電網(wǎng)調度微機開(kāi)票系統的研究和開(kāi)發(fā)

電網(wǎng)調度微機開(kāi)票系統的研究和開(kāi)發(fā)

針對電網(wǎng)調度微機開(kāi)票系統研究和開(kāi)發(fā)基本屬于空白的現狀，本文提出了一種適合于電網(wǎng)調度微機開(kāi)票系統研究和開(kāi)發(fā)的新方法。該方法以網(wǎng)絡(luò )圖論和坐標定位的設計思想為理論基礎，通過(guò)面向對象的編程語(yǔ)言實(shí)現軟件系統的功能要求；文中將先后介紹軟件系統的理論基礎及其軟件系統的功能和面向對象語(yǔ)言的編程實(shí)現。目前，該系統已經(jīng)在華東網(wǎng)調投入運行，運行情況良好，體現了該方法的有效性和可推廣性。
??? 關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調度自動(dòng)化；命令票；面向對象方法；圖論；坐標定位法?

The Researching and Developing of Dispatching Order?
Sheet Generating System in Electric Power Load Dispatching System

LIU Wen-ju¹， QIAN Luo-jiang¹， LIU Wen-xian²?

(1.Electric Engineering School of Wu Han University Electric & Engineering School, 430071, China)
2. Da Tong Power Supply Co., Shan Xi Province, 037008, China)

??? Abstract： This paper presents a novel method that suits the Researching and Designing of Dispatching Order Sheet Generating System in Electric Power Load Dispatching System.. The theoretical basis of the method is Graph theory and Coordinate orientation, which is explained in detail in this paper. In addition, the realization of software system and programming are introduced. The practical application of the software system proved that this method is effective.
??? Key words: Power Load Dispatching； OOP(Object Oriented Programming)； Dispatching order sheet； Graph theory；Coordinate Orientation?


0? 引言
??? 目前,微機開(kāi)票的軟件研究和開(kāi)發(fā)多是圍繞著(zhù)倒閘操作票進(jìn)行的，針對電網(wǎng)調度命令票的軟件研究和開(kāi)發(fā)基本屬于空白。
??? 電網(wǎng)調度命令票微機開(kāi)票系統所完成的功能要比倒閘操作票系統更多，而且該系統更復雜實(shí)現難度更大。以往，倒閘操作票微機開(kāi)票系統主要是由開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)軟件的同時(shí)對電網(wǎng)系統結構和操作規則的定義，相對于實(shí)際的工作人員這樣難免具有局限性和不專(zhuān)業(yè)性，更不能對實(shí)際的運行經(jīng)驗總結生成新的操作規則。不能滿(mǎn)足電網(wǎng)調度復雜性和靈活性要求。因而在電網(wǎng)調度命令票微機開(kāi)票系統中不能再沿用倒閘操作票微機開(kāi)票系統的開(kāi)發(fā)思想，必須提出一種新的解決方案。
??? 本文將介紹一種基于圖論和坐標定位的方法以及軟件系統的功能實(shí)現和面向對象語(yǔ)言的編程實(shí)現。該系統不僅具有以往的倒閘操作票微機開(kāi)票系統圖形界面生動(dòng)直觀(guān)，操作方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，更為突出的是真真實(shí)現了面向實(shí)際系統用戶(hù)的通用性和靈活性。大大提高了電網(wǎng)調度命令票微機開(kāi)票系統的效率和合格率。

1? 軟件系統的理論基礎
??? 調度操作就是切除或投入電氣設備。從圖論的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，調度操作即改變圖的拓撲結構。在把元件抽象為點(diǎn)的基礎上，將其電氣屬性歸納為位置屬性和狀態(tài)屬性，這時(shí)圖就成了點(diǎn)及其屬性關(guān)系的集合。圖在計算機中存儲時(shí)將傳統矩陣一分為二：一個(gè)用來(lái)記錄網(wǎng)絡(luò )元件設備，另一個(gè)用來(lái)記錄元件運行狀態(tài)。在進(jìn)行圖的坐標定位搜索運算時(shí)，首先確定被操作元件在整個(gè)圖中的位置，再根據這個(gè)位置到圖的存儲數據結構中去找到該元件的記錄，進(jìn)行下一步操作。以上就是坐標定位法的基本思想。
??? 坐標定位法在軟件開(kāi)發(fā)中的具體實(shí)現方法如下：把圖形界面以左上角為原點(diǎn)，以向右、向下的方向為正方向，將整個(gè)視圖劃分為50×50個(gè)小區域，每個(gè)區域用來(lái)顯示一個(gè)設備對象的圖形。這樣，每個(gè)設備圖形在界面上的屬性就有x和y坐標，按照設備屬性中的坐標值，就可以確定其對應圖形在視圖上顯示的位置。
1.1 電網(wǎng)拓撲結構數學(xué)模型的實(shí)現
??? 據圖論原理整個(gè)電網(wǎng)拓撲結構可描述為：

