林妙玉 郭謀發(fā) 謝華芳 楊耿杰

（1.福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，福州 350108；2.福建省第二電力建設(shè)公司，福州 350013）

1 引言

線損是供電企業(yè)一項重要的綜合性技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它直接影響到電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，而配電網(wǎng)線損在整個電力系統(tǒng)線損中占有很大比例。目前供電部門進行理論線損計算采用的線損軟件必須進行單獨的配電網(wǎng)建模，通過離線收集各種數(shù)據(jù)并手工錄入一天24h的整點有功、無功、電壓、電流等數(shù)據(jù)進行計算，不僅工作量大，而且往往由于統(tǒng)計表誤差、測量誤差、抄表人誤抄漏抄等因素，使得計算得到的線損與實際線損存在偏差，經(jīng)常還需要根據(jù)運行方式的變化調(diào)整配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。因此需要一種能直接調(diào)用配電網(wǎng)實時測量數(shù)據(jù)進行線損計算并將實時測量數(shù)據(jù)及線損顯示在頁面上的軟件。

近年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，SVG的出現(xiàn)為電力系統(tǒng)運行可視化圖形數(shù)據(jù)的web發(fā)布提供了一種開放性的解決方案。SVG是可伸縮矢量圖形的簡稱，它是一種使用XML來描述二維圖形及其應(yīng)用的語言。SVG內(nèi)置了對于JavaScript的支持，SVG圖像可以方便地由程序語言來動態(tài)生成。SVG所描述的矢量圖形具有可任意縮放、文件尺寸小、超前顯示效果等特點，基于XML的特性使得圖像可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)動態(tài)改變，并且實現(xiàn)起來簡單，響應(yīng)迅速，可以在數(shù)據(jù)實時變化的同時即時展現(xiàn)，實現(xiàn)實時信息發(fā)布。

基于矢量的圖形有SVG、GML、VML、Flash等，GML是表示實體的空間信息和屬性的編碼標(biāo)準(zhǔn)，但它并不支持直接顯示圖形，而VML和SVG是在表示圖形的矢量信息的同時加入了圖形的顯示信息，是顯示矢量圖形的兩種比較好的格式。相比之下，SVG本身是綜合了VML的優(yōu)點后推出的，它比VML具有更多的優(yōu)點，也有更廣闊的前景[2]。與Flash相比，F(xiàn)lash采用的SWF文件可編輯性較差，不提供對文本格式的支持，文本不能獨立于圖像而存在，因此無法建立類似于SVG的搜索功能。Flash是半公開的文件格式，與其它的開放標(biāo)準(zhǔn)之間沒有一個完全的融合方案，而SVG是文本格式，只要打開記事本便可對其進行修改，它是W3C制定的開放標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式，任何公司都可以參與對SVG標(biāo)準(zhǔn)的制定，從而使得這一標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué)和強大。

2 配網(wǎng)線損在線可視化計算軟件設(shè)計

通過應(yīng)用SVG來實現(xiàn)配電網(wǎng)線損在線可視化計算，一天24h的整點有功功率、無功功率數(shù)據(jù)由終端定時上傳到服務(wù)器存儲在數(shù)據(jù)庫，不必由人工抄錄，當(dāng)24h的數(shù)據(jù)全部存到數(shù)據(jù)庫后進行整天的線損計算，提供當(dāng)天的線損值和線損率，較準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的損耗水平。系統(tǒng)線損在線計算軟件框架如圖1所示，通過SVG編輯XML文件得到配電網(wǎng)一次接線圖，并將線路、設(shè)備參數(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫，然后對接線圖進行拓撲分析得出連接關(guān)系矩陣，也存放在數(shù)據(jù)庫里，調(diào)用線損計算子程序，讀取數(shù)據(jù)庫存儲的配電網(wǎng)功率及參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進行線損計算并顯示出來，實現(xiàn)線損在線可視化的功能。

圖1 線損在線計算軟件框圖

2.1 SVG配電網(wǎng)圖模一體化

圖模建模首先要設(shè)置設(shè)備圖元模型，設(shè)備圖元模型包括圖形屬性和應(yīng)用屬性，圖形屬性指設(shè)備在圖形系統(tǒng)中的幾何表示，應(yīng)用屬性為存儲在數(shù)據(jù)庫中供各種應(yīng)用使用的設(shè)備參數(shù)等信息。設(shè)備圖元建模即實現(xiàn)設(shè)備圖形屬性和應(yīng)用屬性的關(guān)聯(lián)統(tǒng)一。SVG標(biāo)準(zhǔn)通過預(yù)定義形狀的若干組合，在模形定義中實現(xiàn)圖形與設(shè)備對象的對應(yīng)。如SVG中對斷路器的描述如下：

