可視化電力系統(tǒng)計算軟件的開發(fā)

文 繪,韋慶寧,邱海平

（1.廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004；2.廣西電網(wǎng)公司梧州供電局，廣西梧州543002）

可視化電力系統(tǒng)計算軟件的開發(fā)

文 繪1,韋慶寧2,邱海平2

（1.廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004；2.廣西電網(wǎng)公司梧州供電局，廣西梧州543002）

為了開發(fā)界面盡可能友好的電力系統(tǒng)計算軟件，介紹了軟件可視化界面的開發(fā)方法和技巧，以MS-Visual C#2008.NET為平臺開發(fā)了可視化電力系統(tǒng)潮流計算軟件，以此為例說明該方法技巧能很好實現(xiàn)電力系統(tǒng)繪圖與計算。

可視化界面；電力系統(tǒng)計算軟件；潮流計算；MS-Visual C#2008.NET

電力系統(tǒng)計算軟件在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如BPA、EMTP、PSCAD/EMTDC、NETOMAC和 PSASP等[1]，它們功能強大，界面友好，但軟件系統(tǒng)龐大，操作復(fù)雜，可視化界面不足，學(xué)習(xí)、使用困難。我們吸收了這些軟件的優(yōu)點，同時針對其不足用MS-VisualC#2008.NET開發(fā)出一套完全面向?qū)ο蟮目梢暬绷饔嬎丬浖?，提出了開發(fā)可視化界面的一般方法。推而廣之，該方法可用來開發(fā)故障計算、穩(wěn)定計算等電力系統(tǒng)計算軟件的可視化界面。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)操作流程

系統(tǒng)操作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)操作流程圖

軟件系統(tǒng)在圖形導(dǎo)航下實現(xiàn)潮流計算，直接讀取IEEE格式的數(shù)據(jù)文件，生成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拓撲圖。IEEE數(shù)據(jù)不包含節(jié)點位置信息，系統(tǒng)在圖上平均分布各個節(jié)點繪制初始拓撲圖，生成拓撲圖后可人工對線路、節(jié)點、變壓器等圖形元件進行編輯，編輯圖元包括調(diào)整圖元位置和修改圖元潮流計算參數(shù)?；蛘呤謩永L制拓撲圖，雙擊圖元彈出參數(shù)設(shè)置窗口，設(shè)置潮流計算參數(shù)，即可進行潮流計算，計算結(jié)果顯示在圖元旁邊。系統(tǒng)能把拓撲圖存入硬盤，供以后讀取使用，亦可把圖元的潮流參數(shù)提取出來，將其保存為IEEE格式的數(shù)據(jù)文件。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

（1）開發(fā)平臺。系統(tǒng)以MS-Visual C#2008.NET為開發(fā)平臺，C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運行于.NET Framework之上的高級程序設(shè)計語言，微軟把其描述為一種簡單、現(xiàn)代、面向?qū)ο?、類型非常安全、派生于C/C++的編程語言，既具有C/C++的強大功能和靈活性，又剔除了C/C++的缺點，并增加了許多新功能，開發(fā)效率很高。C#集成了GDI+(Graphics Device Interface Plus)技術(shù)，它提供了一個接口，該接口允許編程人員編寫與文件、監(jiān)視器或打印機等圖形設(shè)備進行交互的圖形應(yīng)用程序。GDI+是程序和設(shè)備之間的第三組件，是程序與設(shè)備交換數(shù)據(jù)的橋梁，非常適合開發(fā)圖形界面。在GDI＋中，繪圖對象是由Graphics對象指定的，Graphics對象就好比繪畫所需要的紙張，在進行具體的繪圖工作之前得先創(chuàng)建一個Graphics對象，這個對象可以指向窗體、控件、打印機、預(yù)覽或者圖像，編程人員只管操作Graphics對象，就能實現(xiàn)圖形在設(shè)備上輸出，不必理會具體設(shè)備。

（2）圖元設(shè)計。為了準(zhǔn)確描述圖元，并對圖元進行操作，系統(tǒng)采用完全面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，把圖元封裝在類中，設(shè)計了一個基類，這是一個抽象類，圖元操作方法也都是抽象方法。系統(tǒng)有線路、節(jié)點、變壓器、接地支路、發(fā)電機、標(biāo)簽共6種圖元類，這些類均從基類繼承，添加該類特有的屬性和方法，在類中重寫方法代碼?；恈lsItem的聲明如下：

