電網(wǎng)調(diào)度微機開票系統(tǒng)的研究與開發(fā)

針對電網(wǎng)調(diào)度微機開票系統(tǒng)研究和開發(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)度微機開票系統(tǒng)研究和開發(fā)的新方法。該方法以網(wǎng)絡(luò)圖論和坐標定位的設(shè)計思想為理論基礎(chǔ)，通過面向?qū)ο蟮木幊陶Z言實現(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言的編程實現(xiàn)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在華東網(wǎng)調(diào)投入運行，運行情況良好，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)度自動化；命令票；面向?qū)ο蠓椒ǎ粓D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,微機開票的軟件研究和開發(fā)多是圍繞著倒閘操作票進行的，針對電網(wǎng)調(diào)度命令票的軟件研究和開發(fā)基本屬于空白。
    電網(wǎng)調(diào)度命令票微機開票系統(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)雜實現(xiàn)難度更大。以往，倒閘操作票微機開票系統(tǒng)主要是由開發(fā)者在開發(fā)軟件的同時對電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作規(guī)則的定義，相對于實際的工作人員這樣難免具有局限性和不專業(yè)性，更不能對實際的運行經(jīng)驗總結(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)度命令票微機開票系統(tǒng)中不能再沿用倒閘操作票微機開票系統(tǒng)的開發(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(tǒng)的功能實現(xiàn)和面向?qū)ο笳Z言的編程實現(xiàn)。該系統(tǒng)不僅具有以往的倒閘操作票微機開票系統(tǒng)圖形界面生動直觀，操作方便快捷等優(yōu)點，更為突出的是真真實現(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)度命令票微機開票系統(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。從圖論的觀點來說，調(diào)度操作即改變圖的拓撲結(jié)構(gòu)。在把元件抽象為點的基礎(chǔ)上，將其電氣屬性歸納為位置屬性和狀態(tài)屬性，這時圖就成了點及其屬性關(guān)系的集合。圖在計算機中存儲時將傳統(tǒng)矩陣一分為二：一個用來記錄網(wǎng)絡(luò)元件設(shè)備，另一個用來記錄元件運行狀態(tài)。在進行圖的坐標定位搜索運算時，首先確定被操作元件在整個圖中的位置，再根據(jù)這個位置到圖的存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中去找到該元件的記錄，進行下一步操作。以上就是坐標定位法的基本思想。
    坐標定位法在軟件開發(fā)中的具體實現(xiàn)方法如下：把圖形界面以左上角為原點，以向右、向下的方向為正方向，將整個視圖劃分為50×50個小區(qū)域，每個區(qū)域用來顯示一個設(shè)備對象的圖形。這樣，每個設(shè)備圖形在界面上的屬性就有x和y坐標，按照設(shè)備屬性中的坐標值，就可以確定其對應(yīng)圖形在視圖上顯示的位置。
1.1 電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的實現(xiàn)
    據(jù)圖論原理整個電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)可描述為：

式中：G_i(i=1,2^...,N)為電網(wǎng)中的某個變電站，S,P為每個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(shè)圖G為變電站，將其網(wǎng)絡(luò)拓撲劃分為網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中最多有一個表示元件的點，則位置矩陣為： 

    式中：當網(wǎng)格(i，j)處存在元件時；P_ij、s_ij 有記錄；當網(wǎng)格(i，j)處不存在元件時,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(nèi)元件w，建立網(wǎng)絡(luò)拓撲圖時，首先要在位置矩陣中定義該元件的位置：

