电力系统潮流计算机监控管理系统的设计与实现

王轩，程元，王蕊，冯维颖

（1.国网青海电力科学试验研究院，青海　西宁　810000；2.武汉中元华电软件有限公司，湖北　武汉　430223；3.武汉中元华电科技股份有限公司，湖北　武汉　430223）

电力系统潮流计算机监控管理系统的设计与实现

王轩1，程元2，王蕊3，冯维颖2

（1.国网青海电力科学试验研究院，青海西宁810000；2.武汉中元华电软件有限公司，湖北武汉430223；3.武汉中元华电科技股份有限公司，湖北武汉430223）

在计算机技术不断地升级换代的同时，在现代电力系统中加入计算机技术也是一种趋势，通过对电力系统不断的规模化、智能化的转变之后，自动化电力系统的生产方式得到了人们的认可，这种自动化的机械装置在使用中操作更加简单。论文中对于电力结构的分析不断的深入，加入了潮流计算机监控系统，通过建立计算机模型，构建数值定于矩阵，再通过节点的转换，分析出电力系统的实际功能和相关的工作状态，在此将着重讨论电力系统潮流计算机监控管理系统设计与实现。

电力系统；潮流计算机；监控管理

0　引言

计算电力系统在正常运行方式及各种故障运行方式的潮流分布，称为电力系统潮流计算，电力系统潮流计算是研究和分析电力系统的基础。无论是进行电力系统的规划设计，还是对各种运行状态的研究分析，都须进行潮流计算。电力系统日常运行中的潮流计算其实是对运行方式的调整，从而制定合理的运行方式。电力系统潮流计算根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态，包括各母线的电压，各元件中流过的功率，电力网络的功率损耗等等。在电力系统规划阶段以及现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析和比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。潮流计算的目标是在约束条件下求取电力系统在给定状态下的值，即节点电压和导线功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷，各点电压是否满足要求，功率的分布和分配是否合理以及功率损耗是否最小等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础的。

1　电力系统潮流计算机实际算法

关于潮流技术节点的矩阵算法：

（1）PV节点：柱入有功功率P为给定值，电压也保持在给定数值。

（2）PQ节点：诸如有功功率和无功功率是给定的。

（3）平衡节点：用来平衡全电网的功率。选一容量足够大的发电机担任平衡全电网功率的职责。平衡节点的电压大小与相位是给定的，通常以它的相角为参考量，即取其电压相角为0。一个独立的电力网中只设一个平衡点。计算模型基本步骤：①形成节点导纳矩阵；②将各节点电压设初值U；③将节点初值代入相关求式，求出修正方程式的常数项向量；④将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵元素。

2　计算机监控管理系统的设计

监控技术的提高也因此成为了现代科技发展的一项非常有意义的目标。以往科技还未达到一定程度的时候，我们采用手动的方法监控仪器仪表，这种方法不仅耗费时间长，而且精度低，人为的变动性是很大的，所以往往会在一些不必要的地方出现错误，为接下来的工作造成困扰，用人力监控机器基表还是一件耗费劳动力的行为，是仪器仪表的成本相应的提高，总之是各种不便，各种缺陷，在科技如此发达的当今此种方法早已不再适用。

计算机潮流监控系统的出现，使仪器仪表监控的机械化成为可能，使用电脑智能化监控技术不仅大大节省了劳动力，而且提高的监测的效率与准确性，为接下来的工作提供了极大的便利，种种优势让我们对电脑智能化监控无法拒绝，我们当然要一如既往地支持电脑智能化监测的发展，使它更好地为当今科技的发展服务。

一直以来，对于电力系统的监控来讲，不同的设备需要不同的测试系统来对其进行监控，那么也就给广大的软件开发人员带来了难题：当仪表硬件升级后，旧的测试系统将不再适用监控，必须再编写新的测试程序以适应变化，但实际上新的测试程序与先前的在内容上并未体现太大的差异。不同的仪器仪表按照不同的指令集进行各自的工作，而没有一种简单的、标准的电力协议来统一组织这项工作。测试开发人员也曾想到设计新型测试系统对仪表进行规整化的监控，从而简化编程、节省财力物力，随之也尝试开发了标准仪器化命令、公用系统软件框架等标准。这些标准确实简化了操作，节省了时间与资源，但是在软件的性能上确实存在着较大问题。因为不同的仪表之间必然存在着差异，有些差异之间可以相互协调，但有些仪器其不同于其他仪器的特性是难以与其他仪表协调的，是必须存在的，否则一起将不能正常工作，所以仅仅将测试统一化，势必会影响到仪器的性能，阻碍之后的工作。由此测试及测量工业逐渐研究出计算机潮流监控，以平衡这两方面的不足。该基础上的仪器驱动软件标准在早期基于VXIplug&play和SCPI规范，后又加入新特性，考虑了测试软件的系统性能、灵活性和仪器的互换性等方面进行改进，将之前两种测试系统的优点集于一身，形成了当今基于计算机潮流监控的仪器仪表自动监控系统。