（3）數(shù)據(jù)存取。在可視化界面看到的是圖形，但在程序內(nèi)部表現(xiàn)形式是圖元的對象，這些圖元對象存儲在一個集合中，C#的集合操作功能強大，通過集合操作實現(xiàn)圖元增、刪、改、查找等操作。在基類和派生類前加上[Serializable]關(guān)鍵字，指示一個類可以序列化和反序列化，通過序列化和反序列化就能實現(xiàn)對象的存取，即實現(xiàn)拓撲圖存取。序列化是將對象轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流，而反序列化是將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為對象，利用它們能夠?qū)崿F(xiàn)圖元對象保存到文件或從文件中把對象讀取出來，而不必理會對象內(nèi)部屬性、方法等內(nèi)容的具體形式。

（4）繪制和擦除圖元。點擊工具欄圖元圖標(biāo)，然后在繪圖區(qū)按下鼠標(biāo)左鍵，即生成一個相應(yīng)的圖元對象，隨著鼠標(biāo)拖動圖元發(fā)生動態(tài)變化，其參數(shù)亦隨之變化，松開鼠標(biāo)后圖元繪制完畢。本系統(tǒng)的圖元，都是由一些簡單的圖形如線段、矩形、圓形和圓弧構(gòu)成，采用不同顏色繪圖或填充就能繪制出需要的圖元。擦除圖元和繪制圖元調(diào)用相同的函數(shù)，只是用背景色在原來位置重繪或重填充一次起到擦除目的，并不在內(nèi)存刪除相應(yīng)的圖元對象。

（5）橡皮筋繪圖。這是一種動態(tài)繪圖方法，是交互式繪圖過程中不可或缺的一種技術(shù)，它實現(xiàn)一種看似拉扯橡皮筋的繪圖效果。圖元一端固定之后，拉扯另一端可以隨意改變其方向和大小，直到這一端也固定在某個點上。使用這種方法能夠以一種直觀的形式描述繪制圖元中定位起點和終點之間的過程[2]。計算機不斷在屏幕上擦除舊圖元，然后在新位置上繪制圖元，因為計算機的繪圖速度很快，人眼就看到了拉扯橡皮筋的繪圖效果。

（6）選擇與取消選擇圖元。選擇元件有兩種方法，鼠標(biāo)左鍵單擊選定和拖動左鍵框選定。圖元被選中后，系統(tǒng)在它上面繪制數(shù)個填充的小矩形作為選中標(biāo)志。如圖2，左邊為圖元的選中狀態(tài)，右邊為未選中狀態(tài)。

圖2 圖元選中與未選中

以線段為例說明選擇圖元算法，如圖3。線段AB外一點C，過C作AB的垂線，垂足為E，若垂足在AB上，C至AB的最小距離為CE，否則，如點D與線段AB的關(guān)系，過D的垂線交AB的延長線于點F，則D與AB的最小距離為DA、DB中較小者。如點至線段的最小距離小于或等于容差（容差由系統(tǒng)設(shè)定），則認(rèn)為點在該線段附近，單擊鼠標(biāo)后圖元被選中，其選中屬性IsSelected=true，同時在圖元上繪制選中小矩形；若點至線段的最小距離大于容差則取消選中圖元，IsSelected=false，取消選中圖元是用背景色重新填充選擇小矩形，擦除選中標(biāo)志，這時要重繪該圖元，要不然圖元上就會因擦除了小矩形而出現(xiàn)斷點。拖動左鍵框選圖元，當(dāng)圖元的端點坐標(biāo)全部落在矩形框中，圖元被選中，有多個圖元落在框中，則多選圖元。如果圖元比較緊湊，像發(fā)電機、變壓器等，其主體繪制在一個相對較小的矩形內(nèi)，在此矩形內(nèi)部單擊鼠標(biāo)則選中圖元。

圖3 點在線段附近

（7）移動、旋轉(zhuǎn)、縮放圖元。以前要實現(xiàn)圖元移動、旋轉(zhuǎn)、縮放，都得自己寫函數(shù)，工作量大，調(diào)試、維護費時費力，現(xiàn)在GDI+提供了Matrix對象，通過設(shè)置Matrix對象的參數(shù)，就能實現(xiàn)圖元的平移、旋轉(zhuǎn)和縮。

（8）刪除、復(fù)制、剪切和粘貼圖元。刪除圖元就是擦除圖元后從內(nèi)存刪除相應(yīng)的圖元對象，復(fù)制圖元就是生成一個和源圖元一樣的目標(biāo)圖元對象，保存在內(nèi)存中，不繪制目標(biāo)圖元，剪切圖元就是復(fù)制后刪除圖元，粘貼圖元就是把復(fù)制或剪切的圖元在新的位置重繪。