＜symbol＞元素定義了圖形模版對象，供＜use＞元素通過實例化的方法引用。＜symbol＞元素擁有viewBox和preserveAspectRatio兩個屬性，可以在＜use＞元素引用時，對矩形視口進行縮放。＜g＞元素是一種容器元素，可以把相關(guān)的圖形元素組合起來內(nèi)定義的圖形。＜desc＞描述元素相當(dāng)于SVG文檔中的注釋，通過純文本來描述圖像的大概內(nèi)容。＜desc＞元素既沒有屬性，也沒有什么特殊的使用格式，只需用標(biāo)記名將文字括起來便可。viewBox="-11 -10 22 20"描述的是渲染的范圍，不是實際的范圍。①描述了兩條線；②描述了一個矩形；③描述了兩個圓形；斷路器就是由這幾個圖形組合起來的形狀。

當(dāng)要改變斷路器的開斷狀態(tài)時，只需改變節(jié)點的xlink：href屬性為對應(yīng)的本地UR（I'#'+符號的id）即可。例如：＜use xlink：href="#breaker_uc" x="477" y="126" width="18" height="75" class="kv220" id="7" /＞。這里定義的斷路器是斷開的，若要讓其閉合只要修改xlink：href屬性即：svgDoc.getElement ById('7').setAttribute('xlink：href','#breaker_c')，其中svgDoc是svg的文檔對象。

在SVG文檔中，每個文本節(jié)點（text）都設(shè)定一個Id值，刷新文本框內(nèi)容時，只需調(diào)用setData函數(shù)設(shè)定新的文本。例如：SVG文檔中有這么一個節(jié)點：＜text font-family="SimSun" font-size="12" fill="#FFFFFF" x="482" y="560" id="45"＞文本內(nèi)容＜/text＞?？捎靡韵翵avascript代碼更新文本內(nèi)容：svgDoc.getElementById ('45').firstChild.setData('新的文本內(nèi)容')。

2.2 拓撲連接關(guān)系矩陣的獲取

電氣元件間的連接線不會首尾相連，連接線的首和尾也不會連接在同一個圖形上，只有連接線的首點和末點才可以吸附圖形。每個電氣元件圖形形成一個區(qū)域如，斷路器的區(qū)域為外面框框所示。當(dāng)拖拽連接線的首點和末點時，實時判斷當(dāng)前的鼠標(biāo)坐標(biāo)是否在某個電氣圖元的區(qū)域內(nèi)，如果是，鼠標(biāo)的形狀變?yōu)閹нB接的錨點，此時松開鼠標(biāo)左鍵時，完成吸附操作。這個操作過程由連接線的Hook方法來實現(xiàn)，用Hook方法判斷當(dāng)前拖拽的連接線是首點還是末點，如果是首點，將連接線的源賦值為此圖形對象，并將此圖形對象的Id值賦予連接線的源Id，末點也是同樣的規(guī)則。整個網(wǎng)絡(luò)中圖元與圖元的連接關(guān)系放在＜g＞中，編輯時，對于某一電力設(shè)備的圖形和連接關(guān)系采用一定關(guān)聯(lián)關(guān)系的Id號。如下面這樣一個語句：＜polyline points="401 154 401 97" fill="none" sourceId="8" targetId="6" stroke="#808000" id="7" idAssoc="" /＞，表示連接線Id號為7，與連接線相連的首末節(jié)點Id號分別為8和6。

拓撲關(guān)系矩陣分析框圖如圖2所示，獲取連接關(guān)系矩陣時，根據(jù)Id號遍歷搜索結(jié)果將除文本框、母線、連接線外的圖形對象的Id存儲在哈希表中，連接線Id另外存儲為一數(shù)組。通過連接線Id找到與該連接線相連的首末節(jié)點Id，在連接關(guān)系矩陣中，將首節(jié)點對應(yīng)行及末節(jié)點對應(yīng)列的位置置1，其余置0，便得到了反映連接關(guān)系的矩陣。