式中：G_i(i=1,2^...,N)為電網(wǎng)中的某個(gè)變電站，S,P為每個(gè)變電站中所有元件的位置屬性和狀態(tài)屬性分別組成的集合。
1.2 圖在計算機中的存儲
??? 設圖G為變電站，將其網(wǎng)絡(luò )拓撲劃分為網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格中最多有一個(gè)表示元件的點(diǎn)，則位置矩陣為：?

??? 式中：當網(wǎng)格(i，j)處存在元件時(shí)；P_ij、s_ij 有記錄；當網(wǎng)格(i，j)處不存在元件時(shí),P_ij、s_ij 空。
1.3 圖的坐標定位法
??? 對于某一變電站G(S，P)，有一站內元件w，建立網(wǎng)絡(luò )拓撲圖時(shí)，首先要在位置矩陣中定義該元件的位置：

??? 對元件進(jìn)行操作時(shí)，首先在P矩陣中找出與該元件位置屬性相匹配的元素p(w)，再將該元件的狀態(tài)屬性按操作要求變位。
??? 對元件進(jìn)行的操作，首先要滿(mǎn)足規則設置的限制。在本系統的拓撲圖數據結構中，就是要使被操作元件，以及與其相關(guān)的若干元件的狀態(tài)，要與規則中對這些元件的狀態(tài)限制相符。用邏輯關(guān)系來(lái)實(shí)現這些規則。對元件w進(jìn)行操作，首先根據位置矩陣在狀態(tài)矩陣中找到該元件的狀態(tài)：
?????? s(w)=[s_ij]_v×vw
然后用同樣的方法找到與其相關(guān)的其他元件的狀態(tài)，再根據調度規則的邏輯來(lái)進(jìn)行判斷，當邏輯關(guān)系成立時(shí)，操作可以進(jìn)行，即將矩陣中的狀態(tài)替換為新的狀態(tài)；邏輯關(guān)系不成立，則不能進(jìn)行操作。

2 軟件系統的功能分析
2.1 電網(wǎng)調度命令票的特點(diǎn)
??? (1)電網(wǎng)調度每一項調度指令都有可能涉及不止一個(gè)變電站，而倒閘操作僅針對某一特定的變電站。
??? (2)電網(wǎng)調度涉及的可操作元件較多。倒閘操作主要涉及開(kāi)關(guān)、刀閘、地刀這三種雙態(tài)元件。
??? (3)電網(wǎng)調度中元件狀態(tài)不再像倒閘操作按分、合兩個(gè)狀態(tài)定義，而是按檢修、冷備用、熱備用、運行四個(gè)狀態(tài)定義。
??? (4)電網(wǎng)調度中線(xiàn)路以及變電站的每一個(gè)元件狀態(tài)的定義通常都與其自身以及多個(gè)相關(guān)的元件有關(guān)，必須考慮多重的邏輯關(guān)系。
??? (5)電網(wǎng)調度規程較倒閘操作規程更復雜。它不僅要考慮國家有關(guān)部門(mén)制訂的規程而且還要綜合考慮各地區實(shí)際情況根據安全高效原則自行制訂。
??? 基于以上的分析，電網(wǎng)調度命令票微機開(kāi)票系統應具有以下功能。
2.2 軟件系統的功能要求
2.2.1 具有電網(wǎng)結構可編輯功能
??? 電網(wǎng)的結構(如接線(xiàn)圖等)可由用戶(hù)自己構造形成。而且當電網(wǎng)結構發(fā)生變化(如增減變電站或設備)，用戶(hù)可以自行對電網(wǎng)結構和電站結構進(jìn)行編輯和修改。
2.2.2 具有操作邏輯規則庫用戶(hù)可編輯功能
??? 用戶(hù)不僅可以根據實(shí)際的電網(wǎng)結構進(jìn)行邏輯規則的設置，而且還要求用戶(hù)能夠據實(shí)際電網(wǎng)結構增減和定義新的邏輯規則。之所以強調用戶(hù)可編輯，因為用戶(hù)對規則的理解和對本單位運行經(jīng)驗的掌握，是任何其他人無(wú)法比擬的。只有用戶(hù)本身才有能力制訂出既符合統一安全原則，又適合本地特殊情況的操作順序法則，同時(shí)也只有用戶(hù)本身，才有能力判別一份命令票正確與否，并對命令票的合格性負責。
2.2.3 具有邏輯規則自動(dòng)檢測和判斷功能
??? 根據電網(wǎng)結構和用戶(hù)設置的邏輯規則，能夠自動(dòng)對每一項操作進(jìn)行檢查、判斷和功能實(shí)現。
2.2.4 具有生動(dòng)直觀(guān)操作仿真平臺和模擬操作功能
??? 開(kāi)票工作應在生動(dòng)直觀(guān)圖形界面上進(jìn)行，相關(guān)的被操作元件圖形能夠隨著(zhù)開(kāi)票過(guò)程而自動(dòng)變位，這就將操作人員的開(kāi)票方式轉化成了模擬操作預演，實(shí)現了每項操作步驟都受到規則檢驗，如果規則制定無(wú)誤的話(huà)，那么所開(kāi)操作票的合格性就完全能得到保證。
2.2.5 具有操作票分級管理的功能
??? 操作票要采用分級管理，管理人員和操作人員要具有不同的操作和編輯權限。
??? 以上的幾點(diǎn)是對該系統的主要功能要求。如圖1所示是該系統的總體結構功能框圖。

