電力系統潮流計算機監控管理系統的設計與實現

王軒，程元，王蕊，馮維穎

（1.國網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）

電力系統潮流計算機監控管理系統的設計與實現

王軒1，程元2，王蕊3，馮維穎2

（1.國網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，在現代電力系統中加入計算機技術也是一種趨勢，通過對電力系統不斷的規?；?、智能化的轉變之后，自動化電力系統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控系統，通過建立計算機模型，構建數值定于矩陣，再通過節點的轉換，分析出電力系統的實際功能和相關的工作狀態，在此將著重討論電力系統潮流計算機監控管理系統設計與實現。

電力系統；潮流計算機；監控管理

0　引言

計算電力系統在正常運行方式及各種故障運行方式的潮流分布，稱為電力系統潮流計算，電力系統潮流計算是研究和分析電力系統的基礎。無論是進行電力系統的規劃設計，還是對各種運行狀態的研究分析，都須進行潮流計算。電力系統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。電力系統潮流計算根據給定的運行條件及系統接線情況確定整個電力系統各部分的運行狀態，包括各母線的電壓，各元件中流過的功率，電力網絡的功率損耗等等。在電力系統規劃階段以及現有電力系統運行方式的研究中，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、可靠性和經濟性。潮流計算的目標是在約束條件下求取電力系統在給定狀態下的值，即節點電壓和導線功率分布，用以檢查系統各元件是否過負荷，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。對現有電力系統的運行和擴建，對新的電力系統進行規劃設計以及對電力系統進行靜態和暫態穩定分析都是以潮流計算為基礎的。

1　電力系統潮流計算機實際算法

關于潮流技術節點的矩陣算法：

（1）PV節點：柱入有功功率P為給定值，電壓也保持在給定數值。

（2）PQ節點：諸如有功功率和無功功率是給定的。

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

2　計算機監控管理系統的設計

監控技術的提高也因此成為了現代科技發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錯誤，為接下來的工作造成困擾，用人力監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，在科技如此發達的當今此種方法早已不再適用。

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

一直以來，對于電力系統的監控來講，不同的設備需要不同的測試系統來對其進行監控，那么也就給廣大的軟件開發人員帶來了難題：當儀表硬件升級后，舊的測試系統將不再適用監控，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、標準的電力協議來統一組織這項工作。測試開發人員也曾想到設計新型測試系統對儀表進行規整化的監控，從而簡化編程、節省財力物力，隨之也嘗試開發了標準儀器化命令、公用系統軟件框架等標準。這些標準確實簡化了操作，節省了時間與資源，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逐漸研究出計算機潮流監控，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規范，后又加入新特性，考慮了測試軟件的系統性能、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的優點集于一身，形成了當今基于計算機潮流監控的儀器儀表自動監控系統。

3　電力系統潮流計算機監控的實現

電力系統潮流將儀器分為五類，即示波器、數字萬用表、函數發生器、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C原形，對各自參數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。潮流監控的產生，提高了系統執行工作的效率以及開發軟件的時間，大大提高了測試系統的性能，同時消除命令冗余，提高技術性能?？苫Q虛擬技術的眾多特點使它大大優于其他測試技術，滿足了儀器儀表的監控的各種要求。以往的電力測試系統往往要根據硬件的特點進行相應的調整，給程序開發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的標準程度。其次，通過狀態緩沖，將儀器上次工作的狀態儲存到系統中，下次啟動儀表時自動進入上次的狀態，從而改善測試性能。在潮流監控屬性模型中，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，將不存在的環境進行模仿，在虛擬環境中進行工作、計算，這樣即可使原本復雜的問題簡化，使問題更容易解決，也節省了不必要的開支，降低成本，讓所進行的工作更經濟。利用潮流監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，提現進行工作，輸入所需參數來仿真特定的環境，通過計算機潮流監控創造理想的虛擬環境，處理所有輸入參數，完善各種條件，這樣方便進行越界檢查和越界處理，最后返回仿真數據。

4　電力系統潮流計算機監控管理系統的使用模式

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

系統測試大致過程為：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。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。以上就是測試系統在測試運行當中的基本流程，在這個過程當中，系統應當保持穩定，運行平穩，功能完全實用。

我們知道對于系統來說需要從被檢定的儀器儀表上進行數據采集和分析等等，而這一任務則是需要主控計算機通過PCI-GPIB卡萊完成，所以本系統的硬件組成就包括以下三個方面：工業控制計算機、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。開啟系統后，首先進行驅動的安裝，在安裝驅動之后，系統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，這樣總線所發出的指令就可以通過GPIB接口傳入監控儀器，同時也可以接受來自儀器的反饋信息和監控報告，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。

本文基于電力系統潮流計算機監控管理系統的研發背景和設計實現過程作出了討論，探討了系統的實現技術，包括數據庫動態鏈接技術和各種功能的實現技術、系統安全技術，避免了系統分析描述方法與實現技術的脫節問題。實現了電力系統大量數據的集中顯示和對運行過程中根據不同需求進行控制的需要系統在對電力系統潮流的優化和控制方面還需要進一步提高，實現電力系統完全的計算機潮流監控運行是下一目標。

［1］江曉東.計算機網絡實用教程［J］.電了測量與儀器學報，2005，1.

［2］謝謙，等.監控組態軟件及其應用［M］.電子工業出版社，2003，5.

［3］嚴蔚敏，吳偉民.數據結構［M］.清華大學出版社，1992，13.

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