電力系統(tǒng)潮流計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王軒，程元，王蕊，馮維穎

（1.國網(wǎng)青海電力科學試驗研究院，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)潮流計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王軒1，程元2，王蕊3，馮維穎2

（1.國網(wǎng)青海電力科學試驗研究院，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）

在計算機技術不斷地升級換代的同時，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中加入計算機技術也是一種趨勢，通過對電力系統(tǒng)不斷的規(guī)模化、智能化的轉變之后，自動化電力系統(tǒng)的生產方式得到了人們的認可，這種自動化的機械裝置在使用中操作更加簡單。論文中對于電力結構的分析不斷的深入，加入了潮流計算機監(jiān)控系統(tǒng)，通過建立計算機模型，構建數(shù)值定于矩陣，再通過節(jié)點的轉換，分析出電力系統(tǒng)的實際功能和相關的工作狀態(tài)，在此將著重討論電力系統(tǒng)潮流計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。

電力系統(tǒng)；潮流計算機；監(jiān)控管理

0　引言

計算電力系統(tǒng)在正常運行方式及各種故障運行方式的潮流分布，稱為電力系統(tǒng)潮流計算，電力系統(tǒng)潮流計算是研究和分析電力系統(tǒng)的基礎。無論是進行電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計，還是對各種運行狀態(tài)的研究分析，都須進行潮流計算。電力系統(tǒng)日常運行中的潮流計算其實是對運行方式的調整，從而制定合理的運行方式。電力系統(tǒng)潮流計算根據(jù)給定的運行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)，包括各母線的電壓，各元件中流過的功率，電力網(wǎng)絡的功率損耗等等。在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段以及現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行方式的研究中，都需要利用潮流計算來定量地分析和比較供電方案或運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟性。潮流計算的目標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)點電壓和導線功率分布，用以檢查系統(tǒng)各元件是否過負荷，各點電壓是否滿足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率損耗是否最小等。對現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運行和擴建，對新的電力系統(tǒng)進行規(guī)劃設計以及對電力系統(tǒng)進行靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析都是以潮流計算為基礎的。

1　電力系統(tǒng)潮流計算機實際算法

關于潮流技術節(jié)點的矩陣算法：

（1）PV節(jié)點：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：諸如有功功率和無功功率是給定的。

（3）平衡節(jié)點：用來平衡全電網(wǎng)的功率。選一容量足夠大的發(fā)電機擔任平衡全電網(wǎng)功率的職責。平衡節(jié)點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。一個獨立的電力網(wǎng)中只設一個平衡點。計算模型基本步驟：①形成節(jié)點導納矩陣；②將各節(jié)點電壓設初值U；③將節(jié)點初值代入相關求式，求出修正方程式的常數(shù)項向量；④將節(jié)點電壓初值代入求式，求出雅可比矩陣元素。

2　計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計

監(jiān)控技術的提高也因此成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的一項非常有意義的目標。以往科技還未達到一定程度的時候，我們采用手動的方法監(jiān)控儀器儀表，這種方法不僅耗費時間長，而且精度低，人為的變動性是很大的，所以往往會在一些不必要的地方出現(xiàn)錯誤，為接下來的工作造成困擾，用人力監(jiān)控機器基表還是一件耗費勞動力的行為，是儀器儀表的成本相應的提高，總之是各種不便，各種缺陷，在科技如此發(fā)達的當今此種方法早已不再適用。

計算機潮流監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使儀器儀表監(jiān)控的機械化成為可能，使用電腦智能化監(jiān)控技術不僅大大節(jié)省了勞動力，而且提高的監(jiān)測的效率與準確性，為接下來的工作提供了極大的便利，種種優(yōu)勢讓我們對電腦智能化監(jiān)控無法拒絕，我們當然要一如既往地支持電腦智能化監(jiān)測的發(fā)展，使它更好地為當今科技的發(fā)展服務。

