王軒，程元，王蕊，馮維穎

（1.國(guó)網(wǎng)青海電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，青?！∥鲗帯?10000；2.武漢中元華電軟件有限公司，湖北　武漢　430223；3.武漢中元華電科技股份有限公司，湖北　武漢　430223）

電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王軒1，程元2，王蕊3，馮維穎2

（1.國(guó)網(wǎng)青海電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，青海西寧810000；2.武漢中元華電軟件有限公司，湖北武漢430223；3.武漢中元華電科技股份有限公司，湖北武漢430223）

在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地升級(jí)換代的同時(shí)，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中加入計(jì)算機(jī)技術(shù)也是一種趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)不斷的規(guī)?；?、智能化的轉(zhuǎn)變之后，自動(dòng)化電力系統(tǒng)的生產(chǎn)方式得到了人們的認(rèn)可，這種自動(dòng)化的機(jī)械裝置在使用中操作更加簡(jiǎn)單。論文中對(duì)于電力結(jié)構(gòu)的分析不斷的深入，加入了潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)建立計(jì)算機(jī)模型，構(gòu)建數(shù)值定于矩陣，再通過(guò)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，分析出電力系統(tǒng)的實(shí)際功能和相關(guān)的工作狀態(tài)，在此將著重討論電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

電力系統(tǒng)；潮流計(jì)算機(jī)；監(jiān)控管理

0　引言

計(jì)算電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式及各種故障運(yùn)行方式的潮流分布，稱為電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究和分析電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。無(wú)論是進(jìn)行電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，還是對(duì)各種運(yùn)行狀態(tài)的研究分析，都須進(jìn)行潮流計(jì)算。電力系統(tǒng)日常運(yùn)行中的潮流計(jì)算其實(shí)是對(duì)運(yùn)行方式的調(diào)整，從而制定合理的運(yùn)行方式。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個(gè)電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，包括各母線的電壓，各元件中流過(guò)的功率，電力網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段以及現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用潮流計(jì)算來(lái)定量地分析和比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。潮流計(jì)算的目標(biāo)是在約束條件下求取電力系統(tǒng)在給定狀態(tài)下的值，即節(jié)點(diǎn)電壓和導(dǎo)線功率分布，用以檢查系統(tǒng)各元件是否過(guò)負(fù)荷，各點(diǎn)電壓是否滿足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率損耗是否最小等。對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)建，對(duì)新的電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)以及對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析都是以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)的。

1　電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)實(shí)際算法

關(guān)于潮流技術(shù)節(jié)點(diǎn)的矩陣算法：

（1）PV節(jié)點(diǎn)：柱入有功功率P為給定值，電壓也保持在給定數(shù)值。

（2）PQ節(jié)點(diǎn)：諸如有功功率和無(wú)功功率是給定的。

（3）平衡節(jié)點(diǎn)：用來(lái)平衡全電網(wǎng)的功率。選一容量足夠大的發(fā)電機(jī)擔(dān)任平衡全電網(wǎng)功率的職責(zé)。平衡節(jié)點(diǎn)的電壓大小與相位是給定的，通常以它的相角為參考量，即取其電壓相角為0。一個(gè)獨(dú)立的電力網(wǎng)中只設(shè)一個(gè)平衡點(diǎn)。計(jì)算模型基本步驟：①形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；②將各節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)初值U；③將節(jié)點(diǎn)初值代入相關(guān)求式，求出修正方程式的常數(shù)項(xiàng)向量；④將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入求式，求出雅可比矩陣元素。

2　計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)控技術(shù)的提高也因此成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的一項(xiàng)非常有意義的目標(biāo)。以往科技還未達(dá)到一定程度的時(shí)候，我們采用手動(dòng)的方法監(jiān)控儀器儀表，這種方法不僅耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而且精度低，人為的變動(dòng)性是很大的，所以往往會(huì)在一些不必要的地方出現(xiàn)錯(cuò)誤，為接下來(lái)的工作造成困擾，用人力監(jiān)控機(jī)器基表還是一件耗費(fèi)勞動(dòng)力的行為，是儀器儀表的成本相應(yīng)的提高，總之是各種不便，各種缺陷，在科技如此發(fā)達(dá)的當(dāng)今此種方法早已不再適用。

計(jì)算機(jī)潮流監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使儀器儀表監(jiān)控的機(jī)械化成為可能，使用電腦智能化監(jiān)控技術(shù)不僅大大節(jié)省了勞動(dòng)力，而且提高的監(jiān)測(cè)的效率與準(zhǔn)確性，為接下來(lái)的工作提供了極大的便利，種種優(yōu)勢(shì)讓我們對(duì)電腦智能化監(jiān)控?zé)o法拒絕，我們當(dāng)然要一如既往地支持電腦智能化監(jiān)測(cè)的發(fā)展，使它更好地為當(dāng)今科技的發(fā)展服務(wù)。

