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(shè)計(jì)思想及軟件總體結(jié)構(gòu)，包括FORTRAN語(yǔ)言編制的電力系統(tǒng)分析軟件與可視化高級(jí)語(yǔ)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(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：圖形界面　電力系統(tǒng)分析計(jì)算　面向?qū)ο蟆≤浖≡O(shè)計(jì) 1　引言 　　 電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是大系統(tǒng)、大聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)行調(diào)度人員要處理的數(shù)據(jù)量日益龐大。電網(wǎng)的運(yùn)行由各級(jí)調(diào)度員調(diào)度，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，各級(jí)調(diào)度員調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行必須依靠電力系統(tǒng)分析軟件，依據(jù)計(jì)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(fù)荷，怎樣發(fā)電最經(jīng)濟(jì)，怎樣輸電最經(jīng)濟(jì)，以怎樣一種方式運(yùn)行最為安全，預(yù)想事故對(duì)策等等。總之，利用電力系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行計(jì)算和分析是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)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(jì)算軟件大多由FORTRAN語(yǔ)言編制，數(shù)據(jù)的輸入輸出以數(shù)據(jù)文件的方式進(jìn)行，而且輸入輸出數(shù)據(jù)文件的格式要求非常嚴(yán)格，數(shù)據(jù)文件的填寫(xiě)過(guò)程中有時(shí)僅僅因?yàn)樘顚?xiě)數(shù)據(jù)發(fā)生一位錯(cuò)誤就將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的千差萬(wàn)別。很難想象在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度人員仍必須通過(guò)數(shù)據(jù)文件的填寫(xiě)和閱讀來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析。因此，有必要為運(yùn)行調(diào)度人員提供一套具有良好的人機(jī)界面的電力系統(tǒng)分析軟件，將可視化編程技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析和仿真軟件已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。 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(gè)基本特征就是圖形化，即用戶在使用該軟件時(shí)的大部分操作都能在圖形上通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動(dòng)等操作來(lái)完成，拋棄了以往的填寫(xiě)、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(fù)責(zé)電力網(wǎng)絡(luò)圖的建立、電氣元件數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算結(jié)果的圖形輸出以及穩(wěn)定計(jì)算曲線的輸出等功能。 穩(wěn)態(tài)分析模塊負(fù)責(zé)將每個(gè)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(jiàn)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(shí)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(gè)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(yùn)算后的結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為用戶所見(jiàn)的表格和曲線輸出。 3　軟件功能的實(shí)現(xiàn) 3．1　設(shè)計(jì)思想 近年來(lái)面向?qū)ο螅∣OP）方法被引入電力系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，并逐漸開(kāi)始在實(shí)際軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用這一思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(duì)獨(dú)立性和元件間拓?fù)溥B接的特點(diǎn)特別適合于用面向?qū)ο蟮墓芾矸绞?，將各種屬性封裝在對(duì)象的類中，既可在圖形模塊也可在計(jì)算分析模塊中得到使用。為了提高軟件可重用性和可擴(kuò)充性，本軟件采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想。在OOP程序中，程序由一個(gè)或多個(gè)類組成，它們用來(lái)描述一組具有共同特性的對(duì)象。對(duì)象是在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)刻的基本成分，是屬性和行為的封裝體。“對(duì)象”和“類”具有可繼承性和多態(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(fù)使用。 “對(duì)象”和“類”的組建是本程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)軟件開(kāi)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(duì)獨(dú)立的屬性，而元件之間有相互關(guān)聯(lián)的拓?fù)潢P(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(gè)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(chǔ)該元件在電網(wǎng)中的一個(gè)標(biāo)識(shí)符，該標(biāo)識(shí)符與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)聯(lián)，形成實(shí)例后，即可表示元件的唯一性又便于與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)。各類元件均由該基類派生，如母線類（CBus）、線路類（Cline）、負(fù)荷類（CLoad）、斷路器類（CBreaker）、變壓器類（CTransformer）以及發(fā)電機(jī)類（CGenerator）。 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析軟件大多是以FORTRAN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，這些軟件經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)度人員長(zhǎng)期的運(yùn)行驗(yàn)證，重新開(kāi)發(fā)電力系統(tǒng)計(jì)算軟件對(duì)于一般的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不必要的。本軟件首先將FORTRAN語(yǔ)言編制的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析等電力系統(tǒng)分析計(jì)算程序改寫(xiě)為子程序，并在FORTRAN環(huán)境下將其編譯為Windows環(huán)境下的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，然后由可視化高級(jí)語(yǔ)言直接調(diào)用此動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通過(guò)這種方式，由FORTRAN語(yǔ)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(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的友好的人機(jī)界面下，充分地利用了已有的資源。