圖2 拓撲關(guān)系矩陣分析框圖

哈希表（Hash map，也叫散列表），是根據(jù)關(guān)鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用一個下標(biāo)范圍比較大的數(shù)組來存儲元素，設(shè)計一個函數(shù)（哈希函數(shù)），使得每個元素的關(guān)鍵字都與這個函數(shù)值（即數(shù)組下標(biāo)）相對應(yīng)，并將這個元素存儲在這個數(shù)組單元。哈希表通過把關(guān)鍵碼值映射到表中一個位置來訪問記錄，能夠提供快速的插入操作和查找操作，因此將連接線外的Id存放在哈希表里，可迅速查找與連接線相連的首末節(jié)點Id號。hashcode是用來查找的，例如內(nèi)存中有這樣的位置：01234567，類的字段為Id號，則定義hashcode為Id值，將類存放在Id值那個位置，比如Id為3，則將該類存在3這個位置，如果Id是6，則將該類放在6這個位置，這樣，在查找該類時就可以直接找到存放的位置了。

2.3 實時信息顯示

線損計算中，沒有必要把大量的數(shù)據(jù)都放在SVG文件中，這樣只會使它變得臃腫，性能低下，而將數(shù)據(jù)由專門的數(shù)據(jù)庫保存，可減少SVG的處理運算。線損計算所需參數(shù)的數(shù)據(jù)庫存儲E-R圖如圖3所示，配電網(wǎng)一次接線圖建模時將線路參數(shù)及變壓器參數(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫，其中線路參數(shù)表存儲架空、電纜線路的線路長度、線路單位電阻及單位電抗，變壓器參數(shù)表存儲變壓器的編號、SN、UN、短路損耗、短路電壓百分比、空載損耗、空載電流百分比、終端安裝處等數(shù)據(jù)。連接關(guān)系表通過拓撲分析后存到數(shù)據(jù)庫，終端測量功率數(shù)據(jù)則從終端讀取存儲，終端測量功率表S存儲的是一天24h的數(shù)據(jù)。

圖3 數(shù)據(jù)庫線損計算參數(shù)E-R圖

由于數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫中，客戶端要實現(xiàn)將每小時的功率值更新顯示在頁面上或者進行線損計算都需要先與數(shù)據(jù)庫進行交互，提取相關(guān)數(shù)據(jù)，而SVG則僅做為數(shù)據(jù)的展現(xiàn)手段。此交互過程采用Ajax異步交互模式，Ajax并不是一項新的技術(shù)，而是集合了DOM、XML、JavaScript、XHTML、XSTL和XMLHttpReauest等技術(shù)的一種設(shè)計方式。

Ajax以“按需取數(shù)據(jù)”為原則，可以最大程度的減少冗余請求和響應(yīng)對服務(wù)器造成的負擔(dān)，無刷新更新頁面。當(dāng)要讀取數(shù)據(jù)時，Ajax使用XMLHttp Request對象發(fā)送請求并得到服務(wù)器響應(yīng)，在不重新載入整個頁面的情況下用Javascript操作DOM最終更新頁面。這樣不需要更新整個窗口就可以顯示新獲取的數(shù)據(jù)，只要來回傳送采用XML格式的數(shù)據(jù)，在瀏覽器里面運行的JavaScript代碼就可以與服務(wù)器進行聯(lián)系。執(zhí)行結(jié)果到達時，才會通知瀏覽器客戶端，使之能夠在合適的時間顯示執(zhí)行結(jié)果，JavaScript代碼還可以把樣式表加載到檢索到的數(shù)據(jù)上，然后在現(xiàn)有網(wǎng)頁的某個部分加以顯示。

實時信息顯示結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，整個過程主要由四部分組成，負責(zé)數(shù)據(jù)顯示的是SVG，負責(zé)數(shù)據(jù)存儲的是數(shù)據(jù)庫，中間起橋梁作用的是Ajax技術(shù)和服務(wù)器端程序。Ajax主要角色在于JavaScript事件觸發(fā)和響應(yīng)、發(fā)起異步通信請求、接收返回的數(shù)據(jù)并更新頁面內(nèi)容。