一直以來(lái)，對(duì)于電力系統(tǒng)的監(jiān)控來(lái)講，不同的設(shè)備需要不同的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，那么也就給廣大的軟件開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了難題：當(dāng)儀表硬件升級(jí)后，舊的測(cè)試系統(tǒng)將不再適用監(jiān)控，必須再編寫(xiě)新的測(cè)試程序以適應(yīng)變化，但實(shí)際上新的測(cè)試程序與先前的在內(nèi)容上并未體現(xiàn)太大的差異。不同的儀器儀表按照不同的指令集進(jìn)行各自的工作，而沒(méi)有一種簡(jiǎn)單的、標(biāo)準(zhǔn)的電力協(xié)議來(lái)統(tǒng)一組織這項(xiàng)工作。測(cè)試開(kāi)發(fā)人員也曾想到設(shè)計(jì)新型測(cè)試系統(tǒng)對(duì)儀表進(jìn)行規(guī)整化的監(jiān)控，從而簡(jiǎn)化編程、節(jié)省財(cái)力物力，隨之也嘗試開(kāi)發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)儀器化命令、公用系統(tǒng)軟件框架等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)簡(jiǎn)化了操作，節(jié)省了時(shí)間與資源，但是在軟件的性能上確實(shí)存在著較大問(wèn)題。因?yàn)椴煌膬x表之間必然存在著差異，有些差異之間可以相互協(xié)調(diào)，但有些儀器其不同于其他儀器的特性是難以與其他儀表協(xié)調(diào)的，是必須存在的，否則一起將不能正常工作，所以僅僅將測(cè)試統(tǒng)一化，勢(shì)必會(huì)影響到儀器的性能，阻礙之后的工作。由此測(cè)試及測(cè)量工業(yè)逐漸研究出計(jì)算機(jī)潮流監(jiān)控，以平衡這兩方面的不足。該基礎(chǔ)上的儀器驅(qū)動(dòng)軟件標(biāo)準(zhǔn)在早期基于VXIplug&play和SCPI規(guī)范，后又加入新特性，考慮了測(cè)試軟件的系統(tǒng)性能、靈活性和儀器的互換性等方面進(jìn)行改進(jìn)，將之前兩種測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)集于一身，形成了當(dāng)今基于計(jì)算機(jī)潮流監(jiān)控的儀器儀表自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

3　電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

電力系統(tǒng)潮流將儀器分為五類，即示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、直流電源和開(kāi)關(guān)。它們分別有各自的定義和接口，為了適應(yīng)每種儀器的性能，潮流監(jiān)控使每種儀器都具有各自的基本功能及擴(kuò)展功能組，且各功能組都定義了其專屬的函數(shù)C原形，對(duì)各自參數(shù)設(shè)置了傳遞方式和返回值。對(duì)于類型和值域也進(jìn)行了具體的定義。潮流監(jiān)控的產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)執(zhí)行工作的效率以及開(kāi)發(fā)軟件的時(shí)間，大大提高了測(cè)試系統(tǒng)的性能，同時(shí)消除命令冗余，提高技術(shù)性能?？苫Q虛擬技術(shù)的眾多特點(diǎn)使它大大優(yōu)于其他測(cè)試技術(shù)，滿足了儀器儀表的監(jiān)控的各種要求。以往的電力測(cè)試系統(tǒng)往往要根據(jù)硬件的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，給程序開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了大量的工作量，而可互換虛擬技術(shù)由于結(jié)合了互換性與靈活性，終于做到了測(cè)試程序與硬件無(wú)關(guān)的地步，即在硬件更換或更新的情況下不會(huì)影響測(cè)試軟件的程序代碼，仍可沿用之前的程序代碼進(jìn)行測(cè)試，這樣便提高了測(cè)試代碼的重用性，并且也提高了測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)程度。其次，通過(guò)狀態(tài)緩沖，將儀器上次工作的狀態(tài)儲(chǔ)存到系統(tǒng)中，下次啟動(dòng)儀表時(shí)自動(dòng)進(jìn)入上次的狀態(tài)，從而改善測(cè)試性能。在潮流監(jiān)控屬性模型中，由于自動(dòng)緩沖技術(shù)，驅(qū)動(dòng)器能夠自主地對(duì)儀器的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行緩沖，并且各自的工作狀況相互獨(dú)立，互不影響。每個(gè)儀器命令僅影響那些為特定測(cè)量而必須改變的儀器屬性，對(duì)于共性的部分不進(jìn)行任何改變，節(jié)省了冗余也極大地縮短測(cè)試時(shí)間，當(dāng)然體改效率的同時(shí)也更大程度的降低測(cè)試成本。第四，通過(guò)仿真，將不存在的環(huán)境進(jìn)行模仿，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行工作、計(jì)算，這樣即可使原本復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化，使問(wèn)題更容易解決，也節(jié)省了不必要的開(kāi)支，降低成本，讓所進(jìn)行的工作更經(jīng)濟(jì)。利用潮流監(jiān)控儀器驅(qū)動(dòng)器的仿真功能，就可以在儀器還不能用的條件下，提現(xiàn)進(jìn)行工作，輸入所需參數(shù)來(lái)仿真特定的環(huán)境，通過(guò)計(jì)算機(jī)潮流監(jiān)控創(chuàng)造理想的虛擬環(huán)境，處理所有輸入?yún)?shù)，完善各種條件，這樣方便進(jìn)行越界檢查和越界處理，最后返回仿真數(shù)據(jù)。

