图形化电力系统分析软件的应用研究

图形化电力系统分析软件的应用研究

章昕

国电南瑞科技股份有限公司江苏南京210000

摘要：在电力事业以及计算机技术不断发展的过程中，研究效率比较高、维护性比较强，并且具有很好的用户界面的图形化计算机分析软件，是目前电力系统展开研究分析工作的重要内容之一。鉴于此，本文就图形化电力系统分析软件的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：图形化；面向对象；电力系统分析；灵敏度分析

1.图形化电力系统分析软件总体框架及实现思路

图1图形化电力系统计算软件模型示意图

电力系统计算分析通常包括状态估计及潮流分析、静态和暂态稳定计算、继电保护整定计算等若干相互独立又相互关联的部分构成，各部分之间需要进行数据交换和结果共享，为此，我们采用基于数据库和算法库基础上的协作式多任务图形界面作为各部分之间数据交换的公共通道。如上图1所示，采用面向对象技术建立的协作式多任务系统图形界面一方面起着数据库和算法库与各任务相连的作用，另一方面计算参数可以以图形方式输入数据库以及结果显示，而且通过它可以从算法库进行各种算法的调用。所以图形界面部分的程序结构和技术特点对整个系统的性能，尤其是软件的开放性和可拓展性带来至关重要的影响。

2.图形化电力系统灵敏度分析

灵敏度分析是电力系统稳态运行研究中常用的一种算法，它基于网络方程的线性化，研究的是电力系统可控变量与状态变量之间的相互变化的定量关系，它作为一种简单、实用的、物理概念清晰且计算效率高的分析方法，已经在电力系统的分析中得到了广泛的应用，成为电力系统分析的基本工具。当结果表明，某运行量不能满足给定的约束要求时，就需要考虑对一些可控变量作适当的调整，以求得符合要求的运行状态。灵敏度分析法研究电力系统控制变量的调整在多数程度上影响被控制变量，即确定控制变量对被控变量的关系式，并计算出它的值。

3.图形化电力系统网络节点优化

由高斯—赛德尔迭代法消去解法知道，由于导纳矩阵是一个稀疏阵，计算过程中只需要存非零元素，这样可以节省内存的开销和提高计算速度。但是在消去过程中，有可能注入新的非零元素，从而降低了稀疏性。而消去过程注入的新元素与导纳矩阵中的元素排列有关，也就是与结点编号有关，所谓节点优化编号就是寻找一种节点编号方式，是在解网络方程中注入新的非零元素数目最少。本软件采用半动态优化法，也就是说将连接支路数最少的节点线编号，然后消去该节点。每消去一个节点，尚未编号的节点所连接的支路就随之发生变化。在为编号的节点中，查找连接支路数最少的节点紧接编号。如此反复，直至消去所有的节点。其程序流程如图2所示。

图2优化程序流程

由上图2可以看出，半动态优化法优化程序简单，它具有优化效果好和优化速度快的优点。

4.面向对象技术在图形化电力系统分析软件中的应用

4.1电力系统设备的计算机描述

电力系统分析计算中，我们要面对的是一个复杂的电力网络，要涉及到各种电气设备（如变压器、发电机等）。这些设备因其结构电气参数不同，都具有各自不同的特点和属性，因此在计算机中的表示方法和存储结构也不相同。在计算机图形化表示中，我们把这些电气设备称为图元，一种设备对应一种图元。在图形化计算软件中，需要对设备图元进行各种操作，（如添加、编辑、平移、缩放、复制、剪切、删除、选中等），而计算机操作系统中处理图形对象的接口函数基本上是对区域的操作（包括矩形区域和不规则区域），例如，直线和矩形的表示和实现方法是不同的。而在电力系统中，电气设备中的母线，线路，其表示到图形上是一条条直线；而发电机，变压器等却是一幅幅小位图，其形状类似于小矩形。因此，我们可以根据设备图元的形状属性来化分层次。

我们可以把图元依据其显示方法和属性分为几类，并且尽量使具有相同特点的图元分在同一层次类中。在本文中，我们把所有设备图元根据其形状属性化分为两大类：⑴直线：由于直线的选中和移动等操作所涉及的区域很小，它的操作区域类似于一种斜矩形，而这种斜矩形没有现成函数可用，因此，我们把所有直线形状的图元化分为一类，这种图元主要包括线路、母线、箭头和一些辅助用的直线（不代表实际设备）。⑵矩形：设备中的大部分图元都是这种类型，这类图元的特点是其操作区域为矩形。操作系统提供了各种各样的接口函数可以使用。这类图元包括文本描述、矩形边框、圆、弧、矢量图和位图。其中，由于文字、矩形边框和图符的实现方式不同，我们把矩形再细分为图符、文字、和边框三类。

4.2设备图元类的层次结构设计

我们为每种图元定义一个类，这样便实现了实际设备、图元和类的对应关系。分析设备图元的显示和实现方法，我们发现，很多图元都有共性，例如文字描述、矩形边框和位图都需要两个点确定位置，选中时都显示八个点的边框等，它们的平移、缩放操作都是通过改变坐标来实现的。在本软件中，我们利用了类的继承性质和虚函数的方法来实现上述图元的共性，先从一个基类派生出几个大的类，具体的设备图元类再依次从这几类派生出来，这样便会形成一个类的结构层次树。我们把所有图元类的共同属性放到基类中去（如坐标、选中标志等），把各子类的共同属性放到其父类的成员变量中去。设置父类的成员函数为共有（public），它的所有子类就可以使用其成员函数，例如，变压器类、发电机类都可以使用其父类（图符类）的显示函数。给父类加上虚函数，在子类之中去具体实现，那么操作时，如（选中、移动）等，我们就可以从基类进行处理，而不必具体考虑子类的各个细节。这样设计，程序的代码具有高度的重用性，各个子类实现又具有相互的独立性，使得软件便于维护和扩充。

结语

在图形化环境下，利用面向对象的编程技术方法，对电力系统薄弱母线进行了研究，提出了一套行之有效的解决方案。由于涉及面比较广，时间有限，软件尚未做到尽善尽美。其通用性、实用性还需要在今后的实际应用中不断的改进和完善。

参考文献：

[1]车诒颖，齐冲，车诒慧.无接触部署技术在电力系统图形化故障分析软件中的应用[J].广东电力，2011，24（09）：93-96.

[2]桂勋.多核并行和设计模式在海量电力暂态数据处理与分析中的应用研究[D].西南交通大学，2016.