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基于图形界面的电力系统分析软件的研究和开发

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-08-28 00:57:08

王鸿雁

（浙江大学电气工程学院　杭州市　310027）

摘要　文章论述了基于图形界面的电力系统分析软件的设计思想及软件总体结构，括FORTRAN语言编制的电力系统分析软件与可视化高级语言之间的接口，并给出了图形模块、稳态分析模块、故障分析模块、暂态分析模块功能的实现方法。
关键词　图形界面　电力系统分析计算　面向对象　软件　设计

1　引言　　
　　电力系统的发展趋势是大系统、大联网，运行调度人员要处理的数据量日益庞大。电网的运行由各级调度员调度，由于电网结构的复杂性，各级调度员调度系统运行必须依靠电力系统分析软件，依据计算结果确定各发电厂的出力，功率如何平衡，如何调控负荷，怎样发电经济，怎样输电经济，以怎样一种方式运行为安全，预想事故对策等等。总之，利用电力系统分析软件进行计算和分析是现代电力系统运行基本的手段，是必不可少的部分。
　　传统的电力系统分析计算软件大多由FORTRAN语言编制，数据的输入输出以数据文件的方式进行，而且输入输出数据文件的格式要求非常严格，数据文件的填写过程中有时仅仅因为填写数据发生一位错误就将导致计算结果的千差万别。很难想象在计算机技术发展的今天，电力系统运行调度人员仍必须通过数据文件的填写和阅读来对电力系统进行分析。因此，有必要为运行调度人员提供一套具有良好的人机界面的电力系统分析软件，将可视化编程技术应用于电力系统分析和仿真软件已成为当前电力系统应用软件的一个发展趋势。
2　软件总体结构
　　基于图形界面的电力系统分析软件的一个基本特征就是图形化，即用户在使用该软件时的大部分操作都能在图形上通过鼠标的点击、拖动等操作来完成，抛弃了以往的填写、修改和阅读数据文件的方法。该软件主要有四大模块组成，分别为图形模块、稳态分析模块、故障分析模块和暂态分析模块。软件总体结构如图1所示。
　　图形模块负责电力网络图的建立、电气元件数据的输入和计算结果的图形输出以及稳定计算曲线的输出等功能。
　　稳态分析模块负责将每个元件的输入数据转化为稳态分析程序要求的数据格式，在稳态分析完毕后将稳态分析的结果文件转化为用户所见的表格输出和图形输出。
　　故障分析模块有着和稳态分析模块相似的功能，同时该模块要将稳态分析的结果文件转化为故障分析程序的输入文件。
　　暂态分析模块将每个元件的暂态分析所需要的输入数据转化为暂态分析程序要求的数据格式，并将稳态分析的结果文件转化为暂态分析的输入文件，然后将运算后的结果文件转化为用户所见的表格和曲线输出。

3　软件功能的实现
3．1　设计思想
　　近年来面向对象（OOP）方法被引入电力系统软件的开发，并逐渐开始在实际软件设计中应用这一思想进行设计，并取得了良好的效果。电力系统是由各种物理元件组成的，各元件属性的相对独立性和元件间拓扑连接的特点特别适合于用面向对象的管理方式，将各种属性封装在对象的类中，既可在图形模块也可在计算分析模块中得到使用。为了提高软件可重用性和可扩充性，本软件采用了面向对象的设计思想。在OOP程序中，程序由一个或多个类组成，它们用来描述一组具有共同特性的对象。对象是在系统中运行时刻的基本成分，是属性和行为的封装体。“对象”和“类”具有可继承性和多态性，它们给外界提供了统一的接口，而且一旦建立，就可重复使用。
　　“对象”和“类”的组建是本程序设计的基础，也是实现软件开放性的关键所在。电力系统含许多元件，这些不同种类的元件有相对独立的属性，而元件之间有相互关联的拓扑关系。由于各种元件具有一些相同的属性和方法，因此首先定义一个元件基本类作为所有元件的父类。
    classCdevElement∷publicCObject
    　｛public∶　　
　     　char＊m－Name；

　　上述类定义中，m－Name为一指向字符串的指针，该字符串用于描述元件的名称，m－Index为一整型变量，用于存储该元件在电网中的一个标识符，该标识符与数据库相关联，形成实例后，即可表示元件的唯一性又便于与数据库对应。各类元件均由该基类派生，如母线类（CBus）、线路类（Cline）、负荷类（CLoad）、断路器类（CBreaker）、变压器类（CTransformer）以及发电机类（CGenerator）。
　　传统的电力系统分析软件大多是以FORTRAN语言开发的，这些软件经过运行调度人员长期的运行验证，重新开发电力系统计算软件对于一般的电力系统来说是不必要的。本软件首先将FORTRAN语言编制的稳态分析、暂态分析等电力系统分析计算程序改写为子程序，并在FORTRAN环境下将其编译为Windows环境下的动态链接库，然后由可视化高级语言直接调用此动态链接库。通过这种方式，由FORTRAN语言编制的电力系统分析软件就完好地被封装在由可视化高级语言实现的友好的人机界面下，充分地利用了已有的资源。同时由于动态连接库的使用，使得在同一时刻完成多项计算成为了一项极为简单的任务。
3．2　图形模块的设计
　　把文档类CMycppDoc定义为一块存放了所有绘图所需的信息的数据区域，括：位置信息、尺寸信息、颜色、线型、网络连接关系以及稳态分析、故障分析、暂态分析所需的电气参数、计算信息。这些数据按用途可分为绘制图形用数据、电气参数数据、分析计算数据等三块。根据电气元件的不同，把绘图用数据和电气参数数据结合起来封装成多个类。这样，这些类中不仅含了这些数据和绘图用信息，还含了表示网络连接

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