一直以來，對于電力系統(tǒng)的監(jiān)控來講，不同的設備需要不同的測試系統(tǒng)來對其進行監(jiān)控，那么也就給廣大的軟件開發(fā)人員帶來了難題：當儀表硬件升級后，舊的測試系統(tǒng)將不再適用監(jiān)控，必須再編寫新的測試程序以適應變化，但實際上新的測試程序與先前的在內容上并未體現(xiàn)太大的差異。不同的儀器儀表按照不同的指令集進行各自的工作，而沒有一種簡單的、標準的電力協(xié)議來統(tǒng)一組織這項工作。測試開發(fā)人員也曾想到設計新型測試系統(tǒng)對儀表進行規(guī)整化的監(jiān)控，從而簡化編程、節(jié)省財力物力，隨之也嘗試開發(fā)了標準儀器化命令、公用系統(tǒng)軟件框架等標準。這些標準確實簡化了操作，節(jié)省了時間與資源，但是在軟件的性能上確實存在著較大問題。因為不同的儀表之間必然存在著差異，有些差異之間可以相互協(xié)調，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)調的，是必須存在的，否則一起將不能正常工作，所以僅僅將測試統(tǒng)一化，勢必會影響到儀器的性能，阻礙之后的工作。由此測試及測量工業(yè)逐漸研究出計算機潮流監(jiān)控，以平衡這兩方面的不足。該基礎上的儀器驅動軟件標準在早期基于VXIplug&play和SCPI規(guī)范，后又加入新特性，考慮了測試軟件的系統(tǒng)性能、靈活性和儀器的互換性等方面進行改進，將之前兩種測試系統(tǒng)的優(yōu)點集于一身，形成了當今基于計算機潮流監(jiān)控的儀器儀表自動監(jiān)控系統(tǒng)。

3　電力系統(tǒng)潮流計算機監(jiān)控的實現(xiàn)

電力系統(tǒng)潮流將儀器分為五類，即示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、直流電源和開關。它們分別有各自的定義和接口，為了適應每種儀器的性能，潮流監(jiān)控使每種儀器都具有各自的基本功能及擴展功能組，且各功能組都定義了其專屬的函數(shù)C原形，對各自參數(shù)設置了傳遞方式和返回值。對于類型和值域也進行了具體的定義。潮流監(jiān)控的產生，提高了系統(tǒng)執(zhí)行工作的效率以及開發(fā)軟件的時間，大大提高了測試系統(tǒng)的性能，同時消除命令冗余，提高技術性能。可互換虛擬技術的眾多特點使它大大優(yōu)于其他測試技術，滿足了儀器儀表的監(jiān)控的各種要求。以往的電力測試系統(tǒng)往往要根據(jù)硬件的特點進行相應的調整，給程序開發(fā)人員帶來了大量的工作量，而可互換虛擬技術由于結合了互換性與靈活性，終于做到了測試程序與硬件無關的地步，即在硬件更換或更新的情況下不會影響測試軟件的程序代碼，仍可沿用之前的程序代碼進行測試，這樣便提高了測試代碼的重用性，并且也提高了測試系統(tǒng)的標準程度。其次，通過狀態(tài)緩沖，將儀器上次工作的狀態(tài)儲存到系統(tǒng)中，下次啟動儀表時自動進入上次的狀態(tài)，從而改善測試性能。在潮流監(jiān)控屬性模型中，由于自動緩沖技術，驅動器能夠自主地對儀器的當前狀態(tài)進行緩沖，并且各自的工作狀況相互獨立，互不影響。每個儀器命令僅影響那些為特定測量而必須改變的儀器屬性，對于共性的部分不進行任何改變，節(jié)省了冗余也極大地縮短測試時間，當然體改效率的同時也更大程度的降低測試成本。第四，通過仿真，將不存在的環(huán)境進行模仿，在虛擬環(huán)境中進行工作、計算，這樣即可使原本復雜的問題簡化，使問題更容易解決，也節(jié)省了不必要的開支，降低成本，讓所進行的工作更經(jīng)濟。利用潮流監(jiān)控儀器驅動器的仿真功能，就可以在儀器還不能用的條件下，提現(xiàn)進行工作，輸入所需參數(shù)來仿真特定的環(huán)境，通過計算機潮流監(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)潮流計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)的使用模式

開放式自動系統(tǒng)能夠在不同的ATS內部共享，甚至于和其它別的系統(tǒng)之間共享。ViSA和VIV技術在這個系統(tǒng)當中得到了運用，這個部分將潮流監(jiān)控和非潮流監(jiān)控系統(tǒng)進行比較，分別測試。

