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1、智能化变电所一次回路C A D 系统软件开发 卓佳，冯林桥 ( 湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙4 1 0 0 0 2 ) 摘要针对目前多数电力系统应用软件仅仅具有辅助绘图而缺少辅助设计功能，采用 专家系统支持的智能化技术，将各种计算、设计、绘图规则编成知识条文写入计算模块和 规则库中，采用数纽、结构体、集合类和数据库组织管理数据，刺用A c t i v e X 技术：次开发 A u t o C A D ，最终实现变电所一次回路的智能设计与自动绘图一体化。 1引言 C A D 技术是一项跨学科的综合性高新技术，具 有减轻劳动强度、缩短设计周期、提高质量、产生巨 大经济效益的优点，已普遍应用
2、于各个领域。随着计 算机技术与人工智能方法的发展和人们对C A D 技 术越来越高的要求，具有一定智能的C A D 集成系统 随之产生，电力系统各种应用分析软件也朝着智能 化的方向发展。 电力系统电网主接线图被公认为是电力系统应 用软件最理想的人机交互媒体，而人工编辑数量繁 多的电网图需要付出相当艰苦的劳动，因此实现变 电所一次回路的计算机辅助分析与设计这研究课 题得到了国内外专家的广泛重视。但是，目前大多电 力系统设计软件仅能实现计算机辅助绘图，元辅助 设计功能。文中系统采用V B N E T 编程语言，利用 面向对象技术和A c t i v e X 技术，并结合专家系统支 持的智能化技术，
3、实现了智能设计与自动绘图一体 化。 2 系统的总体结构 设计软件基于W i n d o w s 操作平台，以M i c r o s o f t A c c e s s 数据库为核心，采用V B N E T 语言开发，并 利用V B N E T 二次开发A o t o C A D ，实现了数值计 算、数据存储及图形显示的统一。系统结构框图如图 1 所示。 软件系统的主要功能有： ( 1 ) 根据原始资料及给定条件，建立变电所设计 的系统模型，完成变电所负荷统计、无功补偿配置、 短路电流等计算。 ( 2 ) 根据计算结果及相关规则，进行电压等级、 】0 8 主变压器、主接线方式、主要电气设备、变电
4、所平面 布置、防雷接地系统的选择及校验。 ( 3 ) 根据计算结果及相关规则，调用A u t o C A D 绘图软件，自动完成主接线图的绘制，并实现图形输 出、打印等功能。 ( 4 ) 形成该次设计的技术文档，包括变电所电气 主接线图、平面布置图、设备明细表材料表及概算 书、高低压开关柜布置图、所用电系统图、避雷针保 护范围断面图及接地网分布图等。 图1系统总的结构框图 3 软件设计的关键技术 3 1 知识库和规则库的形成 ：坚竺二邑垄! ! ! ：! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
5、! ! ! ! 竺! ! ! ! ! 苎! 堡 变电所一次部分的设计需要用到许多设计经验 只要根据I f 部分查出相应的记录，便可知道该前提 及设计规则，如何将这些规则体现在设计软件中，并 下相对应的是什么结论了。由此实现了根据多个条 在编写程序时能方便的使用这些规则是本软件设计 件准确的判断并获取电网主接线形式。图2 是双电 的一个难点。在本次设计中，将设计规则和经验以数 源的情况下，电网主接线规则表的一部分，程序根据 据库的形式存放，通过专用的计算模块进行选择。其 电源个数、出线数和总问路数用编程语句查表确定 智能化主要体现在以下4 个方面： 出主接线方式。 ( 1 ) 电压等级确定 如果
6、原始资料提供了多个电压等级，系统就需 要根据任务书的要求，对各个电压等级所选的方案 列表进行技术经济分析，自动选出最优的方案。 首先考虑从技术上确定出几个可行的方案，然 后对各方案的经济性作定性和定量分析。分别计算 出各个电压等级下的基建投资、设备折旧费、设备维 护管理费、年电能损耗费、年基本电价费、有色金属 消耗量，再进行经济比较。在比较方案中，投资与年 运行费最小的方案优先选用。若投资大的方案年运 行费小，程序则根据“补偿年限法”智能确定出最优 电压等级。 ( 2 ) 主变压器的选择 主变压器的选择应根据地区供电条件、负荷性 质、用电容量和运行方式等条件综合考虑决定。 系统默认采用2 台三
7、相双绕组变压器。根据负 荷性质和负荷统计计算结果智能确定主变台数。主 变容量的确定首先要选择变电所类型，不同的变电 所类型，单台主变容量确定的计算方法不一样。然后 程序根据额定电压等级、变比和单台主变容量在数 据表中查找出低耗节能而且经济性能最优的主变型 号。 ( 3 ) 电网主接线的选择 由于变电所在电力系统中的地位、负荷、出线回 路数、设备特点等条件的不同，可能会出现多种接线 方案。这就要求程序能够在分析原始资料的基础上， 参照变电所设计技术标准和规程，建立3 5 1 1 0k V 变电所一次设计系统主接线构成知识及规则，通过 推理判断调用合适的知识条文，从而找出合适的设 计方案，自动确定
8、最佳的接线方式。 通常设计规则是以I f T h e n 的形式给出，但主 接线的型式与额定电压等级、电源条件、负荷条件等 多个因素相关，因此不能采用I f T h e n 这样的简单 逻辑推理机制通过编程来完成。在设计规则库( 表) 时，将I f 部分( 前提) 作为一个或者多个字段存储，将 T h e n 部分( 结论) 也作为字段存储。在编写代码时， 图2 双单电源时主接线选择规则表 ( 4 ) 电气设备的选择和校验 电气装置中的载流导体和电气设备的选择设 计，必须执行国家的有关技术经济政策，并做到技术 先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后的发 展扩建留有一定的余地。各种电气设备选
