ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2017 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,500
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,405
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,817
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,319
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,264
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 6012
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 404
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 338
Десятилетний индекс Хирша: 17
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год: 527
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 16

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2017 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2018

Современные программные средства моделирования электрических сетей

Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2008 год.[ 23.12.2008 ]
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Полуботко Д.В. (polubotko@energy.komisc.ru) - Институт социально-экономических и энергетических проблем Севера, Коми научный центр, УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия, кандидат технических наук, Чукреев Ю.Я. (нет) - Институт социально-экономических и энергетических проблем Севера, Коми научный центр, УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия, доктор технических наук
Ключевые слова: моделирование, электрическая сеть, архитектура программы
Keywords: modeling, ,
Количество просмотров: 10580
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (8.40Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Использование современных подходов в создании программных средств (ПС) касается различных сфер деятельности человека, в том числе и разработки программного обеспечения (ПО) для электроэнергетики. Одной из важнейших задач в области современной электроэнергетики является задача моделирования и ведения режимов электроэнергетических систем, зачастую требующая обработки больших объемов данных с последующим отображением результатов пользователю. На рынке ПО по моделированию и ведению режимов электрических сетей большое количество разнообразных программно-вычислительных средств. Наиболее существенных результатов в области создания ПС по моделированию электрических сетей с использованием новых технологий добились в своих работах западные специалисты [1].

 

Данная статья посвящена рассмотрению ПС по визуальному моделированию электрических сетей и отображению расчетной информации при помощи современных технологий 2D/3D-визуализации [2,3]. ПС создавалось при помощи средств компонентного программирования и с использованием библиотеки трехмерной графики OpenGL [4].

Разработанное ПС состоит из графического редактора и подсистемы модулей (рис. 1). В графическом редакторе три подсистемы: моделирования, визуализации данных и графического интерфейса пользователя. Каждая из этих подсистем имеет в наличии набор встроенных графических объектов, необходимых для решения своей задачи. Подсистема моделирования предназначена для интерактивного построения топологии электрической сети. Подсистема визуализации данных необходима для наглядного отображения информации пользователю. Подсистема графического интерфейса пользователя предназначена для отображения информации в стандартном виде (таблицы, графики и т.п.), а также получения данных и управления работой ПС.

Подсистема модулей ПС отвечает за подключение, инициализацию и обмен данных между основным приложением и независимыми модулями. Любой модуль может выполнять ряд арифметических функций, функции по настройке подсистем графического редактора, функции получения и обработки данных из внешних источников (файлы, сеть и т.д.).

Средством для взаимодействия отдельных подсистем ПС является скрипт-язык Lua [5]. Скрипт-язык расширен более чем 140 дополнительными функциями, которые позволяют настраивать графический интерфейс пользователя, подсистему визуализации, изменять параметры графических объектов редактора, выполнять преобразование форматов данных. Стандартные возможности Lua включают в себя создание сложных структур данных, выполнение арифметических функций, вызов стандартных функций операционной системы, параллельное выполнение скриптов.

Рис. 1. Структура программного средства

Графический редактор. Подсистема моделирования графического редактора выполняет ряд задач для построения цифровой модели электрической сети. Начальная стадия построения цифровой модели электрической сети состоит в компоновке пользователем схемы электрических соединений. На этой стадии графический редактор выступает в роли конструктора, который позволяет посредством встроенных графических объектов моделирования задавать конфигурацию схемы соединений электрической сети. Встроенные графические объекты подсистемы моделирования редактора представляют собой графические эквиваленты составляющих электрической сети. Рабочая область, в которой происходит размещение графических объектов, является областью редактирования графического редактора. Пользователь интерактивно формирует топологию электрических соединений посредством распределения и связывания графических объектов друг с другом в области редактирования редактора. По завершении компоновки схемы электрических соединений в области редактирования формируется графическое представление модели электрической сети. При этом отдельные графические объекты модели жестко связаны друг с другом, и на основании этих связей в дальнейшем при вызове расчетных функций в среде Lua формируется расчетная модель электрической сети.

Следующим шагом в построении цифровой модели электрической сети является задание параметров схемы замещения отдельных графических элементов. Изменение параметров графических объектов моделирования возможно в диалоговом окне свойств графического объекта, создание и обработка событий которого возложены на подсистему графического интерфейса пользователя и отдельные ее компоненты.

Заключительной стадией в построении цифровой модели электрической сети является настройка подсистемы визуализации данных, состоящая в размещении графических объектов визуализации в области редактирования графического редактора и задании параметров этих объектов. Параметры графических объектов визуализации можно разделить на две категории – параметры, отвечающие за внешний вид средства визуализации (цвет, размер и т.д.), и параметры, однозначно определяющие источник данных визуализации. В качестве источника данных визуализации могут выступать константные величины (номер узла, его название и др.) и переменные величины (уровень напряжения в узле, переток мощности в начале и конце ветви и т.д.), определенные в разных модулях.