3? 軟件系統編程設計要點(diǎn)
??? 該系統以 Visual C++作為開(kāi)發(fā)平臺, 利用面向對象的語(yǔ)言的特點(diǎn)，既可避免描述中的信息冗余 ,又增強了對知識的使用和管理 ,便于維護。
3.1 軟件系統對象的描述
3.1.1 電網(wǎng)對象
??? 調度操作將設備的運行情況大體分為“檢修”、“冷備用”、“熱備用”和“運行”四種狀態(tài)。按照調度操作術(shù)語(yǔ)中設備狀態(tài)數的不同，可將一次設備分為以下幾類(lèi)：四態(tài)元件：開(kāi)關(guān)、電容器、低壓電抗器(檢修、冷備用、熱備用、運行)；三態(tài)元件：高壓電抗器(檢修、冷備用、運行)；兩態(tài)元件：刀閘(分、合)，變壓器、母線(xiàn)、出線(xiàn)(檢修、冷備用)；不操作元件：發(fā)電機、變電站內連接線(xiàn)。
3.1.2 調度命令票對象
??? 每張調度命令票不僅有一條條的操作語(yǔ)句，它還與變電站操作前和操作后的狀態(tài)有關(guān)。因此，在建立調度命令票對象時(shí)，還要考慮記錄開(kāi)票前后電網(wǎng)運行狀態(tài)。
3.2 類(lèi)及其對象屬性的確定
3.2.1 電氣元件類(lèi)及其派生類(lèi)
??? 利用OOP的特點(diǎn),對各設備類(lèi)確定繼承關(guān)系,根據各電氣設備的共同屬性抽象出父類(lèi)——基本元件類(lèi),再派生出不同電氣元件子類(lèi)。對不能進(jìn)行操作的其他設備類(lèi)(如線(xiàn)、文字類(lèi))進(jìn)行封裝,以防誤操作。
??? 基本元件類(lèi)具有所有元件類(lèi)的共有特性，各派生元件類(lèi)在繼承這些共有特性的同時(shí)，又各自擁有與眾不同的屬性，共同組成電氣元件類(lèi)集合。
3.2.2 對象屬性的確定
??? 首先從最基礎的元件對象類(lèi)來(lái)開(kāi)始?；驹?lèi)是所有元件類(lèi)的父類(lèi)，它所應具有的屬性有元件名稱(chēng)、元件編號、元件定語(yǔ)(用于調度命令票中的習慣稱(chēng)謂)、元件對應圖形在界面上的坐標位置。
??? 對于派生類(lèi)還具有其他的屬性，四態(tài)元件的屬性還有：四種狀態(tài)的定義，當前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，四態(tài)操作規則；三態(tài)元件的屬性還有：三種狀態(tài)的定義，當前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，三態(tài)操作規則；兩態(tài)元件的屬性還有：兩種狀態(tài)的定義，當前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，兩態(tài)操作規則。
??? 變電站的屬性有：變電站名、站的當前狀態(tài)(從計算機操作的角度來(lái)看該站是否處于激活狀態(tài))、站內設備狀態(tài)、站內二次保護設備狀態(tài)，以及各類(lèi)元件的鏈式數據集合。電網(wǎng)由變電站組成，其主要數據就是變電站類(lèi)對象的鏈式數據集合。
??? 同時(shí)，在系統開(kāi)發(fā)中要把調度命令，調度任務(wù)和操作前后電網(wǎng)運行狀態(tài)變化記錄均視調度命令票對象的屬性，即數據。
3.3 類(lèi)對象和方法的編程實(shí)現
3.3.1 類(lèi)對象的實(shí)現
??? 編程語(yǔ)言將每個(gè)基本元件類(lèi)和派生類(lèi)描述出來(lái)，派生類(lèi)自動(dòng)繼承基本元件類(lèi)的屬性。例如基本元件類(lèi)的實(shí)現：