系統(tǒng)測試大致過程為：將計算機與儀器相互連接，然后采用不同的驅動儀器，最后用相應程序對其進行測試，填寫指令。將監(jiān)控結果進行記錄，然后對結果進行相關分析，測出故障，可進行故障診斷。注意在開始之前機器需要預熱，進行好充分的前期準備工作，然后進行VISA測試，潮流監(jiān)控測試，然后將儀器型號查詢，記錄測試結果，將其存儲并進行檢查，看是否有故障出現(xiàn)。然后將結果打印出來任務結束之后，要確認是否全部完成，完全完成之后次啊能能夠退出系統(tǒng)。以上就是測試系統(tǒng)在測試運行當中的基本流程，在這個過程當中，系統(tǒng)應當保持穩(wěn)定，運行平穩(wěn)，功能完全實用。

我們知道對于系統(tǒng)來說需要從被檢定的儀器儀表上進行數(shù)據(jù)采集和分析等等，而這一任務則是需要主控計算機通過PCI-GPIB卡萊完成，所以本系統(tǒng)的硬件組成就包括以下三個方面：工業(yè)控制計算機、PCI-GPIB卡和被檢定儀器儀表。

對于目前最流行的軟件操作及控制平臺都適用方便又快捷；對于當前一般的編程語言也都支持，包括VB，C，C#，VC，Delphi等；這種總線使用時不必進行其他操作，具有即插即用的便捷特點。開啟系統(tǒng)后，首先進行驅動的安裝，在安裝驅動之后，系統(tǒng)則會自動識別接口卡。在電腦上的PCI插槽內插入PCI-GPIB卡，之后用螺絲釘擰緊，使其穩(wěn)固，之后再安裝PCI-GPIB卡的驅動程序，其上工序完成后，隨即便可使用。通過GPIB電纜GPIB卡即可與儀器進行連5結束語

接。在PCI-GPIB卡驅動程序的驅動光盤或安裝目錄文件夾內，都將看到ESGPIB.dll文件和ESGPIB.lib文件，這兩個文件是GPIB卡的動態(tài)鏈接庫文件，起到非常重要的作用，因為關于GPIB卡的控制函數(shù)全部都將封裝到里面。這兩個文件用于程序的編程和設計。在進行軟件編程時，我們只須加載這兩個文件，加載后便可以任意地對GPIB卡進行操作而不用對其他文件再次進行加載或操作。測試任務開始之前，在電腦的PCI主槽上將其插入，這樣它就可以通過GPIB電纜與測量儀器連接。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GPIB接口傳入監(jiān)控儀器，同時也可以接受來自儀器的反饋信息和監(jiān)控報告，并對結果進行處理。此時，接口卡便在此過程中充當了讀者講者及控者的角色。

本文基于電力系統(tǒng)潮流計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)的研發(fā)背景和設計實現(xiàn)過程作出了討論，探討了系統(tǒng)的實現(xiàn)技術，包括數(shù)據(jù)庫動態(tài)鏈接技術和各種功能的實現(xiàn)技術、系統(tǒng)安全技術，避免了系統(tǒng)分析描述方法與實現(xiàn)技術的脫節(jié)問題。實現(xiàn)了電力系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的集中顯示和對運行過程中根據(jù)不同需求進行控制的需要系統(tǒng)在對電力系統(tǒng)潮流的優(yōu)化和控制方面還需要進一步提高，實現(xiàn)電力系統(tǒng)完全的計算機潮流監(jiān)控運行是下一目標。

［1］江曉東.計算機網(wǎng)絡實用教程［J］.電了測量與儀器學報，2005，1.

［2］謝謙，等.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用［M］.電子工業(yè)出版社，2003，5.

［3］嚴蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結構［M］.清華大學出版社，1992，13.

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，學士，工程師。主要研究智能電網(wǎng)系統(tǒng)分析和規(guī)劃設計；程元（1985-），男，湖北武漢人，學士，工程師。主要研究電力系統(tǒng)分析和高級應用軟件開發(fā)。