圖4 實時信息顯示結(jié)構(gòu)圖

首先由客戶端SVG發(fā)出請求，調(diào)用setInterval函數(shù)來執(zhí)行XMLHttpRequest函數(shù)進行異步交互。setInterval函數(shù)可以定時執(zhí)行發(fā)出請求，線損計算中一般采用一天24h整點數(shù)據(jù)，也只在每小時更新電表顯示數(shù)據(jù)，即一天只需要讀取24h的整點數(shù)據(jù)即可，因此不需要頻繁的發(fā)出數(shù)據(jù)請求，只需定時（如每十分鐘）讀取一次數(shù)據(jù)便可。服務(wù)器接收到請求后，判斷用戶行為（即是只讀取電表數(shù)據(jù)還是需要讀取與線損計算相關(guān)的所有數(shù)據(jù)），然后將響應(yīng)結(jié)果以 HTML/XHTML/XML形式封裝好。XMLHttpRequest檢測到服務(wù)器已將響應(yīng)結(jié)果打印出來，則將響應(yīng)結(jié)果以文本或者XML文檔形式返回。數(shù)據(jù)發(fā)回到客戶端后，JavaScript調(diào)用DOM進行數(shù)據(jù)解析與處理。數(shù)據(jù)處理完畢，則改變DOM樹，更新相應(yīng)的頁面內(nèi)容。

3 前推回代三相線損計算

配電網(wǎng)發(fā)展速度較快，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)常變化，且存在大量不對稱負荷和單相、兩相、三相線路混合供電模式，使得配電網(wǎng)的三相電壓、電流不對稱，無法使用對稱模型，同時對稱模型不易考慮單相變壓器移相。對配電系統(tǒng)如果像對待對稱系統(tǒng)那樣，只是單純按照理論中將對稱三相等同于單相進行計算，就會忽略很多由三相不對稱所引起的問題，因此必須計算三相的情形，也即要求對不對稱系統(tǒng)進行三相整體的建模計算。本文的線損計算采用前推回代潮流計算的方法，計算流程圖如圖5所示。

圖5 前推回代計算流程圖

首先根據(jù)廣度優(yōu)先搜索將網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點支路進行分層編號，再進行前推回代計算。前推過程中，首先根據(jù)配變終端量測的節(jié)點各相負荷的有功、無功功率計算支路電流，如果終端安裝在配變的高壓側(cè)，則直接利用采集上來的三相有功、無功功率計算負荷支路電流，如果安裝在配變的低壓側(cè)，則還要考慮變壓器的接線方式、損耗與移相等對計算負荷支路電流的影響。然后從各負荷支路開始向潮流的前方直到源點根據(jù)KCL計算各支路的電流分布。最后求出源點的三相電流?；卮^程中，由已知電源電壓和所求得的三相電流，從源點向各負荷節(jié)點根據(jù)KVL計算系統(tǒng)所有節(jié)點的三相電壓。每次迭代須按求得的各負荷節(jié)點電壓修正配電變壓器的損耗，由修正后的變壓器損耗和給定的負荷功率修正負荷支路電流。經(jīng)過反復(fù)迭代和修正，直到兩次迭代的三相各節(jié)點電壓差的絕對值均小于給定值。最后，利用計算收斂后的電流、電壓值和等值線路的阻抗、變壓器的阻抗和導(dǎo)納值計算出相應(yīng)的各支路損耗和變壓器損耗值。

4 實例應(yīng)用

本文以福建省石獅市古浮變菲寶線625線路為例，根據(jù)以上設(shè)計思想，預(yù)先布置好服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，模擬終端上傳至數(shù)據(jù)庫過程，實現(xiàn)客戶端實時顯示每個時間點的功率數(shù)據(jù)及計算顯示每天的線損率，表1為2009年8月1日至8月5日五天理論線損表。

表1 菲寶線2009年08月1-5日理論線損表

如圖6所示為2009年8月1日的顯示效果，每個小時的功率數(shù)據(jù)及時更新顯示在屏幕上，一天24h數(shù)據(jù)全部更新過后，計算當(dāng)天線損值并顯示。

圖6 菲寶線625系統(tǒng)實時顯示圖

5 結(jié)論

本文研究了基于SVG的配電網(wǎng)線損在線可視化計算，建立系統(tǒng)圖模一體化及實時在線顯示電表數(shù)據(jù)并進行線損計算，最后通過一個實例應(yīng)用來驗證該系統(tǒng)的可行性。SVG通過一定的配電網(wǎng)圖形描述格式，實現(xiàn)圖模一體的數(shù)據(jù)模型，能輕易地制作強大的動態(tài)交互。實現(xiàn)線損計算在線可視化功能，既減少了供電部門線損管理人員的工作量，而且避免了由于抄表人抄表不同時性等原因引起的線損計算誤差的出現(xiàn)，使得線損計算值更容易接近于電網(wǎng)的實際損耗值。

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