基于Cordova的電力工程輔助計算工具包設計與研究

王善立，覃丹，邢少霞，周航，張佳藝

（海南電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)規(guī)劃設計研究中心，海南 ?？?570203）

0 引 言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的用電量猛增，如何提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電能消耗，提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性是一個很重要的研究方向。無功功率的傳送會引起有功功率和電壓的損耗，面對這種情況，最重要的方法就是優(yōu)化并合理補償電力系統(tǒng)無功功率。如果對無功電源進行合理配置并補償無功負荷，便能使得電壓穩(wěn)定以及整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而有效降低網(wǎng)損。

在實際工作中，各種電力計算工具多而雜，沒有統(tǒng)一入口。無功補償計算也非常煩瑣，用以計算的參數(shù)多，計算模型較為復雜，通常采用Excel進行計算，這種傳統(tǒng)計算模式在變電一次設計校審環(huán)節(jié)、無功補償配置核算等實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中較費時費力，工作效率較低。本文利用信息化手段，基于Cordova移動框架，研發(fā)快速計算變電站無功損耗的工具，通過建立主變參數(shù)庫，建立變壓器無功損耗計算模型，形成電力工程計算輔助計算工具包。本工具的設計，基本滿足電網(wǎng)規(guī)劃部門計算變電站無功平衡的要求。

1 研發(fā)框架選擇

近些年互聯(lián)網(wǎng)以及移動平臺的普及，一些跨平臺的工具也隨之而來，比較主流的有Apache Cordava、Titanium、XMLVM等等，它們在實現(xiàn)的原理上以及支持的功能、運行效果、執(zhí)行效果都不太一樣。

本工具包選用的框架是Cordova，這是一個開源、移動的開發(fā)框架，通過使用標準的Web技術，例如HTML5，CSS3和JavaScript，完成跨平臺的移動應用開發(fā)，可以“一次編譯，到處執(zhí)行”，其優(yōu)勢顯而易見。Cordova提供了豐富的插件，插件里可調(diào)用移動操作系統(tǒng)的API，通過JavaScript調(diào)用原生代碼，便于其他工具的集成。此框架也更容易讓研發(fā)上手，可構建UI界面，讓用戶擁有良好的交互體驗。也正因為以上優(yōu)點，故將其作為本工具包研發(fā)的開發(fā)框架。

2 系統(tǒng)設計

2.1 設計原則

當前，電力工程輔助計算類的項目成果有很多，但在公司缺乏推廣和應用的手段，使得計算小工具在實際生產(chǎn)工作中沒有得到充分運用，提升工作效率成效得不到應有的發(fā)揮，也不便于小工具后續(xù)的完善和改進，為解決以上問題，設計原則有以下三個：

（1）實用性。從研發(fā)的角度，該工具包所使用的的開發(fā)環(huán)境滿足當下使用的各安卓手機型號，可跨平臺研發(fā)。UI風格、文字以及按鈕的設計屬于扁平化設計，HTML5、CSS3和javascript 的前端設計，能夠很好地兼容不同分辨率和大小手機屏幕；從用戶的角度，該工具安裝簡單，功能清晰，容易上手，并能輔助計算線路壓降、變電站無功損耗等。

（2）可擴展性。工具包開發(fā)前期研究采用兼容性好的開發(fā)框架以及標準化技術開發(fā)，實現(xiàn)工具包跨平臺應用，確保電力工程輔助計算工具包的可擴展性，前端與后端分離，前端采用HTML5進行開發(fā)和布局，后端采用動態(tài)的頁面處理技術，易升級和集成，打造一個具有可擴展、便推廣的電力工程輔助計算工作包，將已有的相關職工創(chuàng)新成果進行推廣應用，發(fā)揮職工創(chuàng)新在實際生產(chǎn)中的作用。

（3）安全性。工具包內(nèi)的所有關鍵性業(yè)務信息在數(shù)據(jù)存儲過程中，統(tǒng)一采用Crypto.js中的aes+base64的算法對信息進行加密和解密，保證了信息的安全性。通過信息保存前調(diào)用接口加密和使用前調(diào)用接口解密的安全操作，提供信息讀寫過程中的安全保障，防止數(shù)據(jù)外泄。

2.2 整體設計

工具包的設計有三部分：線路壓降計算工具、變電站無功補償計算工具以及未來進行擴展的其他輔助計算工具。其中：線路壓降計算工具有獨立的安裝包，只需集成到此工具包中。變電站無功補償計算工具是一個全新開發(fā)的模塊，主要包括設備庫管理、設備參數(shù)管理、變電站無功補償模型、查詢歷史記錄等。如圖1所示。

圖1 工具包功能結構圖

2.3 功能設計

經(jīng)前期調(diào)研，依據(jù)用戶的需求，得出以下主要功能，如表1所示。

表1 功能點清單

2.4 數(shù)據(jù)庫設計

由于本工具業(yè)務需求可以對數(shù)據(jù)進行離線存儲，對于只存儲某些字段的需求來說，可以使用Local Storage和Session Storage來完成，但存儲大量數(shù)據(jù)，其不能滿足需要。本工具數(shù)據(jù)庫設計采用的是IndexedDB，可存儲大量結構化數(shù)據(jù)，圖2展示的是設備庫管理模塊已加密的表數(shù)據(jù)。

