自动化系统提供的丰富的数 据资源开发高级智能决策软件，在线指导运行人员安全经济运行已成现实a 如借 助发展起来的数据优化理论研究不同运行方式下网络优化组合，可为电网提供科 学的最佳在线运行指导，运用科学的方法为集控中心值班人员开发和提供该电网 事故发生后的事故诊断、电网重构及恢复决策支持系统等。目前，国内对此还没 有成功的研究和实践成果，所以这是一个非常有意义的研究课题，具有重要的理 论价值和实用价值。决策系统 2 l 就是为开展这一研究所立的课题，本课题是河 南省电力公司资助的重点科研项目，也是河南省科委2 0 0 0 年科技攻关项目。 本文城市电网运行智能决策支持系统的图形平台和负荷预测，是为河南省 南阳市电业局开发决策系统的组成部分，它为决策系统的高级分析软件 提供图形平台。本文详细分析电力系统中各种应用软件对图形系统的需求，并对 图形支撑平台在设计过程中应遵循的原则进行了讨论。另外，还介绍了开发的负 荷预测模块，它为决策系统安全经济分析提供所需要的不同时刻负荷预测值。 1 2 研究的目的和意义 1 2 1 开发电力系统图形平台的意义 在全国电网互联和电力市场的推动下，为对大电网的安全、优质、经济运行 及效益进行协调优化，能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，e m s ) 将会有一个 更大的发展，并将成为当代大电网运行不可缺少的手段口】。这主要得益于数据收集 与监控系统( s c a d a ) 的引入。 城市电网s c a d a 系统是城市电网调度自动化系统的重要组成部分，是城市电 网能量管理系统( e m s ) i n 调度员培训模拟系统( d i s p a t c h e r t r a i n i n gs i m u l a t o r , d t s ) 的基础。城市电网建立s c a d a 系统的主要目的是提高电网运行监控和调度水平， 实现变电站无人值班，达到减员增效。由于变电站实现无人值班后，电网运行监 控、调度和管理工作都是建立在s c a d a 系统平台之上，因此s c a d a 系统模式将直 接影响到电网运行管理模式。s c a d a 系统的实施大大拓宽了调度员的视野，提高 了电网调度的效率，使得城市电网可以通过采用集中调度的模式来实现集中管理 和统一调度。 我国开始对e m s 的认识和实践长期停留在数据收集与监控水平，随着电力系 统的发展，已经逐渐出现了建立在s c a d a 系统上高级智能分析软件。如一些公司 研制的电力系统自动监测与控制平台( a u t o m a t e d m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l p l a t f o r m f o r e l c c t r i c d o w e rs y s t e m s ，a m c e s ) 【4 ，s d 6 0 0 0 等，其友好的操作界面己逐渐为用 户所称道。强大而功能齐全的图形平台是构造这些友好操作界面的基础，为此e m s 厂商也致力于图形平台的研究，各计算机组织和大型公司相继推出了基于 x w i n d o w s 的用户界面标准和产品。其中较有影响的是o s f ( 开放软件基金会) 的 m o t i f ，以及s u n 公司和a t & t 公司的o p e n - l o o k 。 w i n d o w s 环境提供了功能强大的图形设备接口及方便的图形设备接口 ( g r a p h i cd e v i c ei n t e r f a c e ，g d i ) i 垂i 数。利用g d i 函数可以方便地绘制点、线、矩形、 多边形、椭圆位图：- 受文本。