9、择的一般 程序是：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路 条件校验其动热稳定。 为了使计算机能自动完成电气设备的选择与校 验，必须使计算机具有识别不同种类的设备及其连 接关系的功能。因此需要将设备适当组合归类，并用 相应代码表示，同时接线图上对各连接点用数字编 号。程序用一组连续的正整数对供电网络各连接点 编号，相邻的每2 节点构成l 条设备支路。节点编号 顺序为先高压、后低压。程序将变电所的节点分为电 源节点、母线节点、联络节点、负荷节点和虚拟节点5 类，将支路设备分为电源进线、馈出线、母线及母联、 双绕组变压器、三绕组变压器、所用变、补偿电容、电 压互感器及避雷器、电抗器和系统1 0 类。
10、 程序代码的编写根据支路顺序号及其支路类 型，采用V B N E T 中的S e l e c t C a s e 语句实现。例如： 变电所中有N 条支路，顺序是1 N ，其支路类型相 应的赋值给数组S t y l e ( N ) ，则其格式为： F o r i = 1 t o N S e l e c tC a s eS t y l e ( i ) 1 0 9 C a s e1 。调用“电源进线支路选择”过程，选择并校验据结构。类是面向对象设计的核心问题，根据对设计 该支路内的各个元件 系统的分析，程序主要创建了以下几个基本的类； C a s e2 调用“馈出线支路选择”过程P r o j e
11、c tC l a s s ，D a t a b a s eC l a s s ，C h a r g eC l a s s 莉l M a i n E n dS e l e c t 选择的结果，用一个字符串数组来存放各支路 电器元件的型号规格。 3 2 数据库的设计及数据结构的组织 程序以数据库为核心，数据库不但存储了程序 计算和推理所需的所有数据，同时也是通过数据库， 将负荷统计计算，短路计算，主接线的形成，设备选 型和文档管理紧密联系，使程序成为一个有机的整 体。因此，数据库设计得是否合理直接关系到软件的 设计速度和质量。 程序采用M i c r o s o f tA c c e s s 数据
12、库，数据库的 基本单元是表。由于在变电所一次设计时，需要存人 数据库的主要是4 类数据：电气设备基本参数数据、 知识规则、电气接线描述数据和设计结果数据。因此 将数据表由此分为4 大类，结构如图3 。 l 数据库设“ j 垫卒妻数最l 隔日矗嘲I 电气熹 f 6 堙飘圳喜米最l 訇 土 专 蔓 专 王 i气 电 气 !l 设 备 电 选投 壹 馘 算 裘 主 蓦 表l 圆 iJ 蹙 压 器 规 到 则 表 封 图3 数据库的设计 在C A D 系统的设计过程中，程序需要处理大量 的数据，例如各类标准和规范、经验数据、实验图表 及数值等。数据是计算机表达信息的主要形式，因此 有效的存储和管理各类
13、数据，使之既能保证独立完 整的用于计算又能与数据库及图形处理应用软件共 享，成为C A D 设计系统的关键技术。 在设计软件中，采用的是V B N E T 编程语言， 因此可以充分利用面向对象的方法来组织程序的数 】 0 C o n n e c t i o nC l a s s ，分别用于项目管理、数据库联接、 负荷计算和主接线图生成。各个类都由O b i e c t 类继 承而来，并且具有自己的属性和方法，完成一定的功 能。以下代码是M a i n c o n n e c t i o n C l a s s 类定义的主要 代码，省略了各个数据成员的访问及各个方法的实 现代码。 I m p o
14、 r t sA u t o C A D P u b i cC ，l a s sM a i n C o n n e c t i o n C l a s s P r i v a t eP o w e r S t y l eA sI n t e g e r P r i v a t eP o w e r I 。o o pA sI n t e g e r P r i v a t eS t a n d b yA sI n t e g e r P r i v a t eN u m Z BA sI n t e g e r P r i v a t eN u m B l o c k - - L a y e r (
15、 ) A sI n t e g e r P r i v a t eN u m B l o e k ( ) A sS t r i n g P r i v a t eN u m C h a r g eA sI n t e g e r P r i v a t eL i n e S t y l eA sI n t e g e r 0 为单母线，1 为双母 线 P r i v a t eI f C u t ( ) A sB o o l e a n 判断母线是否分段 P r i v a t eC o n n e c t i o n S y t l eA sI n t e g e r P r i v a t
16、 eN o d e ( ) A sI n t e g e r P r i v a t eN u m S p u r T r a c kA sI n t e g e r 支路数 P r i v a t eS p u r T r a c k S t y l eA sI n t e g e r P u b l i cS u bN e w ( ) 构造函数 E n dS u b P u b l i cF u n c t i o nC o n n e c t C A D ( ) A sA c a d A p p l i c a t i o n 连接A c t o C A D E n dF u n c t i o n P u b l i cF u n c t i o nD r a w C o n n e c t i o n ( B y V a lA p p A c a d A p p l i c a t i o n ) A sB o o l e a n 画主接线图 E n dF u n c t