4　電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)的使用模式

開(kāi)放式自動(dòng)系統(tǒng)能夠在不同的ATS內(nèi)部共享，甚至于和其它別的系統(tǒng)之間共享。ViSA和VIV技術(shù)在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中得到了運(yùn)用，這個(gè)部分將潮流監(jiān)控和非潮流監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行比較，分別測(cè)試。

系統(tǒng)測(cè)試大致過(guò)程為：將計(jì)算機(jī)與儀器相互連接，然后采用不同的驅(qū)動(dòng)儀器，最后用相應(yīng)程序?qū)ζ溥M(jìn)行測(cè)試，填寫(xiě)指令。將監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行記錄，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，測(cè)出故障，可進(jìn)行故障診斷。注意在開(kāi)始之前機(jī)器需要預(yù)熱，進(jìn)行好充分的前期準(zhǔn)備工作，然后進(jìn)行VISA測(cè)試，潮流監(jiān)控測(cè)試，然后將儀器型號(hào)查詢，記錄測(cè)試結(jié)果，將其存儲(chǔ)并進(jìn)行檢查，看是否有故障出現(xiàn)。然后將結(jié)果打印出來(lái)任務(wù)結(jié)束之后，要確認(rèn)是否全部完成，完全完成之后次啊能能夠退出系統(tǒng)。以上就是測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試運(yùn)行當(dāng)中的基本流程，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)，功能完全實(shí)用。

我們知道對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)需要從被檢定的儀器儀表上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析等等，而這一任務(wù)則是需要主控計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI-GPIB卡萊完成，所以本系統(tǒng)的硬件組成就包括以下三個(gè)方面：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PCI-GPIB卡和被檢定儀器儀表。

對(duì)于目前最流行的軟件操作及控制平臺(tái)都適用方便又快捷；對(duì)于當(dāng)前一般的編程語(yǔ)言也都支持，包括VB，C，C#，VC，Delphi等；這種總線使用時(shí)不必進(jìn)行其他操作，具有即插即用的便捷特點(diǎn)。開(kāi)啟系統(tǒng)后，首先進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的安裝，在安裝驅(qū)動(dòng)之后，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)識(shí)別接口卡。在電腦上的PCI插槽內(nèi)插入PCI-GPIB卡，之后用螺絲釘擰緊，使其穩(wěn)固，之后再安裝PCI-GPIB卡的驅(qū)動(dòng)程序，其上工序完成后，隨即便可使用。通過(guò)GPIB電纜GPIB卡即可與儀器進(jìn)行連5結(jié)束語(yǔ)

接。在PCI-GPIB卡驅(qū)動(dòng)程序的驅(qū)動(dòng)光盤(pán)或安裝目錄文件夾內(nèi)，都將看到ESGPIB.dll文件和ESGPIB.lib文件，這兩個(gè)文件是GPIB卡的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，起到非常重要的作用，因?yàn)殛P(guān)于GPIB卡的控制函數(shù)全部都將封裝到里面。這兩個(gè)文件用于程序的編程和設(shè)計(jì)。在進(jìn)行軟件編程時(shí)，我們只須加載這兩個(gè)文件，加載后便可以任意地對(duì)GPIB卡進(jìn)行操作而不用對(duì)其他文件再次進(jìn)行加載或操作。測(cè)試任務(wù)開(kāi)始之前，在電腦的PCI主槽上將其插入，這樣它就可以通過(guò)GPIB電纜與測(cè)量?jī)x器連接。用戶將指令和控制命令輸入系統(tǒng)，這樣總線所發(fā)出的指令就可以通過(guò)GPIB接口傳入監(jiān)控儀器，同時(shí)也可以接受來(lái)自儀器的反饋信息和監(jiān)控報(bào)告，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。此時(shí)，接口卡便在此過(guò)程中充當(dāng)了讀者講者及控者的角色。

本文基于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)的研發(fā)背景和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程作出了討論，探討了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)和各種功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、系統(tǒng)安全技術(shù)，避免了系統(tǒng)分析描述方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的脫節(jié)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的集中顯示和對(duì)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)不同需求進(jìn)行控制的需要系統(tǒng)在對(duì)電力系統(tǒng)潮流的優(yōu)化和控制方面還需要進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)完全的計(jì)算機(jī)潮流監(jiān)控運(yùn)行是下一目標(biāo)。

［1］江曉東.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程［J］.電了測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2005，1.

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TP39

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.047

1002-6673（2015）01-131-03

2014-10-18

王軒（1985-），男，青海同仁人，學(xué)士，工程師。主要研究智能電網(wǎng)系統(tǒng)分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)；程元（1985-），男，湖北武漢人，學(xué)士，工程師。主要研究電力系統(tǒng)分析和高級(jí)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。