摘 要：文章論述了基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的設計思想及軟件總體結(jié)構(gòu)，包括FORTRAN語言編制的電力系統(tǒng)分析軟件與可視化高級語言之間的接口，并給出了圖形模塊、穩(wěn)態(tài)分析模塊、故障分析模塊、暫態(tài)分析模塊功能的實現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：圖形界面　電力系統(tǒng)分析計算　面向?qū)ο蟆≤浖≡O計 1　引言 　　 電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是大系統(tǒng)、大聯(lián)網(wǎng)，運行調(diào)度人員要處理的數(shù)據(jù)量日益龐大。電網(wǎng)的運行由各級調(diào)度員調(diào)度，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復雜性，各級調(diào)度員調(diào)度系統(tǒng)運行必須依靠電力系統(tǒng)分析軟件，依據(jù)計算結(jié)果確定各發(fā)電廠的出力，功率如何平衡，如何調(diào)控負荷，怎樣發(fā)電最經(jīng)濟，怎樣輸電最經(jīng)濟，以怎樣一種方式運行最為安全，預想事故對策等等?？傊秒娏ο到y(tǒng)分析軟件進行計算和分析是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行最基本的手段，是必不可少的部分。 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析計算軟件大多由FORTRAN語言編制，數(shù)據(jù)的輸入輸出以數(shù)據(jù)文件的方式進行，而且輸入輸出數(shù)據(jù)文件的格式要求非常嚴格，數(shù)據(jù)文件的填寫過程中有時僅僅因為填寫數(shù)據(jù)發(fā)生一位錯誤就將導致計算結(jié)果的千差萬別。很難想象在計算機技術(shù)發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)運行調(diào)度人員仍必須通過數(shù)據(jù)文件的填寫和閱讀來對電力系統(tǒng)進行分析。因此，有必要為運行調(diào)度人員提供一套具有良好的人機界面的電力系統(tǒng)分析軟件，將可視化編程技術(shù)應用于電力系統(tǒng)分析和仿真軟件已成為當前電力系統(tǒng)應用軟件的一個發(fā)展趨勢。 2　軟件總體結(jié)構(gòu) 基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的一個基本特征就是圖形化，即用戶在使用該軟件時的大部分操作都能在圖形上通過鼠標的點擊、拖動等操作來完成，拋棄了以往的填寫、修改和閱讀數(shù)據(jù)文件的方法。該軟件主要有四大模塊組成，分別為圖形模塊、穩(wěn)態(tài)分析模塊、故障分析模塊和暫態(tài)分析模塊。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖形模塊負責電力網(wǎng)絡圖的建立、電氣元件數(shù)據(jù)的輸入和計算結(jié)果的圖形輸出以及穩(wěn)定計算曲線的輸出等功能。 穩(wěn)態(tài)分析模塊負責將每個元件的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)分析程序要求的數(shù)據(jù)格式，在穩(wěn)態(tài)分析完畢后將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為用戶所見的表格輸出和圖形輸出。 故障分析模塊有著和穩(wěn)態(tài)分析模塊相似的功能，同時該模塊要將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為故障分析程序的輸入文件。 暫態(tài)分析模塊將每個元件的暫態(tài)分析所需要的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為暫態(tài)分析程序要求的數(shù)據(jù)格式，并將穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為暫態(tài)分析的輸入文件，然后將運算后的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為用戶所見的表格和曲線輸出。 3　軟件功能的實現(xiàn) 3．1　設計思想 近年來面向?qū)ο螅∣OP）方法被引入電力系統(tǒng)軟件的開發(fā)，并逐漸開始在實際軟件設計中應用這一思想進行設計，并取得了良好的效果。電力系統(tǒng)是由各種物理元件組成的，各元件屬性的相對獨立性和元件間拓撲連接的特點特別適合于用面向?qū)ο蟮墓芾矸绞?，將各種屬性封裝在對象的類中，既可在圖形模塊也可在計算分析模塊中得到使用。為了提高軟件可重用性和可擴充性，本軟件采用了面向?qū)ο蟮脑O計思想。在OOP程序中，程序由一個或多個類組成，它們用來描述一組具有共同特性的對象。