而且w i n d o w s 环境的图形设备接口提供了图形系统 鲍设餐笼关牲，帮开发霪形应攥程序辩不蹈去考惑郏些特拣弱醒释聚嚣，黧形建 越程廖躲7 恩搿设餐接& 之辨，逐簧求毒皇具髂浚餐热关熬设备骥动程痒辩，逡药 图形爨蕊蛇铡作掇供了蠢力爱撬驰王舆。 决策系绞为城市电鄹燹人瞧班变逸旗纂接中心开发蠢级照耀软件，其友 好的用户界面镶要功麓强大的图形平食支撂。 1 2 。2 负荷预潮的必要性 嘏力负荷预测怒电力系统调度、用窀、计划、规划等管理部门的重要工作之 一。掇裔受荷颥测技术承平，有莉于计划用电管理；合理安排电阕运行方式和机 缢检修诗麓；节煤、节漓和舔低菠电成本；制定合理的电游建设舰翊；提高电力 系统酶经济教蕊鞠毂会效益。戮诧，受耨颈潲已成为实现电力系统管理现代纯前 蕊要内鸯之一。 褒蘩灏受谚羧蘩辩，获黢每个羹滚点器每夺羹溺亭戮韵背景信意是必要韵， 凌个较，j 、鳃惩毯毫嗣器瞧嚣蠛蠹，鼯强秃法获褥器条骶匿线爨瓣鼗据，了解每 个交窀兹麓袋丈嚣裘帮惩龟慧毽麓舞统诗分氍鬟擞懋够耪臻熬数搀，臆嚣产生备 徐萤懿受蔚羧溅驿l 。 安全经漭分攒是决繁系绞篷搿竣努攒模块，它窝瓣s c d d a 系统袋集懿鼗 撂，黠系统豁安全与经济掺蜷避嚣转辑嚣舞，扶褥援诞激嬲运行在最接工作状态， 这是安全经浚分攒实时态戆王嚣模式。从运行实骣出发，安全经济分撰逐奢分援 裂究惑工馋模式。赝谖实时卷是攒对出s c a d a 系统邀寒蛇数据酝决定殴当裁爽欧 遂幸亍状态下驰分据。分析职究态搬的是对当藏实际遮行方式修改后的运行方式， 或者说是慈统震器改变运行方式时，仿真模拟耨遮彳亍方式下系统器元件状态及负 荷值，并游该新运行方式避行分析以确宠它鼹否安全与经济，并给出该运行方式 的冗个优纯方寨。分析研究态还龟括甜将来负荷水平下的系统进行安全评估，这 就需鼗青徽攒历史负衙数据对将来的负荷永平的预测。所班，在决策系统中 懿受蒋努析楚依搽掰变数据，预溺下一时翔髓自然负荷水平，为分析态下各种运 行方式提供受旖能据。 3 图形界面并发麓状 嚣形赛瑟作为一释妻麓、方侄、裹裳鼹a 飘交互手段，京亳力系统黥各裳较 释中已经褥爨了稳当广泛戆巍蘑。溪流诗冀，缝奄镙势整淹诗嬖，电燃援麓设计， 毫力系统分撰诗冀，奄力系统戆数撵采集与拣专4 等较诺越来越离不开器黟支持。 图形系统作为人机交互的主要渠道，除了要能实现强大绘图与交互功能以外，还 有需要综合考虑的问题，如显示要美观、结构要清晰，与用户交互过程要简单方 便等。所以现在图形界面作为电力系统软件开发的一个重点，己投入相当大的精 力开发。3 。 对于图形界面的开发，当前流行应用的w i n d o w s 环境下的图形设备接口函数。 在设各驱动程序层上，每种类型都具备自己的一组输入点以及操作方式。在更高 层编程界面上，程序通过稍有不同的绘图属性集，控制各类的外观。g d i 函数中包 含三个特色：文本、栅格以及矢量图形“。 ( ”文本文本被看作是图形，能够控制所绘制图形的属性。即便g d i 简化 了图形渲染，w i n d o w s 编程还是在创建文本输出中增加了复杂度，复杂度增加的同 时，也增强了灵活性。 ( 2 ) 光栅图形光栅类型的图形是w i n d o w s 环境最常用的图形类型。光栅图 形函数处理存储在被称为位图的数组中的数据，一个标准的v g a 监视器的6 4 0 x 4 8 0 图像就是显示适配器显示在屏幕上的位图。对光栅图形的w i n d o w s 支持能够创建 离屏位图图像，这样可以更快地显示图象。位图的缺憾是需要大量空间，6 4 0 4 8 0 象素以及8 位色深的位图需要大约3 0 0 k 存储空间。显然，随着图象大小或色深的 增加，存储需求也随之增加。 ( 3 ) 矢量图形在g d i 内，矢量图形这一术语指的是创建线及填充图形的绘 图函数。g d i 的特色是具有一整套函数集，这些函数绘制直线、曲线、饼图以及多 边形，你可以把这些函数调用与光栅函数随意混合、匹配起来。一般情况下，当 人们想到矢量图形时，总要想起几何图形，由于易于实现许多复杂的功能，因此 在绘图程序中被大量的应用。 在图形的开发实现中，主要有两种方式：一种是对成熟产品的二次开发。如 在a u t o c a d 、a r c l n f o 、g i g 系统基础上进行二次开发。这方面的软件很多，西安 某公司开发的生成主接线图的e c a d 软件就是在a u t o c a d 原有功能的基础上，扩充 了一些对电力系统特别适用的方法。基于成熟软件的二次开发虽然可以很方便的 使用，但往往达不到在线电力系统应用高级软件的要求，它跟应用程序结合的紧 密度不够。即达不到所谓的数据图形一体化。数据和图形是数据图形一体化的两 个基础，其中图形是把数据形象化地反馈给操作人员的关键，图形质量的好坏直 接关系到数据图形功能的实现。由于把大量数据转换为图形输出时，离线数据图 形要求实现连续滚动，在线数据图形要求实现动画效果，这里通常存在输出显示 时屏幕闪烁的问题。屏幕闪烁是由于屏幕上显示内容更新不同步造成的，解决这 一问题的方法也是从实现“同步更新”入手。在众多解决方案中，采用多输出缓 冲区的方法较为有效。通常屏幕上的内容是按照顺序方式依次写入显存中，当更 新速度大于写完一屏内容所需的时间时，便会出现闪烁；而输出缓冲区实际上是 一片内存区域，程序在输出之前先把所要显示的内容写入这片内存区域，完全写 入后再把这块区域中的内容一次性拷贝入显示内存中，这样显示内存中的数据达 到了同时更新的目标，消除了屏幕闪烁现象。 图形界面是为应用软件服务的，它的设计必须与应用软件结合，而且图形界 面的使用也具有与应用软件紧密结合的特点，尤其是小型软件更是如此。电力系 统中应用软件种类繁多，它们的数据结构和模型复杂，要求显示画面丰富多样。 在数据分析处理上要求实时性，还需要给用户提供快速、灵活、丰富的显示和操 作手段，所有这些都使用户图形界面开发工作量增加，有时界面开发的工作量甚 至超过了核心算法的工作量。当然，各种应用软件的图形界面也有许多共性，例 如在一个l l o k v 电网的分析计算中，以简化的电气主接线构成的1 l o k v 潮流分布 图是状态估计、网架优化、无功优化等多个功能模块都需使用的。因此，针对这 些特点，开发适合于电力系统高级应用软件的专用图形支撑平台，将图形系统与 数据库集成在起形成软件。这在软件设计上是一种“自上而下”的开发方式， 这是在充分吸收e m s 自下而上设计开发失败的沉痛教训的基础上得出的经验。 我国在6 0 年代初期开始了离线潮流和经济调度软件的研制，7 0 年代末开始在 线应用软件的研制，到8 0 年代中期，曾把当时国外e m s 包含的状态估计、潮流、 负荷预测、经济调度、故障分析和最优潮流等应用软件全部装到了湖北电网自动 化系统之上，当时每一个单项都进行过成功的试验，但却因总体无法正常工作而 不能使用”。这种沉痛的教训告诉我们在大型软件的开发过程中应该遵循“自上而 下”的设计方式。 1 。4 负荷预测的发展过程和现状 负荷预测本身是一个保证在一定的准确度意义上，确定未来系统负荷的过程。 就电力系统而言，准确的负荷预测总是人们所希望看到的，然而，准确的负荷预 测又不是很容易做到的。以前，负荷预测多是根据足够的资料，编制出预测负荷 曲线，凭经验作直觉判断。近年来，这种方法已被一些科学的方法所取代，人们 已提出了许多新的技术和方法来提高负荷预测的准确度。而这些方法的复杂性、 灵活性、对数据的要求以及满足用户的特殊要求等方面都有着很大的不同“”1 。 