圖2 設備庫管理模塊表數(shù)據(jù)

本工具共設計17張表，一一對應表1中的功能清單。表2是設備庫管理數(shù)據(jù)結構描述，表3是充電功率（電纜）模塊數(shù)據(jù)結構描述。

表2 設備庫管理數(shù)據(jù)結構表

表3 充電功率（電纜）模塊數(shù)據(jù)結構表

3 變電站無功補償計算方法

該模塊是本工具的核心內(nèi)容，也是變電站無功補償計算內(nèi)核，其內(nèi)部邏輯的正確與否，直接影響變電站無功補償計算結果。通過輸入?yún)?shù)及條件，依據(jù)規(guī)范標準及公式，一步步自動計算，最終校驗近期、遠期變電站無功補償結果。

在后臺實現(xiàn)上，本期與遠期邏輯相同，步驟如下。計算完成本期結果后，會將本期數(shù)據(jù)同步到遠期，便于遠期參照本期的數(shù)據(jù)進行修改。為了對比近期和遠期的計算結果，獨立設計了TAB補償結果校驗頁。

第一步：計算變壓器無功損耗，在已知主變負載率、總容量、變壓器短路阻抗的前提下，由公式計算得出。

第二步：計算系統(tǒng)高壓側向負載側輸送的無功，其中，功率因數(shù)取值如表4所示。

表4 高壓側至負載側無功系數(shù)表

第三步：計算線路功率，通過篩選變電站、線路類型、電壓等級等條件，選擇需要計算的線路信息，將其線路無功功率損耗累加即可。

第四步：計算無功平衡，即主變無功損耗-輸送無功功率-損耗+線路充電功率。

第五步：通過上一步的無功平衡結果，計算投入并聯(lián)電容器或投入并聯(lián)電抗器組數(shù)。

第六步：補償結果校驗。若高壓側為220 kV，校驗結果需要在0.98～1之間；若高壓側為110 kV，校驗結果需要在0.95～1之間，若不在此區(qū)間，則返回第五步，需要重新對電容器容量進行配置，直至滿足補償結果。

4 功能實現(xiàn)

4.1 環(huán)境搭建

本工具開發(fā)的硬件環(huán)境如下：CPU：Intel Core（TM）i5-7200U@ 2.5 GHZ；內(nèi)存：16 GB；硬盤：256 GB SSD；操作系統(tǒng)Windows 10。

首先搭建vue-project 環(huán)境，采用輕量、可靠的移動端組件庫Vant，以及基于Vue的表格框架VXE Table，搭建整體的開發(fā)環(huán)境；

然后安裝完成 Java SDK、 Android SDK、ANT 打包工具和 Node.js；

最后安裝 CORDOVA，打包形成APK。

4.2 功能實現(xiàn)

4.2.1 主界面

該頁面是工具包導航頁面，采用扁平化設計圖標，分為兩大部分，一部分是設備列表，主要為業(yè)務人員查詢設備提供便利，同時作為后續(xù)計算工具的計算參數(shù)。另一部分是工具包列表，如圖3所示。

圖3 電力工程輔助計算工具包主界面

4.2.2 設備庫管理界面

該模塊每年將南方電網(wǎng)下發(fā)的《生產(chǎn)設備品類清單》，分門別類地初始化到工具中，用戶在查詢時，通過專業(yè)以及專業(yè)下細分的設備品類目錄進行聯(lián)動，外加設備的名稱進行模糊查詢，從而相對精準地找到要查詢的設備信息，如圖4所示。

圖4 設備庫管理視圖頁面

4.2.3 設備參數(shù)管理界面

同主界面類似，不同類型設備參數(shù)，通過不同入口進入查看，輔助計算變電站無功平衡。如圖5所示。

圖5 設備參數(shù)管理導航頁面

4.2.4 變電站無功平衡計算

按照表1的設計清單，結合第3節(jié)計算邏輯，設計如下。該頁面有3個TAB頁，分別是近期、遠期、補償結果校驗。頁面下滑內(nèi)容較多，圖僅僅展示了部分頁面信息。如圖6、圖7所示。完成當次計算并保存，可生成一條記錄。

圖6 本期計算頁面

圖7 補償結果校驗頁面

5 結 論

該工具包的設計與研發(fā)，涵蓋變電站無功補償容量計算等小工具，利用了 Cordova 跨平臺框架，改變了傳統(tǒng)的研發(fā)模式與工作方式。當然，本工具包還需要進一步完善，廣泛應用于變電站項目設計、項目評審等工作，同時，也將會納入更多其他電力計算小工具，為基層生產(chǎn)提供良好的輔助作用，有效提升工作效率、將已有成果進行有效推廣應用。