3.3.2 類(lèi)方法的實(shí)現
??? 方法是類(lèi)中定義的代碼單元，描述該對象對其數據結構的操作和對象執行操作的算法。?
??? 設計的各個(gè)類(lèi)方法，可以分成以下幾類(lèi)：構造對象方法，包括一般構造函數和析構函數；基本屬性的設定和獲取函數；類(lèi)名標識函數；刪除對象方法；其他(為實(shí)現特定的功能而設定的方法)。
???? 例如：閘刀類(lèi)的一個(gè)函數，它的功能是根據閘刀的定義來(lái)檢測閘刀的狀態(tài)。


3.4 圖形的界面功能設計
3.4.1 圖形的顯示
??? 從面向對象的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，把單個(gè)電氣設備作為基本類(lèi)對象，計算機屏幕上所顯示的變電站一次主接線(xiàn)圖，既是這些單個(gè)電氣設備對應圖形的組合。
??? 首先為每個(gè)設備對象類(lèi)，創(chuàng )建一個(gè)位圖資源，來(lái)表示設備沒(méi)有投入運行時(shí)的未定義狀態(tài)，另外再根據設備狀態(tài)的不同，設計相應的位圖資源。繪制變電站一次接線(xiàn)圖時(shí)，在一個(gè)標有縱橫坐標的網(wǎng)格中，按照現場(chǎng)情況，在對應坐標處填寫(xiě)元件代碼、元件編號和元件定語(yǔ)。系統根據坐標和元件代碼利用坐標定位法，在相應位置處顯示該元件以 及元件編號。
3.4.2 元件圖形在操作時(shí)的狀態(tài)變位
??? 電力系統中的調度操作是為了某一任務(wù)而進(jìn)行的一系列轉變電氣設備運行狀態(tài)的操作，本開(kāi)票系統的圖形界面具有點(diǎn)擊操作功能。要將某一元件從A狀態(tài)轉變到B狀態(tài)，在該元件圖形上點(diǎn)擊鼠標左鍵，系統判斷此時(shí)點(diǎn)擊位置所屬的小區域的坐標值，根據坐標值找到該元件對象的數據記錄，獲得元件的名稱(chēng)、編號、當前狀態(tài)等屬性值，接著(zhù)，界面彈出一對話(huà)框，顯示元件屬性值，并且操作者可在此對話(huà)框中改變元件狀態(tài)，確定后，系統內部關(guān)于該元件對象的狀態(tài)值也相應發(fā)生改變。
3.4.3 操作規則的設置
??? 規則以某種數據形式存儲在元件類(lèi)對象中，操作時(shí)，先搜索相關(guān)元件，看其狀態(tài)是否滿(mǎn)足規則要求，再判斷能否安全的進(jìn)行操作，即將操作規則，用限制某些元件狀態(tài)的方式表達出來(lái)。每種操作規則都可能有若干條限制，只要符合其中的任意一條，就可以進(jìn)行操作。所以把操作規則的設置轉變到對相關(guān)元件狀態(tài)的限制，把每條規則設置為一行。規則設置輸入界面如表1所示，每行代表一個(gè)限制條件，每三列代表一個(gè)指定元件的狀態(tài)。

??? 每行設置條件將進(jìn)行如下邏輯運算：

?????????
??? 行與行之間進(jìn)行或運算，即可的出最后的邏輯結果：
??? RESULT=(Result1)or(Result2) …or(ResultN)
??? 結果為真，則此操作可以執行，結果為假，則此操作不可執行。

4? 結束語(yǔ)
??? 本電網(wǎng)調度微機開(kāi)票系統已經(jīng)在華東網(wǎng)調投入運行。從運行情況看，該系統性能穩定，操作靈活簡(jiǎn)便，出票速度快，通用性好，不僅可以保證在當前的運行方式下,而且可以適應電網(wǎng)系統結構變更和增設變電站的情況下完成調度命令票生成和管理。該系統在調度命令票生成及管理中有較高的應用推廣價(jià)值。