（9）圖形漫游。拓撲圖很大超出屏幕時，拖動滾動條或用“抓手”抓住拓撲圖，把被遮掩的部分圖形拖出來，這是圖形漫游。在C#中用這樣的方法實現(xiàn)，拓撲圖繪制在控件PictureBox上，PictureBox的大小隨著拓撲上所有圖元端點坐標(biāo)的最大值變化，而PictureBox又在容器Panel上，設(shè)置Panel的AotuScroll屬性為True，當(dāng)PictureBox超越Panel的可見區(qū)域時就自動會出現(xiàn)滾動條，拖動滾動條就能看見拓撲圖被遮掩的部分。“抓手”拖動拓撲圖，實際就是用程序控制滾動條滾動，實現(xiàn)圖形漫游。

（10）圖形打印。繪制的拓撲圖要輸出至打印機，C#提供了PrintDocument控件，把畫布指向該控件，然后系統(tǒng)在此畫布上繪制集合中的圖元對象，得到與繪圖區(qū)一樣的拓撲圖，即能實現(xiàn)打印預(yù)覽，把圖形輸出至打印機。

（11）潮流計算。電力系統(tǒng)潮流計算，是電力系統(tǒng)計算中最基本的電氣計算，它的任務(wù)是根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行條件，求出整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)。其中包括各節(jié)點的電壓、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等，數(shù)學(xué)上屬于多元非線性代數(shù)方程組的求解問題。對于該類問題，通常采用牛頓法求解[1]。系統(tǒng)從集合中的圖元對象取出潮流計算用的參數(shù)，生成節(jié)點導(dǎo)納矩陣，然后調(diào)用牛頓法程序完成計算，再把計算結(jié)果賦給各圖元對象相應(yīng)屬性。

2 應(yīng)用實例

如圖4，讀入IEEE4節(jié)點數(shù)據(jù)，生成拓撲圖，線路阻抗、接地支路阻抗、變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比等參數(shù)默認(rèn)不顯示，可通過菜單將其顯示出來。拖拽調(diào)整好各節(jié)點位置，點擊計算，節(jié)點附近就會顯示該節(jié)點電壓和功率參數(shù)，更詳細的計算結(jié)果，可從菜單調(diào)出結(jié)果窗口，以列表形式顯示節(jié)點電壓、節(jié)點功率和線路潮流等數(shù)據(jù)。從文件菜單中點保存拓撲圖，圖上各對象被序列化存入硬盤得到圖形文件，點打印預(yù)覽，彈出打印預(yù)覽窗口，可把拓撲圖輸出至打印機。

圖4 IEEE4節(jié)點潮流計算

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的可視化電力系統(tǒng)潮流計算軟件，有著十分友好的人機界面，操作簡單，使用方便，用戶能夠根據(jù)自己的風(fēng)格，通過鍵盤和鼠標(biāo)配合操作搭建潮流計算模型。軟件能實現(xiàn)IEEE格式數(shù)據(jù)文件與圖形的相互轉(zhuǎn)換，又能保存和打印拓撲圖。軟件繪圖模塊完全面向?qū)ο?，移植性和通用性強，后期維護工作量少。通過基類可派生出新的圖元類，滿足其他繪圖需要，在圖元類中添加新的屬性和方法，就能實現(xiàn)電力系統(tǒng)其他方面的計算，如故障計算、穩(wěn)定計算等，有良好的擴充性。

[1]張志斌，李世作，文 繪.基于圖形界面的電力系統(tǒng)潮流軟件開發(fā)[J].汕頭大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，22(4)：19-23.

[2]黃志誠，韋 化，韋志煒.基于B/S模式的電力系統(tǒng)繪圖控件開發(fā)[J].廣西電力，2006，(2)：54-57.

[3]邵筆貴，袁榮湘，張海梁，等.面向?qū)ο蟮膱D形化故障計算軟件的開發(fā)[J].廣西電力，2005，(1)：13-17.

[4]周鳴揚，曾潔玫.GDI+程序設(shè)計實例[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[5]曹 錳，舒新峰.C#與ASP.NET程序設(shè)計[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.

Developmentof Power System Calculation Software based on Visible Interface

WENHui1,WEIQing-ning2,QIUHai-ping2
（1.College of Electrical Engineering,GuangxiUniversity,Nanning 530004,China;2.Wuzhou Power Supply Bureau ofGXPG,Wuzhou Guangxi543002,China）

In order to develop power system calculation softwarewith that interface is as far as possible friendly.This paper presentsmethods and skills to develop power system calculation softwarewith visible interface.Power flow calculation softwarewith visible interface has been developed by MS-Visual C#2008.NET,which confirms the proposed methods and skills have an adequate performance in power system drawing and calculating.

visible interface；power system calculation software；power flow calculation；MS-VisualC#2008.NE

TM 744;TP319

A

1672-545X（2010）09-0081-02

2010-06-26

文 繪（1980—），男，廣西玉林人，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)最優(yōu)運行與規(guī)劃。