1 4 1 传统预测方法 1 4 1 。1 时间序列法”时间序列法是应用较早、最为广泛、发展比较成熟的一种 方法。电力负荷时间序列预测技术就是根据负荷的历史资料，设法建立一个数 学模型，用这个数学模型一方面来描述电力负荷这个随机变量变化过程的统计规 律性，另一方面在该数学模型的基础上再确立负荷预测的数学表达式，对未来的 负荷进行预报。就一般的时间序列预测方法而言，人们总是先去识别与实际预测 目标序列相符合的一个随机模型，并估计出随机模型中的位置参数，再对随机模 型进行考核，当确认该随机模型具有实用价值后，再在此基础上建立预测表达式 进行预报。下面将列出b o x j e n k i n s 提出的随机模型，即 y ，一妒i y f 一2 一一妒，y 卜，= a f 一岛盘卜l 一一包口卜g 式中：仍，妒：，妒，和0 1 ，0 2 ，见都是常数；q 是白噪声序列。因此它 们满足 e ( a ，) = 0 q ) = t2 篡 并且假定，当k 0 时，口。与儿不相关，也就是 e ( a 。咒) = 0 犯 o ) 1 3 1 其优点主要表现在： ( 1 ) 对历史数据量要求较低； ( 2 ) 计算量小； ( 3 ) 根据运行经验，时间上相近且天气状况近似的日子，如果它们的日电量相似， 则日小时负荷值相差很小，所以可以通过估计被测日电量值来减少误差。 其局限性表现在： ( 1 ) 对历史数据准确性要求高，伪数据出现对预报影响很大，对伪数据处理较严 格； ( 2 ) 气象因素难以解决造成短期预测的不准确； ( 3 ) 尤其不适用于电网总容量较小或变化很大( 平稳度较小) 地区的负荷。 1 4 1 2 回归预测法回归预测是电力系统负荷的一种常用方法。它是根据负荷过 去的历史资料，建立可以进行分析的数学模型。对未来的负荷进行预测。从数学 上看，就是用数理统计中的回归分析方法，即通过对变量的观测数据进行统计分 析，确定变量之间的相关关系，从而实现预测的目的。回归预测包括线性回归和 非线性回归。 1 4 1 3 对上述两种算法的评价大量的工程实践指出，以上两种方法在正常的情 况下能给出比较满意的结果，这是由于： ( 1 ) 方法简单，预测速度快； ( 2 ) 历史数据准确性要求高； - 6 - ( 3 ) 外推性能好，对于历史上从未出现过的情况有较好的预测性； ( 4 ) 从实际运行经验看，在没有气象条件巨变情况下，回归法的准确度是比较高 的： ( 5 ) 负荷趋势非常好。 但是，当天气等随机因素变化较大时，它们的预测准确度就不太令人满意了。 研究表明，以上两种方法存在定的局限性，主要表现在： ( 1 ) 负荷预测的输入与输出间的非线性关系，用线性方法描述比较复杂的情况过 于简单。运用以上方法很难找到理想的数学模型来描述。无法比较详细地考虑各 种影响负荷的因素，特别是敏感于气象因素的那部分负荷，其自身存在着模型综 合能力差，气象与负荷间的关系也是事先假定的函数关系来描述的，并不能完全 合理的反映它们的关系， ( 2 ) 传统的预测模型缺乏自学习能力，存在预测准确度不高等缺点。随着负荷结 构的变化，输入变量与输出变量之间的关系如不随之修正。就难以得出较准确的 预测结果。 ( 3 ) 传统方法的在线应用还不够普遍，相应的递推算法不够完善。 1 4 2 电力系统预测技术新发展 由于经典预测存在诸多缺陷，需要提出更好的方法来提高预测的准确性。近 十余年来，随着科学技术的迅速发展，预测理论技术也取得了长足进步，新的预 测方法不断出现，这些方法为电力负荷问题的研究提供了有力工具。 1 4 2 1 优选组合预测技术优选组合预测是建立在最大信息剥用的基础上，集结 多种单一模型所包含的信息，进行最优组合。