對象是在系統(tǒng)中運行時刻的基本成分，是屬性和行為的封裝體?！皩ο蟆焙汀邦悺本哂锌衫^承性和多態(tài)性，它們給外界提供了統(tǒng)一的接口，而且一旦建立，就可重復使用。 “對象”和“類”的組建是本程序設計的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)軟件開放性的關(guān)鍵所在。電力系統(tǒng)包含許多元件，這些不同種類的元件有相對獨立的屬性，而元件之間有相互關(guān)聯(lián)的拓撲關(guān)系。由于各種元件具有一些相同的屬性和方法，因此首先定義一個元件基本類作為所有元件的父類。 　　classCdevElement∷publicCObject 　　?。鹥ublic∶　　 　　　 　char＊m－Name； 上述類定義中，m－Name為一指向字符串的指針，該字符串用于描述元件的名稱，m－Index為一整型變量，用于存儲該元件在電網(wǎng)中的一個標識符，該標識符與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，形成實例后，即可表示元件的唯一性又便于與數(shù)據(jù)庫對應。各類元件均由該基類派生，如母線類（CBus）、線路類（Cline）、負荷類（CLoad）、斷路器類（CBreaker）、變壓器類（CTransformer）以及發(fā)電機類（CGenerator）。 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析軟件大多是以FORTRAN語言開發(fā)的，這些軟件經(jīng)過運行調(diào)度人員長期的運行驗證，重新開發(fā)電力系統(tǒng)計算軟件對于一般的電力系統(tǒng)來說是不必要的。本軟件首先將FORTRAN語言編制的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析等電力系統(tǒng)分析計算程序改寫為子程序，并在FORTRAN環(huán)境下將其編譯為Windows環(huán)境下的動態(tài)鏈接庫，然后由可視化高級語言直接調(diào)用此動態(tài)鏈接庫。通過這種方式，由FORTRAN語言編制的電力系統(tǒng)分析軟件就完好地被封裝在由可視化高級語言實現(xiàn)的友好的人機界面下，充分地利用了已有的資源。同時由于動態(tài)連接庫的使用，使得在同一時刻完成多項計算成為了一項極為簡單的任務。 3．2　圖形模塊的設計 　　把文檔類CMycppDoc定義為一塊存放了所有繪圖所需的信息的數(shù)據(jù)區(qū)域，包括：位置信息、尺寸信息、顏色、線型、網(wǎng)絡連接關(guān)系以及穩(wěn)態(tài)分析、故障分析、暫態(tài)分析所需的電氣參數(shù)、計算信息。這些數(shù)據(jù)按用途可分為繪制圖形用數(shù)據(jù)、電氣參數(shù)數(shù)據(jù)、分析計算數(shù)據(jù)等三塊。根據(jù)電氣元件的不同，把繪圖用數(shù)據(jù)和電氣參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)合起來封裝成多個類。這樣，這些類中不僅包含了這些數(shù)據(jù)和繪圖用信息，還包含了表示網(wǎng)絡連接關(guān)系的信息。將表示網(wǎng)絡連接關(guān)系的信息與數(shù)據(jù)和繪圖用信息放在一條鏈中，可以保證在圖形中各元件的連接關(guān)系一旦建立好后，僅改變元件的尺寸或位置將不會影響其連接關(guān)系。也就是說，連接關(guān)系一旦建立，若不進行刪除操作，則將保持這種連接關(guān)系。 3．3　穩(wěn)態(tài)分析模塊的設計 穩(wěn)態(tài)分析模塊包括三個子模塊：潮流分析模塊、網(wǎng)損分析模塊和靜態(tài)安全分析模塊。 潮流分析是電力系統(tǒng)最基本的內(nèi)容，除了它本身的重要作用外，它還是網(wǎng)損分析、靜態(tài)安全分析、故障分析和暫態(tài)分析計算的基礎(chǔ)，它的原始數(shù)據(jù)和計算結(jié)果是上述分析不可缺少的組成部分。它的任務是依給定的運行條件確定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值和相角）、網(wǎng)絡中的功率分布及功率損耗等，從而對系統(tǒng)的運行性能進行分析，提出必要的改進措施。 網(wǎng)損分析模塊的功能是在潮流分析基礎(chǔ)上，分別計算線路及變壓器的有功損耗和無功損耗，統(tǒng)計各種匯總結(jié)果及多種百分比。網(wǎng)損分析模塊體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。 靜態(tài)安全分析模塊的功能是全面分析電力網(wǎng)靜態(tài)運行特性。功能主要包括：切除某一元件或某些元件后電網(wǎng)的運行特性、潮流分布；投入某一元件或某些元件后電網(wǎng)的運行特性；切除或改變發(fā)電機的輸出功率后電網(wǎng)的運行特性；切除或改變負荷功率后電網(wǎng)的運行特性。該模塊的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。 