    對元件進行操作時，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)的拓撲圖數(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)則中對這些元件的狀態(tài)限制相符。用邏輯關(guān)系來實現(xiàn)這些規(guī)則。對元件w進行操作，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)則的邏輯來進行判斷，當邏輯關(guān)系成立時，操作可以進行，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
    (1)電網(wǎng)調(diào)度每一項調(diào)度指令都有可能涉及不止一個變電站，而倒閘操作僅針對某一特定的變電站。
    (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、合兩個狀態(tài)定義，而是按檢修、冷備用、熱備用、運行四個狀態(tài)定義。
    (4)電網(wǎng)調(diào)度中線路以及變電站的每一個元件狀態(tài)的定義通常都與其自身以及多個相關(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。它不僅要考慮國家有關(guān)部門制訂的規(guī)程而且還要綜合考慮各地區(qū)實際情況根據(jù)安全高效原則自行制訂。
    基于以上的分析，電網(wǎng)調(diào)度命令票微機開票系統(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)，用戶可以自行對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電站結(jié)構(gòu)進行編輯和修改。
2.2.2 具有操作邏輯規(guī)則庫用戶可編輯功能
    用戶不僅可以根據(jù)實際的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行邏輯規(guī)則的設(shè)置，而且還要求用戶能夠據(jù)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)增減和定義新的邏輯規(guī)則。之所以強調(diào)用戶可編輯，因為用戶對規(guī)則的理解和對本單位運行經(jīng)驗的掌握，是任何其他人無法比擬的。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，同時也只有用戶本身，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(zé)。
2.2.3 具有邏輯規(guī)則自動檢測和判斷功能
    根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用戶設(shè)置的邏輯規(guī)則，能夠自動對每一項操作進行檢查、判斷和功能實現(xiàn)。
2.2.4 具有生動直觀操作仿真平臺和模擬操作功能
    開票工作應(yīng)在生動直觀圖形界面上進行，相關(guān)的被操作元件圖形能夠隨著開票過程而自動變位，這就將操作人員的開票方式轉(zhuǎn)化成了模擬操作預(yù)演，實現(xiàn)了每項操作步驟都受到規(guī)則檢驗，如果規(guī)則制定無誤的話，那么所開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(quán)限。
    以上的幾點是對該系統(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)計要點
    該系統(tǒng)以 Visual C++作為開發(fā)平臺, 利用面向?qū)ο蟮恼Z言的特點，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(tǒng)對象的描述
3.1.1 電網(wǎng)對象
    調(diào)度操作將設(shè)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(diào)度操作術(shù)語中設(shè)備狀態(tài)數(shù)的不同，可將一次設(shè)備分為以下幾類：四態(tài)元件：開關(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、出線(檢修、冷備用)；不操作元件：發(fā)電機、變電站內(nèi)連接線。
3.1.2 調(diào)度命令票對象
    每張調(diào)度命令票不僅有一條條的操作語句，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)度命令票對象時，還要考慮記錄開票前后電網(wǎng)運行狀態(tài)。
3.2 類及其對象屬性的確定
3.2.1 電氣元件類及其派生類
    利用OOP的特點,對各設(shè)備類確定繼承關(guān)系,根據(jù)各電氣設(shè)備的共同屬性抽象出父類——基本元件類,再派生出不同電氣元件子類。對不能進行操作的其他設(shè)備類(如線、文字類)進行封裝,以防誤操作。
    基本元件類具有所有元件類的共有特性，各派生元件類在繼承這些共有特性的同時，又各自擁有與眾不同的屬性，共同組成電氣元件類集合。
3.2.2 對象屬性的確定
    首先從最基礎(chǔ)的元件對象類來開始?；驹愂撬性惖母割悾鶓?yīng)具有的屬性有元件名稱、元件編號、元件定語(用于調(diào)度命令票中的習(xí)慣稱謂)、元件對應(yīng)圖形在界面上的坐標位置。
    對于派生類還具有其他的屬性，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，當前狀態(tài)和過去狀態(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，當前狀態(tài)和過去狀態(tài)，兩態(tài)操作規(guī)則。
    變電站的屬性有：變電站名、站的當前狀態(tài)(從計算機操作的角度來看該站是否處于激活狀態(tài))、站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、站內(nèi)二次保護設(shè)備狀態(tài)，以及各類元件的鏈式數(shù)據(jù)集合。電網(wǎng)由變電站組成，其主要數(shù)據(jù)就是變電站類對象的鏈式數(shù)據(jù)集合。
    同時，在系統(tǒng)開發(fā)中要把調(diào)度命令，調(diào)度任務(wù)和操作前后電網(wǎng)運行狀態(tài)變化記錄均視調(diào)度命令票對象的屬性，即數(shù)據(jù)。
3.3 類對象和方法的編程實現(xiàn)
3.3.1 類對象的實現(xiàn)
    編程語言將每個基本元件類和派生類描述出來，派生類自動繼承基本元件類的屬性。例如基本元件類的實現(xiàn)：

3.3.2 類方法的實現(xiàn)
    方法是類中定義的代碼單元，描述該對象對其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作和對象執(zhí)行操作的算法。 
    設(shè)計的各個類方法，可以分成以下幾類：構(gòu)造對象方法，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)；類名標識函數(shù)；刪除對象方法；其他(為實現(xiàn)特定的功能而設(shè)定的方法)。
     例如：閘刀類的一個函數(shù)，它的功能是根據(jù)閘刀的定義來檢測閘刀的狀態(tài)。
 


3.4 圖形的界面功能設(shè)計
3.4.1 圖形的顯示
    從面向?qū)ο蟮挠^點出發(fā)，把單個電氣設(shè)備作為基本類對象，計算機屏幕上所顯示的變電站一次主接線圖，既是這些單個電氣設(shè)備對應(yīng)圖形的組合。
    首先為每個設(shè)備對象類，創(chuàng)建一個位圖資源，來表示設(shè)備沒有投入運行時的未定義狀態(tài)，另外再根據(jù)設(shè)備狀態(tài)的不同，設(shè)計相應(yīng)的位圖資源。繪制變電站一次接線圖時，在一個標有縱橫坐標的網(wǎng)格中，按照現(xiàn)場情況，在對應(yīng)坐標處填寫元件代碼、元件編號和元件定語。系統(tǒng)根據(jù)坐標和元件代碼利用坐標定位法，在相應(yīng)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)而進行的一系列轉(zhuǎn)變電氣設(shè)備運行狀態(tài)的操作，本開票系統(tǒng)的圖形界面具有點擊操作功能。要將某一元件從A狀態(tài)轉(zhuǎn)變到B狀態(tài)，在該元件圖形上點擊鼠標左鍵，系統(tǒng)判斷此時點擊位置所屬的小區(qū)域的坐標值，根據(jù)坐標值找到該元件對象的數(shù)據(jù)記錄，獲得元件的名稱、編號、當前狀態(tài)等屬性值，接著，界面彈出一對話框，顯示元件屬性值，并且操作者可在此對話框中改變元件狀態(tài)，確定后，系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)于該元件對象的狀態(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)形式存儲在元件類對象中，操作時，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)的方式表達出來。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，就可以進行操作。所以把操作規(guī)則的設(shè)置轉(zhuǎn)變到對相關(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，每行代表一個限制條件，每三列代表一個指定元件的狀態(tài)。

    每行設(shè)置條件將進行如下邏輯運算：

         
    行與行之間進行或運算，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
    本電網(wǎng)調(diào)度微機開票系統(tǒng)已經(jīng)在華東網(wǎng)調(diào)投入運行。從運行情況看，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作靈活簡便，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(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)用推廣價值。