优选组合预测有两类概念，一是指 将几种预测方法所得的预测结果，选取适当的权重进行加权平均的一种预测方法； 二是指在几种预测方法中进行比较，选择拟合优度最佳或标准离差最小的预测模 型作为最优模型进行预测。例如，设对某一预测对象f 利用k 个预测方法得到k 个模型的预测值为f ，( i = l ，2 ，k ) ，利用这k 个预测值构成一个对f 的最终预 测结果，即 f = 烈j 。，；。， k 1 特别可取 t，i、 p u ， ， ) = 曲。z 【其中功，= 1i i = l i = 】 这就是一种组合预测方式，大多数情况下，通过组台预测可以达到改善预测结果 的目的。 1 4 2 2 专家系统预测技术专家系统是一个用基于知识的程序设计方法建立起 来的计算机系统( 在现阶段主要表现为计算机软件系统) ，它拥有某个特殊领域内 专家的知识和经验，并能像专家那样运用这些知识，通过推理，在那个领域内作 出智能决策。在采用的方法中，专家预测可以避免人工推理的繁琐和认为差错的 出现，克服以往用单一模型进行预测的片面性缺陷。 1 4 2 3 小波分析预测技术“”小波分析( w a v e l e t ) 是一种时域频域分析方 法，它在时域和频域上同时具有良好的局部化性质，并且能根据信号频率高低自 动调节采样的疏密，它容易捕捉和分析微弱信号以及信号、图像的任意细小部分。 其优于传统的傅立叶( f o u r i e r ) 分析的主要之处在于，能对不同的频率成分采用 逐渐精细的采样步长，从而可以聚焦到信号的任意细节，尤其是对奇异信号很敏 感，能很好的处理微弱或突变的信号。其目标是将一个信号的信息转化成小波稀 疏，从而能够方便地加以处理、存储、传递、分析或被用于重建原始信号。这些 优点决定了小波分析可以有效地应用于负荷预测问题的研究。 随着科学技术飞速发展，电力系统预测技术也不断改进创新，以适应对负荷 预测的要求。当然，新预测技术也需要通过生产实践验证，以便获得认可。 1 5 本文的主要工作 1 5 1 图形平台的开发和完善 图形支撑平台作为公用平台“，不仅要满足目前多种软件的需要，还要考虑 今后新的应用软件开发。其图形平台作为应用系统的人机交互界面，无论是数据 还是功能，都与系统的各功能模块密切相关。但是图形平台又不能承担所有的数 据和功能。否则将造成图形平台规模庞大，而且势必会影响平台的通用性。因此， 合理地确定图形平台应该包含的数据和功能是十分必要的。基于电力系统高级应 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。对图形平台采 取数据与图形的分离可以有效的减小图形的规模。本文还对所提出的图形平台分 层设计的原理进行细致的研究。结合本图形平台的开发，完成以下研究与工作： ( 1 ) 面向对象技术的应用熟悉面向对象程序设计和编制方法，掌握v i s u a l c + + 的图形、组件对象模型( c o m ) 、自动化以及数据库开发方法，并利用它们进行 图形用户界面的开发。 ( 2 ) 图形功能的分离科学分析图形平台应具有的功能以及它与图形界面 ( 包括编辑与运行) 、数据、应用程序之间的关系。实现图形功能的分离，并灵活 运用软件工程的设计方法和原则，使系统具有更好的通用性、开放性和可扩展性。 ( 3 ) 控件及接口讨论建立实时库的必要性，研究a c t i v c x 控件的做法，并对 控件的功能进行了进一步的扩展，完善图形与控件和数据库的接口。 ( 4 ) 图形功能扩展为便于安全经济分析功能模块的两种模式即实时态和分 析研究态的应用，扩展图形功能，开发了基础数据录入、电力系统元件信息修正、 虚拟开关( 元件强制) 等功能。 1 5 2 负荷预测的研究与开发 本文结合实际工程项目的需要，对负荷预测算法进行了研究，并作了负荷预 测程序的实