Следует отметить, что размер цифровой модели электрической сети не ограничен ПС, а определяется аппаратными параметрами компьютера, такими как размер оперативной памяти и размер файла подкачки. Реализация графических и визуальных возможностей редактора выполнялась при помощи средств библиотеки трехмерной графики OpenGL. Данное средство программирования графики является средством аппаратной обработки графических функций. Отсюда следует, что производительность отображения цифровой модели электрической сети зависит от графического адаптера компьютера. Во многом скорость отображения графических объектов определяется размерностью схемы электрических соединений, качеством отображения отдельного графического элемента и масштабом отображения. На рисунке 2 представлена область редактирования графического редактора с построенной цифровой моделью электрической сети.

После построения цифровой модели ПС готово к выполнению расчетных функций. Отметим, что приложение не содержит расчетных функций, а только создает в среде Lua расчетную модель, на основании которой в дальнейшем возможно проведение расчетов. При этом любой алгоритм расчета может быть реализован в отдельном, не зависящем от ПС модуле. Каждый независимый модуль имеет открытый доступ чтения/записи ко всем данным основного приложения и после подключения получает возможность обмена информацией и отображения пользователю расчетных данных с помощью подсистемы визуализации. Таким образом, подсистема визуализации является универсальным средством отображения результатов работы модулей вне зависимости от решаемых ими задач.

Визуализация данных. Подсистема визуализации данных графического редактора решает задачу наглядного отображения цифровых и текстовых данных непосредственно в области редактирования графического редактора. В качестве элементов визуализации в графическом редакторе применяются графические объекты визуализации. Эти объекты обладают рядом свойств (размер, цвет), изменение которых позволяет сфокусировать внимание пользователя на наиболее важных данных. Кроме того, графические объекты визуализации не связаны жестко с некоторыми другими графическими объектами, а могут быть свободно перемещены по области редактирования. Данное свойство графических объектов визуализации позволяет группировать сходные по некоторому признаку объекты в одном месте области редактирования. Группировку данных объектов возможно также проводить в пределах границ некоторого графического объекта моделирования (узла, шины), увеличивая тем самым наглядность отображаемой информации.

Дополнительной возможностью подсистемы визуализации данных, повышающей информированность пользователя, является послойное расположение объектов визуализации. При этом пользователь управляет количеством и набором отображаемых в области редактирования объектов визуализации посредством выбора текущего слоя. Каждый объект визуализации имеет свойство, определяющее слой, которому он принадлежит. Изменяя данное свойство, пользователь перемещает объект на другие слои. Отдельным пунктом этого свойства является возможность отображения объекта на любом из слоев.

Рис. 2. Область редактирования графического редактора

При значительных размерах цифровой модели электрической сети добавление и задание параметров графических объектов визуализации потребует от пользователя определенного времени. Для ускорения настройки подсистемы визуализации данная подсистема имеет в своем составе механизм копи- рования объектов визуализации. При использовании этого механизма сокращается время настройки отдельного объекта визуализации, так как при копировании копия получает набор свойств исходного объекта.

Наиболее важным свойством графических объектов визуализации данных является источник отображаемой информации, в качестве которого может выступать скалярная/векторная переменная, определенная во внутренних структурах независимых модулей. Для формирования пути к переменной, а в случае использования векторной переменной – назначения индекса конкретного элемента, по некоторым условным обозначениям (имя узла, номер узла, тип данных и т.д.) реализован гибкий механизм формирования путей/адресов. Этот механизм поддерживает концепцию расширяемости расчетных возможностей ПС за счет независимых модулей.

Использование современных технологий при построении графического редактора ПС моделирования электрических сетей позволяет реализовать:

-     интерактивное построение модели электрической сети с возможностью последующей коррекции топологии электрических соединений;

-     наглядное отображение информации подсистемой визуализации данных за счет применения технологий 2D/3D-визуализаций;

-     отображение расчетных данных непосредственно на схеме электрических соединений;

-     возможность расширения расчетных функций за счет подключения и настройки независимых расчетных модулей;

-     универсальность подсистемы визуализации данных в отображении результатов работы различных расчетных модулей.

С использованием данного ПС проводилось моделирование энергосистемы Республики Коми, показавшее хорошие результаты в скорости освоения  приложения пользователем, построении цифровой модели электрической сети, в настройке подсистемы визуализации данных.

Более подробную информацию о ПС можно получить на сайте отдела энергетики института социально-экономических и энергетических проблем Севера Коми научного центра УрО РАН (http://energy.komisc.ru).

Список литературы

1. PowerWorld Corporation, 2007 (http://www.powerworld. com).

2. John P. Stovall, Brendan J. Kirby, James S. Thorp, Arun G. Phadke, Thomas J. Overbye. Issues Associated with the Development of a Wide-Area Analysis and Visualization Environment. // International conference on system sciences, Hawaii, 2006.

3. Bei Xu, Cem Yuksel, Ali Abur, Ergun Ekleman. 3D Visualization of Power System State Estimation. // IEEE Melecon, May 16–19, Benalmadena (Malaga), Spain, 2006.

4. OpenGL. The industry`s foundation for high performance graphics, 2007 (http://www.opengl.org).

5. The programming language Lua, 2007 (http://www.lua. org).


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=1643
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (8.40Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2008 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: