智能化电力系统主接线图绘制平台的设计与实现.pdf
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1、智能化电力系统主接线图绘制平台的设计与实现邱吉福刘国贤韦燕（华北电力大学电气工程学院!#$）摘要介绍在%&环境下采用面向对象设计思想和数据库技术进行电力系统主接线绘制平台的研究和实现方法。该平台用()*+,语言和&-.语言实现编程和查询工作，实现了图元库的开放性设计。为绘制主接线提供了诸多智能化方法，大大减轻了绘制人员的工作量。关键词%&面向对象图元库拓扑图/数批量关联!引言电气主接线图广泛应用于电力系统的诸多领域，在电力系统中占有十分重要的地位!。目前电力系统主接线图生成方式主要有三种：（!）采用软件厂商提供的一些通用的绘图工具，如画笔、0 1 2 3%0 等进行各种图形的绘制。（#）基于程
2、序代码自行设计电力图元，用于绘制主接线图。（4）用户自行维护各设备的位置和拓扑关系，然后利用一系列复杂的推理机制自动生成接线图。第一种方式绘制主接线图的工作量相当大，且图形与系统数据结合不是很紧密#；第二种方式开发图元过程复杂且没有实现图元绘制的开放性，不能按需求新增、修改图元4；第三种方式对绘制人员的专业素质具有较高的要求，绘制人员需理解复杂的规则并能灵活应用，而且不能直观绘图5。更为糟糕的是按上述三种方式开发的接线图或是无拓扑关系，或是依赖手工维护各元件（设备）之间的拓扑关系，上述缺点限制了此类绘制软件的通用性和可扩展性。笔者在分析和借鉴以往主接线图绘制软件的基础上，基于面向对象设计思想，
3、自行开发了一套图元完全开放性设计并基于拓扑连接关系的智能化主接线图绘制平台。该平台采用第三方控件二次开发技术，并基于%&环境和数据库技术实现。绘制平台的设计与实现#!设计基本需求发电厂和变电所的电气主接线图，标明了各主要设备的规格、数量，各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂或变电所电气部分的主体，是运行人员进行操作运行的重要基础。因此，图形系统的设计应满足以下要求6：（!）具备网络拓扑连接关系。可以满足两票系统及潮流计算系统等需求。（#）图形系统应满足电力系统全状态管理需求。在电网图上可以对电网数据库进行管理和维护，主接线图能动态显示和设置设备如断路器、隔离开关等的运行状态
4、。（4）拥有独立的编辑平台，考虑到主接线图日后的扩充和变化，应便于对主接线图进行修改、编辑。（5）图形系统能为其他电力系统分析软件提供通用图形平台，即要求系统具有很强的可扩展性。在此基础上，应充分考虑改进绘图方法，尽量减少绘制工作量。#系统开发架构本平台采用三层%&结构开发技术。三层%&结构将表示层、应用逻辑层、数据服务层明确地进行分割，使其在逻辑上各自独立，并且单独加以实现。其结构如图!所示。图!三层结构示意图（!）客户端负责与用户交互，并把用户请求通过调用中间层组件传递给应用逻辑层。!电力电气电气应用!#年第!$卷第%期（!）应用服务器执行具体的事务逻辑，并通过#$方式向数据服务层提出请求
5、。（%）数据库服务器负责数据的存取和管理。!#平台的实现!&%&图元库的概念和图元的绘制为了 统 一 管 理 图 元，根 据 面 向 对 象 技 术（()）思想，将电气主接线图中的每个设备作为一类对象，建立设备类，具体包括变压器类、断路器类、隔离开关类、母线类等。每个设备类都有自己的属性和事件，所有对应于设备类绘制的图元组成的集合通称为图元库。图元绘制是图形系统的基础部分，在本平台中具备独立的图元绘制模块。该模块基于最小图素设计，所谓最小图素设计即使用点线圆等最基本的图形进行复杂图元的设计。避免了以往繁重的代码设计模式，一则降低了编程量，二则实现图元绘制的面向用户设计，实现了图元绘制的完全开放
6、性。添加一个新图元的基本流程如图!所示。图!绘制图元流程图下面以断路器为例，介绍绘制图元的具体方法，分析其运行状态如图%所示。首先利用绘制平台提供的直线、矩形和设置背景色等方法绘制图%*及图%+状态；其次分别给上述两种状态设置相关运行状态属性；然后组合图形并在断路器两端添加连接点（该点在具体使用时可控制隐藏或显示），见图%,；最后再添加所需属性保存即可。图%绘制断路器示例!&%&!典型间隔模板的设计经分析接线图的特点得知，电力系统中厂站主接线图具有一定的接线方式和间隔类型，同种接线方式母线之间仅仅是间隔（支路）数目上的差别，其模式往往是固定的。笔者对电力系统主接线图的接线方式及间隔类型进行了总
7、结，将一定接线方式下常出现的间隔内所有元件作为一个整体来维护，保存到数据库以形成典型间隔模板。这样在绘制主接线图时类似的间隔就可以直接调用，通过复制、粘贴、旋转等简单操作绘制出类似间隔，并可根据需要作出少量调整。#主接线图绘制#$基本接线图绘制本部分是绘图平台的主体，利用现有的图元库和典型间隔模板库，用户可以很方便快捷地绘制出自己需要的图形。如图-所示，左侧分别是元件选择区和元件属性编辑区，右侧为绘制区。图-主接线图绘制界面#!基于拓扑关系实现图%数批量关联图.数关联（以下简称图数关联），是指将接线图上的图元与数据库中的具体设备台账数据、状态信息等关联起来，以备用户查询和统计。传统方式需要逐个
8、元件手工关联，工作量较!电气应用!#年第!$卷第%期智能化电力系统主接线图绘制平台的设计与实现大。本平台开发出批量关联方法，即考虑将一个间隔作为整体，以间隔内断路器为主设备（其他不含断路器的间隔可选择其他设备为主设备），利用拓扑连接关系对间隔内所有设备一次性图数关联动作，自动生成设备编号等具体设备信息，并显示在图元右侧，文本框大小随字数自动调整。该方法的基本思路是首先确定当前间隔的主设备，根据当前间隔所属的母线接线方式（利用拓扑连接关系自动判断），以及各元件之间的拓扑连接关系，按照一定的设备编号规则（根据不同厂站可对编号规则维护，具备开放性），确定出其他从属设备如隔离开关，接地隔离开关的编号。
9、然后根据设备编号在数据库中定位设备记录进行数据关联。图!为以#$断路器为主设备进行图数批量关联的应用效果图。图!批量关联示意图!基于拓扑关系批量设定图元电压等级值母线是整个接线电源的汇流，可看成是这个电源的中心点。所以考虑从母线出发，设定所有与其电压等级一致的元件的电压等级。本功能的实现采用了深度方向搜索的算法。即访问结点!#以后，访问一个!#邻接到的未被访问过的结点!%，再从!%出发按深度方向搜索。当遇到一个所有邻接于它的结点都被访问过的结点时，回到已访问结点序列最后一个拥有未被访问过的相邻结点的结点#，再从#出发按深度方向搜索。最后，当任何已被访问过的结点都没有未被访问的相邻结点时，搜索结
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