電網(wǎng)調(diào)度微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)

針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)基本屬于空白的現(xiàn)狀，本文提出了一種適合于電網(wǎng)調(diào)度微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)的新方法。該方法以網(wǎng)絡(luò)圖論和坐標(biāo)定位的設(shè)計(jì)思想為理論基礎(chǔ)，通過(guò)面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的功能要求；文中將先后介紹軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及其軟件系統(tǒng)的功能和面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在華東網(wǎng)調(diào)投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，體現(xiàn)了該方法的有效性和可推廣性。
    關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；命令票；面向?qū)ο蠓椒?；圖論；坐標(biāo)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(jī)開(kāi)票的軟件研究和開(kāi)發(fā)多是圍繞著倒閘操作票進(jìn)行的，針對(duì)電網(wǎng)調(diào)度命令票的軟件研究和開(kāi)發(fā)基本屬于空白。
    電網(wǎng)調(diào)度命令票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)所完成的功能要比倒閘操作票系統(tǒng)更多，而且該系統(tǒng)更復(fù)雜實(shí)現(xiàn)難度更大。以往，倒閘操作票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)主要是由開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)軟件的同時(shí)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作規(guī)則的定義，相對(duì)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(duì)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)生成新的操作規(guī)則。不能滿足電網(wǎng)調(diào)度復(fù)雜性和靈活性要求。因而在電網(wǎng)調(diào)度命令票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)中不能再沿用倒閘操作票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)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(biāo)定位的方法以及軟件系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)不僅具有以往的倒閘操作票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)圖形界面生動(dòng)直觀，操作方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，更為突出的是真真實(shí)現(xiàn)了面向?qū)嶋H系統(tǒng)用戶的通用性和靈活性。大大提高了電網(wǎng)調(diào)度命令票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)的效率和合格率。

1  軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)
    調(diào)度操作就是切除或投入電氣設(shè)備。從圖論的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，調(diào)度操作即改變圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在把元件抽象為點(diǎn)的基礎(chǔ)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(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)時(shí)將傳統(tǒng)矩陣一分為二：一個(gè)用來(lái)記錄網(wǎng)絡(luò)元件設(shè)備，另一個(gè)用來(lái)記錄元件運(yùn)行狀態(tài)。在進(jìn)行圖的坐標(biāo)定位搜索運(yùn)算時(shí)，首先確定被操作元件在整個(gè)圖中的位置，再根據(jù)這個(gè)位置到圖的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中去找到該元件的記錄，進(jìn)行下一步操作。以上就是坐標(biāo)定位法的基本思想。
    坐標(biāo)定位法在軟件開(kāi)發(fā)中的具體實(shí)現(xiàn)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?yàn)檎较颍瑢⒄麄€(gè)視圖劃分為50×50個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域用來(lái)顯示一個(gè)設(shè)備對(duì)象的圖形。這樣，每個(gè)設(shè)備圖形在界面上的屬性就有x和y坐標(biāo)，按照設(shè)備屬性中的坐標(biāo)值，就可以確定其對(duì)應(yīng)圖形在視圖上顯示的位置。
1.1 電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)
    據(jù)圖論原理整個(gè)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)
    設(shè)圖G為變電站，將其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭澐譃榫W(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(dāng)網(wǎng)格(i，j)處存在元件時(shí)；P_ij、s_ij 有記錄；當(dāng)網(wǎng)格(i，j)處不存在元件時(shí),P_ij、s_ij 空。
1.3 圖的坐標(biāo)定位法
    對(duì)于某一變電站G(S，P)，有一站內(nèi)元件w，建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D時(shí)，首先要在位置矩陣中定義該元件的位置：

    對(duì)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(duì)元件進(jìn)行的操作，首先要滿足規(guī)則設(shè)置的限制。在本系統(tǒng)的拓?fù)鋱D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(guī)則中對(duì)這些元件的狀態(tài)限制相符。用邏輯關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)這些規(guī)則。對(duì)元件w進(jìn)行操作，首先根據(jù)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(jù)調(diào)度規(guī)則的邏輯來(lái)進(jìn)行判斷，當(dāng)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(tǒng)的功能分析
2.1 電網(wǎng)調(diào)度命令票的特點(diǎn)
    (1)電網(wǎng)調(diào)度每一項(xiàng)調(diào)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(duì)某一特定的變電站。
    (2)電網(wǎng)調(diào)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(diào)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(yùn)行四個(gè)狀態(tài)定義。
    (4)電網(wǎng)調(diào)度中線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(diào)度規(guī)程較倒閘操作規(guī)程更復(fù)雜。它不僅要考慮國(guó)家有關(guān)部門(mén)制訂的規(guī)程而且還要綜合考慮各地區(qū)實(shí)際情況根據(jù)安全高效原則自行制訂。
    基于以上的分析，電網(wǎng)調(diào)度命令票微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。
2.2 軟件系統(tǒng)的功能要求
2.2.1 具有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可編輯功能
    電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)(如接線圖等)可由用戶自己構(gòu)造形成。而且當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(如增減變電站或設(shè)備)，用戶可以自行對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電站結(jié)構(gòu)進(jìn)行編輯和修改。
2.2.2 具有操作邏輯規(guī)則庫(kù)用戶可編輯功能
    用戶不僅可以根據(jù)實(shí)際的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯規(guī)則的設(shè)置，而且還要求用戶能夠據(jù)實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)增減和定義新的邏輯規(guī)則。之所以強(qiáng)調(diào)用戶可編輯，因?yàn)橛脩魧?duì)規(guī)則的理解和對(duì)本單位運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的掌握，是任何其他人無(wú)法比擬的。只有用戶本身才有能力制訂出既符合統(tǒng)一安全原則，又適合本地特殊情況的操作順序法則，同時(shí)也只有用戶本身，才有能力判別一份命令票正確與否，并對(duì)命令票的合格性負(fù)責(zé)。
2.2.3 具有邏輯規(guī)則自動(dòng)檢測(cè)和判斷功能
    根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用戶設(shè)置的邏輯規(guī)則，能夠自動(dòng)對(duì)每一項(xiàng)操作進(jìn)行檢查、判斷和功能實(shí)現(xiàn)。
2.2.4 具有生動(dòng)直觀操作仿真平臺(tái)和模擬操作功能
    開(kāi)票工作應(yīng)在生動(dòng)直觀圖形界面上進(jìn)行，相關(guān)的被操作元件圖形能夠隨著開(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(zhuǎn)化成了模擬操作預(yù)演，實(shí)現(xiàn)了每項(xiàng)操作步驟都受到規(guī)則檢驗(yàn)，如果規(guī)則制定無(wú)誤的話，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(jí)管理的功能
    操作票要采用分級(jí)管理，管理人員和操作人員要具有不同的操作和編輯權(quán)限。
    以上的幾點(diǎn)是對(duì)該系統(tǒng)的主要功能要求。如圖1所示是該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)功能框圖。

3  軟件系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)要點(diǎn)
    該系統(tǒng)以 Visual C++作為開(kāi)發(fā)平臺(tái), 利用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言的特點(diǎn)，既可避免描述中的信息冗余 ,又增強(qiáng)了對(duì)知識(shí)的使用和管理 ,便于維護(hù)。
3.1 軟件系統(tǒng)對(duì)象的描述
3.1.1 電網(wǎng)對(duì)象
    調(diào)度操作將設(shè)備的運(yùn)行情況大體分為“檢修”、“冷備用”、“熱備用”和“運(yùn)行”四種狀態(tài)。按照調(diào)度操作術(shù)語(yǔ)中設(shè)備狀態(tài)數(shù)的不同，可將一次設(shè)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(yùn)行)；三態(tài)元件：高壓電抗器(檢修、冷備用、運(yùn)行)；兩態(tài)元件：刀閘(分、合)，變壓器、母線、出線(檢修、冷備用)；不操作元件：發(fā)電機(jī)、變電站內(nèi)連接線。
3.1.2 調(diào)度命令票對(duì)象
    每張調(diào)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(diào)度命令票對(duì)象時(shí)，還要考慮記錄開(kāi)票前后電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。
3.2 類(lèi)及其對(duì)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(duì)各設(shè)備類(lèi)確定繼承關(guān)系,根據(jù)各電氣設(shè)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(duì)不能進(jìn)行操作的其他設(shè)備類(lèi)(如線、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(duì)象屬性的確定
    首先從最基礎(chǔ)的元件對(duì)象類(lèi)來(lái)開(kāi)始?；驹?lèi)是所有元件類(lèi)的父類(lèi)，它所應(yīng)具有的屬性有元件名稱(chēng)、元件編號(hào)、元件定語(yǔ)(用于調(diào)度命令票中的習(xí)慣稱(chēng)謂)、元件對(duì)應(yīng)圖形在界面上的坐標(biāo)位置。
    對(duì)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(dāng)前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，四態(tài)操作規(guī)則；三態(tài)元件的屬性還有：三種狀態(tài)的定義，當(dāng)前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，三態(tài)操作規(guī)則；兩態(tài)元件的屬性還有：兩種狀態(tài)的定義，當(dāng)前狀態(tài)和過(guò)去狀態(tài)，兩態(tài)操作規(guī)則。
    變電站的屬性有：變電站名、站的當(dāng)前狀態(tài)(從計(jì)算機(jī)操作的角度來(lái)看該站是否處于激活狀態(tài))、站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、站內(nèi)二次保護(hù)設(shè)備狀態(tài)，以及各類(lèi)元件的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)集合。電網(wǎng)由變電站組成，其主要數(shù)據(jù)就是變電站類(lèi)對(duì)象的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)集合。
    同時(shí)，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中要把調(diào)度命令，調(diào)度任務(wù)和操作前后電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)變化記錄均視調(diào)度命令票對(duì)象的屬性，即數(shù)據(jù)。
3.3 類(lèi)對(duì)象和方法的編程實(shí)現(xiàn)
3.3.1 類(lèi)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)
    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(xiàn)：

3.3.2 類(lèi)方法的實(shí)現(xiàn)
    方法是類(lèi)中定義的代碼單元，描述該對(duì)象對(duì)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作和對(duì)象執(zhí)行操作的算法。 
    設(shè)計(jì)的各個(gè)類(lèi)方法，可以分成以下幾類(lèi)：構(gòu)造對(duì)象方法，包括一般構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)；基本屬性的設(shè)定和獲取函數(shù)；類(lèi)名標(biāo)識(shí)函數(shù)；刪除對(duì)象方法；其他(為實(shí)現(xiàn)特定的功能而設(shè)定的方法)。
     例如：閘刀類(lèi)的一個(gè)函數(shù)，它的功能是根據(jù)閘刀的定義來(lái)檢測(cè)閘刀的狀態(tài)。
 

3.4 圖形的界面功能設(shè)計(jì)
3.4.1 圖形的顯示
    從面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)出發(fā)，把單個(gè)電氣設(shè)備作為基本類(lèi)對(duì)象，計(jì)算機(jī)屏幕上所顯示的變電站一次主接線圖，既是這些單個(gè)電氣設(shè)備對(duì)應(yīng)圖形的組合。
    首先為每個(gè)設(shè)備對(duì)象類(lèi)，創(chuàng)建一個(gè)位圖資源，來(lái)表示設(shè)備沒(méi)有投入運(yùn)行時(shí)的未定義狀態(tài)，另外再根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的不同，設(shè)計(jì)相應(yīng)的位圖資源。繪制變電站一次接線圖時(shí)，在一個(gè)標(biāo)有縱橫坐標(biāo)的網(wǎng)格中，按照現(xiàn)場(chǎng)情況，在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)處填寫(xiě)元件代碼、元件編號(hào)和元件定語(yǔ)。系統(tǒng)根據(jù)坐標(biāo)和元件代碼利用坐標(biāo)定位法，在相應(yīng)位置處顯示該元件以 及元件編號(hào)。
3.4.2 元件圖形在操作時(shí)的狀態(tài)變位
    電力系統(tǒng)中的調(diào)度操作是為了某一任務(wù)而進(jìn)行的一系列轉(zhuǎn)變電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的操作，本開(kāi)票系統(tǒng)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(zhuǎn)變到B狀態(tài)，在該元件圖形上點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)判斷此時(shí)點(diǎn)擊位置所屬的小區(qū)域的坐標(biāo)值，根據(jù)坐標(biāo)值找到該元件對(duì)象的數(shù)據(jù)記錄，獲得元件的名稱(chēng)、編號(hào)、當(dāng)前狀態(tài)等屬性值，接著，界面彈出一對(duì)話框，顯示元件屬性值，并且操作者可在此對(duì)話框中改變?cè)顟B(tài)，確定后，系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)于該元件對(duì)象的狀態(tài)值也相應(yīng)發(fā)生改變。
3.4.3 操作規(guī)則的設(shè)置
    規(guī)則以某種數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)在元件類(lèi)對(duì)象中，操作時(shí)，先搜索相關(guān)元件，看其狀態(tài)是否滿足規(guī)則要求，再判斷能否安全的進(jìn)行操作，即將操作規(guī)則，用限制某些元件狀態(tài)的方式表達(dá)出來(lái)。每種操作規(guī)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(guī)則的設(shè)置轉(zhuǎn)變到對(duì)相關(guān)元件狀態(tài)的限制，把每條規(guī)則設(shè)置為一行。規(guī)則設(shè)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(shè)置條件將進(jìn)行如下邏輯運(yùn)算：

         
    行與行之間進(jìn)行或運(yùn)算，即可的出最后的邏輯結(jié)果：
    RESULT=(Result1)or(Result2) …or(ResultN)
    結(jié)果為真，則此操作可以執(zhí)行，結(jié)果為假，則此操作不可執(zhí)行。

4  結(jié)束語(yǔ)
    本電網(wǎng)調(diào)度微機(jī)開(kāi)票系統(tǒng)已經(jīng)在華東網(wǎng)調(diào)投入運(yùn)行。從運(yùn)行情況看，該系統(tǒng)性能穩(wěn)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(dāng)前的運(yùn)行方式下,而且可以適應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變更和增設(shè)變電站的情況下完成調(diào)度命令票生成和管理。該系統(tǒng)在調(diào)度命令票生成及管理中有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。