3　电力系统潮流计算机监控的实现

电力系统潮流将仪器分为五类，即示波器、数字万用表、函数发生器、直流电源和开关。它们分别有各自的定义和接口，为了适应每种仪器的性能，潮流监控使每种仪器都具有各自的基本功能及扩展功能组，且各功能组都定义了其专属的函数C原形，对各自参数设置了传递方式和返回值。对于类型和值域也进行了具体的定义。潮流监控的产生，提高了系统执行工作的效率以及开发软件的时间，大大提高了测试系统的性能，同时消除命令冗余，提高技术性能。可互换虚拟技术的众多特点使它大大优于其他测试技术，满足了仪器仪表的监控的各种要求。以往的电力测试系统往往要根据硬件的特点进行相应的调整，给程序开发人员带来了大量的工作量，而可互换虚拟技术由于结合了互换性与灵活性，终于做到了测试程序与硬件无关的地步，即在硬件更换或更新的情况下不会影响测试软件的程序代码，仍可沿用之前的程序代码进行测试，这样便提高了测试代码的重用性，并且也提高了测试系统的标准程度。其次，通过状态缓冲，将仪器上次工作的状态储存到系统中，下次启动仪表时自动进入上次的状态，从而改善测试性能。在潮流监控属性模型中，由于自动缓冲技术，驱动器能够自主地对仪器的当前状态进行缓冲，并且各自的工作状况相互独立，互不影响。每个仪器命令仅影响那些为特定测量而必须改变的仪器属性，对于共性的部分不进行任何改变，节省了冗余也极大地缩短测试时间，当然体改效率的同时也更大程度的降低测试成本。第四，通过仿真，将不存在的环境进行模仿，在虚拟环境中进行工作、计算，这样即可使原本复杂的问题简化，使问题更容易解决，也节省了不必要的开支，降低成本，让所进行的工作更经济。利用潮流监控仪器驱动器的仿真功能，就可以在仪器还不能用的条件下，提现进行工作，输入所需参数来仿真特定的环境，通过计算机潮流监控创造理想的虚拟环境，处理所有输入参数，完善各种条件，这样方便进行越界检查和越界处理，最后返回仿真数据。

4　电力系统潮流计算机监控管理系统的使用模式

开放式自动系统能够在不同的ATS内部共享，甚至于和其它别的系统之间共享。ViSA和VIV技术在这个系统当中得到了运用，这个部分将潮流监控和非潮流监控系统进行比较，分别测试。

系统测试大致过程为：将计算机与仪器相互连接，然后采用不同的驱动仪器，最后用相应程序对其进行测试，填写指令。将监控结果进行记录，然后对结果进行相关分析，测出故障，可进行故障诊断。注意在开始之前机器需要预热，进行好充分的前期准备工作，然后进行VISA测试，潮流监控测试，然后将仪器型号查询，记录测试结果，将其存储并进行检查，看是否有故障出现。然后将结果打印出来任务结束之后，要确认是否全部完成，完全完成之后次啊能能够退出系统。以上就是测试系统在测试运行当中的基本流程，在这个过程当中，系统应当保持稳定，运行平稳，功能完全实用。

我们知道对于系统来说需要从被检定的仪器仪表上进行数据采集和分析等等，而这一任务则是需要主控计算机通过PCI-GPIB卡莱完成，所以本系统的硬件组成就包括以下三个方面：工业控制计算机、PCI-GPIB卡和被检定仪器仪表。

对于目前最流行的软件操作及控制平台都适用方便又快捷；对于当前一般的编程语言也都支持，包括VB，C，C#，VC，Delphi等；这种总线使用时不必进行其他操作，具有即插即用的便捷特点。开启系统后，首先进行驱动的安装，在安装驱动之后，系统则会自动识别接口卡。在电脑上的PCI插槽内插入PCI-GPIB卡，之后用螺丝钉拧紧，使其稳固，之后再安装PCI-GPIB卡的驱动程序，其上工序完成后，随即便可使用。通过GPIB电缆GPIB卡即可与仪器进行连5结束语

接。在PCI-GPIB卡驱动程序的驱动光盘或安装目录文件夹内，都将看到ESGPIB.dll文件和ESGPIB.lib文件，这两个文件是GPIB卡的动态链接库文件，起到非常重要的作用，因为关于GPIB卡的控制函数全部都将封装到里面。这两个文件用于程序的编程和设计。在进行软件编程时，我们只须加载这两个文件，加载后便可以任意地对GPIB卡进行操作而不用对其他文件再次进行加载或操作。测试任务开始之前，在电脑的PCI主槽上将其插入，这样它就可以通过GPIB电缆与测量仪器连接。用户将指令和控制命令输入系统，这样总线所发出的指令就可以通过GPIB接口传入监控仪器，同时也可以接受来自仪器的反馈信息和监控报告，并对结果进行处理。此时，接口卡便在此过程中充当了读者讲者及控者的角色。

本文基于电力系统潮流计算机监控管理系统的研发背景和设计实现过程作出了讨论，探讨了系统的实现技术，包括数据库动态链接技术和各种功能的实现技术、系统安全技术，避免了系统分析描述方法与实现技术的脱节问题。实现了电力系统大量数据的集中显示和对运行过程中根据不同需求进行控制的需要系统在对电力系统潮流的优化和控制方面还需要进一步提高，实现电力系统完全的计算机潮流监控运行是下一目标。

［1］江晓东.计算机网络实用教程［J］.电了测量与仪器学报，2005，1.

［2］谢谦，等.监控组态软件及其应用［M］.电子工业出版社，2003，5.

［3］严蔚敏，吴伟民.数据结构［M］.清华大学出版社，1992，13.

TP39

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.047

1002-6673（2015）01-131-03

2014-10-18

王轩（1985-），男，青海同仁人，学士，工程师。主要研究智能电网系统分析和规划设计；程元（1985-），男，湖北武汉人，学士，工程师。主要研究电力系统分析和高级应用软件开发。