同時(shí)由于動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的使用，使得在同一時(shí)刻完成多項(xiàng)計(jì)算成為了一項(xiàng)極為簡(jiǎn)單的任務(wù)。 3．2　圖形模塊的設(shè)計(jì) 　　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(luò)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(jì)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(jì)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(lái)封裝成多個(gè)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(luò)連接關(guān)系的信息。將表示網(wǎng)絡(luò)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?cè)某叽缁蛭恢脤⒉粫?huì)影響其連接關(guān)系。也就是說(shuō)，連接關(guān)系一旦建立，若不進(jìn)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(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)分析模塊包括三個(gè)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(jì)算的基礎(chǔ)，它的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果是上述分析不可缺少的組成部分。它的任務(wù)是依給定的運(yùn)行條件確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值和相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布及功率損耗等，從而對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行分析，提出必要的改進(jìn)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(jì)算線路及變壓器的有功損耗和無(wú)功損耗，統(tǒng)計(jì)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(yùn)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(yùn)行特性、潮流分布；投入某一元件或某些元件后電網(wǎng)的運(yùn)行特性；切除或改變發(fā)電機(jī)的輸出功率后電網(wǎng)的運(yùn)行特性；切除或改變負(fù)荷功率后電網(wǎng)的運(yùn)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(shè)計(jì) 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(jìn)行，也可不在給定潮流方式下進(jìn)行。前者考慮實(shí)際發(fā)電機(jī)電勢(shì)和負(fù)荷電流的影響，后者計(jì)算時(shí)發(fā)電機(jī)取E″＝1∠0°。它可以計(jì)算任意指定點(diǎn)上任意故障類型的簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障。計(jì)算結(jié)果可用表格輸出，簡(jiǎn)單故障可通過(guò)圖形界面在網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì) 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(dòng)后，系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的問(wèn)題。它是分析事故、研究提高系統(tǒng)穩(wěn)定性措施，設(shè)計(jì)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(diǎn) 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(diǎn)。 （1）線路、變壓器、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷等所有的輸入數(shù)據(jù)可通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)結(jié)線圖上的元件彈出對(duì)話框進(jìn)行輸入，大大提高了輸入數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性。 （2）圖形編輯功能強(qiáng)大，包括網(wǎng)絡(luò)圖的繪制、塊拷貝、塊移動(dòng)、剪貼、縮放、圖形及字體的選擇和顏色的設(shè)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(jí)母線的線型和顏色，從而使得圖形的繪制更加簡(jiǎn)單，畫(huà)面更加直觀。特定的電力系統(tǒng)元件的圖標(biāo)如線路、變壓器等的連線可多折，這樣就使得繪制出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)圖更符合實(shí)際。 （3）各元件的參數(shù)可以有名值輸入，也可以標(biāo)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(hào)、長(zhǎng)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(luò)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(diǎn)電壓、角度、線路潮流、發(fā)電機(jī)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(jì)算結(jié)果可選擇顯示，這樣運(yùn)行調(diào)度人員可只輸出所關(guān)心的數(shù)據(jù)。此外，潮流計(jì)算結(jié)果也可以表格的形式打印輸出。 （5）可通過(guò)控制斷路器的開(kāi)斷改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出力、負(fù)荷的大小進(jìn)行靜態(tài)安全分析，對(duì)于越限的元件，圖標(biāo)變成閃爍的紅色。這樣可以方便調(diào)度員對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靜態(tài)安全分析。 （6）可進(jìn)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(kāi)多個(gè)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(shè)計(jì)思想，具有開(kāi)放性，因此使得本軟件能很容易擴(kuò)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(jī)界面，用戶只需通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動(dòng)等操作就可實(shí)現(xiàn)軟件的大部分功能。軟件具有強(qiáng)大的圖形功能，用戶可根據(jù)自己的習(xí)慣來(lái)布置網(wǎng)絡(luò)圖、選擇輸出的元素、布置輸出結(jié)果的位置、設(shè)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(gè)地區(qū)電網(wǎng)中投入運(yùn)行，其使用的方便性與靈活性得到了用戶的好評(píng)。 本軟件是離線式的電力系統(tǒng)分析軟件，如將軟件與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)地繪制網(wǎng)絡(luò)圖，然后進(jìn)行分析計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)在線式的功能。這樣用戶無(wú)需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)圖的繪制和數(shù)據(jù)的輸入工作，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了調(diào)度人員的工作。 6　參考文獻(xiàn) 1　西安交通大學(xué)．電力系統(tǒng)計(jì)算．北京：水利電力出版社，1978 2　張小平．面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)及其在EMS軟件中的應(yīng)用．電力系統(tǒng)自動(dòng)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 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