3．4　故障分析模塊的設計 故障分析模塊包括短路分析和斷線故障分析，故障分析可在給定潮流方式下進行，也可不在給定潮流方式下進行。前者考慮實際發(fā)電機電勢和負荷電流的影響，后者計算時發(fā)電機取E″＝1∠0°。它可以計算任意指定點上任意故障類型的簡單故障和復雜故障。計算結(jié)果可用表格輸出，簡單故障可通過圖形界面在網(wǎng)絡圖上顯示及打印輸出。該模塊的結(jié)構(gòu)如圖4所示。 3．5　暫態(tài)分析模塊的設計 暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊用于分析電力系統(tǒng)遭受各種擾動后，系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性的問題。它是分析事故、研究提高系統(tǒng)穩(wěn)定性措施，設計選擇合理利用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要手段。該模塊的結(jié)構(gòu)如圖5所示。 4　軟件的功能與特點 基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件的主要功能是作為電力系統(tǒng)調(diào)度人員的一種輔助分析工具，本軟件的主界面如圖6所示。與其它電力系統(tǒng)分析軟件相比，主要有以下特點。 （1）線路、變壓器、發(fā)電機和負荷等所有的輸入數(shù)據(jù)可通過鼠標點擊網(wǎng)絡結(jié)線圖上的元件彈出對話框進行輸入，大大提高了輸入數(shù)據(jù)的效率和準確性。 （2）圖形編輯功能強大，包括網(wǎng)絡圖的繪制、塊拷貝、塊移動、剪貼、縮放、圖形及字體的選擇和顏色的設置等，用戶可根據(jù)自己的要求自行定義不同的字體、不同電壓等級母線的線型和顏色，從而使得圖形的繪制更加簡單，畫面更加直觀。特定的電力系統(tǒng)元件的圖標如線路、變壓器等的連線可多折，這樣就使得繪制出來的網(wǎng)絡圖更符合實際。 （3）各元件的參數(shù)可以有名值輸入，也可以標么值輸入，還可以元件的原始參數(shù)輸入，如輸入線路的型號、長度和界面；變壓器的短路電壓、短路損耗、空載損耗和空載電流的百分比。 （4）能在網(wǎng)絡主接線圖上顯示全網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果，包括各節(jié)點電壓、角度、線路潮流、發(fā)電機出力、全網(wǎng)網(wǎng)損等，可根據(jù)自己的需要調(diào)整顯示結(jié)果在主接線圖上的位置。潮流計算結(jié)果可選擇顯示，這樣運行調(diào)度人員可只輸出所關(guān)心的數(shù)據(jù)。此外，潮流計算結(jié)果也可以表格的形式打印輸出。 （5）可通過控制斷路器的開斷改變網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和通過調(diào)整發(fā)電機的出力、負荷的大小進行靜態(tài)安全分析，對于越限的元件，圖標變成閃爍的紅色。這樣可以方便調(diào)度員對網(wǎng)絡進行靜態(tài)安全分析。 （6）可進行多重故障分析，結(jié)果可以圖形的方式在主接線圖上顯示，也可以表格的形式打印輸出。 （7）暫態(tài)分析結(jié)果可以表格或曲線的形式輸出，而且輸出曲線的形式多樣化，一次可開多個窗口以顯示不同類型的多條曲線。 （8）本軟件采用了面向?qū)ο蟮脑O計思想，具有開放性，因此使得本軟件能很容易擴充新的功能模塊。 5　結(jié)論 綜上所述，基于圖形界面的電力系統(tǒng)分析軟件具有良好的人機界面，用戶只需通過鼠標的點擊、拖動等操作就可實現(xiàn)軟件的大部分功能。軟件具有強大的圖形功能，用戶可根據(jù)自己的習慣來布置網(wǎng)絡圖、選擇輸出的元素、布置輸出結(jié)果的位置、設置其線型、顏色以及字體等。本軟件已在浙江省和山東省幾個地區(qū)電網(wǎng)中投入運行，其使用的方便性與靈活性得到了用戶的好評。 本軟件是離線式的電力系統(tǒng)分析軟件，如將軟件與實時數(shù)據(jù)庫聯(lián)接，根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)自動地繪制網(wǎng)絡圖，然后進行分析計算，可實現(xiàn)在線式的功能。這樣用戶無需進行網(wǎng)絡圖的繪制和數(shù)據(jù)的輸入工作，進一步簡化了調(diào)度人員的工作。 6　參考文獻 1　西安交通大學．電力系統(tǒng)計算．北京：水利電力出版社，1978 2　張小平．面向?qū)ο蟮某绦蛟O計及其在EMS軟件中的應用．電力系統(tǒng)自動化，1998，22（5）：72～76 3　Zhou E Z．Object－Oriented Programming，C＋＋andPower System Simulation．IEEE Trans on Power Sys－tems，1996，11（1） 4　Foley M，Bose A et al．An ObjectBased GraphicalUserInterface for Power System．IEEETranson Power Sys－tems，1993，8（1）