王善立，覃丹，邢少霞，周航，张佳艺
（海南电网有限责任公司电网规划设计研究中心，海南 海口 570203）
0 引 言随着经济的不断发展，各行各业的用电量猛增，如何提高系统功率因数，降低电能消耗，提高电力系统运行经济性是一个很重要的研究方向。无功功率的传送会引起有功功率和电压的损耗，面对这种情况，最重要的方法就是优化并合理补偿电力系统无功功率。如果对无功电源进行合理配置并补偿无功负荷，便能使得电压稳定以及整个电力系统的稳定，从而有效降低网损。
在实际工作中，各种电力计算工具多而杂，没有统一入口。无功补偿计算也非常烦琐，用以计算的参数多，计算模型较为复杂，通常采用Excel进行计算，这种传统计算模式在变电一次设计校审环节、无功补偿配置核算等实际生产环节中较费时费力，工作效率较低。本文利用信息化手段，基于Cordova移动框架，研发快速计算变电站无功损耗的工具，通过建立主变参数库，建立变压器无功损耗计算模型，形成电力工程计算辅助计算工具包。本工具的设计，基本满足电网规划部门计算变电站无功平衡的要求。
1 研发框架选择近些年互联网以及移动平台的普及，一些跨平台的工具也随之而来，比较主流的有Apache Cordava、Titanium、XMLVM等等，它们在实现的原理上以及支持的功能、运行效果、执行效果都不太一样。
本工具包选用的框架是Cordova，这是一个开源、移动的开发框架，通过使用标准的Web技术，例如HTML5，CSS3和JavaScript，完成跨平台的移动应用开发，可以“一次编译，到处执行”，其优势显而易见。Cordova提供了丰富的插件，插件里可调用移动操作系统的API，通过JavaScript调用原生代码，便于其他工具的集成。此框架也更容易让研发上手，可构建UI界面，让用户拥有良好的交互体验。也正因为以上优点，故将其作为本工具包研发的开发框架。
2 系统设计2.1 设计原则当前，电力工程辅助计算类的项目成果有很多，但在公司缺乏推广和应用的手段，使得计算小工具在实际生产工作中没有得到充分运用，提升工作效率成效得不到应有的发挥，也不便于小工具后续的完善和改进，为解决以上问题，设计原则有以下三个：
（1）实用性。从研发的角度，该工具包所使用的的开发环境满足当下使用的各安卓手机型号，可跨平台研发。UI风格、文字以及按钮的设计属于扁平化设计，HTML5、CSS3和javascript 的前端设计，能够很好地兼容不同分辨率和大小手机屏幕；从用户的角度，该工具安装简单，功能清晰，容易上手，并能辅助计算线路压降、变电站无功损耗等。
（2）可扩展性。工具包开发前期研究采用兼容性好的开发框架以及标准化技术开发，实现工具包跨平台应用，确保电力工程辅助计算工具包的可扩展性，前端与后端分离，前端采用HTML5进行开发和布局，后端采用动态的页面处理技术，易升级和集成，打造一个具有可扩展、便推广的电力工程辅助计算工作包，将已有的相关职工创新成果进行推广应用，发挥职工创新在实际生产中的作用。
（3）安全性。工具包内的所有关键性业务信息在数据存储过程中，统一采用Crypto.js中的aes+base64的算法对信息进行加密和解密，保证了信息的安全性。通过信息保存前调用接口加密和使用前调用接口解密的安全操作，提供信息读写过程中的安全保障，防止数据外泄。
2.2 整体设计工具包的设计有三部分：线路压降计算工具、变电站无功补偿计算工具以及未来进行扩展的其他辅助计算工具。其中：线路压降计算工具有独立的安装包，只需集成到此工具包中。变电站无功补偿计算工具是一个全新开发的模块，主要包括设备库管理、设备参数管理、变电站无功补偿模型、查询历史记录等。如图1所示。
图1 工具包功能结构图
2.3 功能设计经前期调研，依据用户的需求，得出以下主要功能，如表1所示。
表1 功能点清单
2.4 数据库设计由于本工具业务需求可以对数据进行离线存储，对于只存储某些字段的需求来说，可以使用Local Storage和Session Storage来完成，但存储大量数据，其不能满足需要。本工具数据库设计采用的是IndexedDB，可存储大量结构化数据，图2展示的是设备库管理模块已加密的表数据。
图2 设备库管理模块表数据
本工具共设计17张表，一一对应表1中的功能清单。表2是设备库管理数据结构描述，表3是充电功率（电缆）模块数据结构描述。
表2 设备库管理数据结构表
表3 充电功率（电缆）模块数据结构表
3 变电站无功补偿计算方法该模块是本工具的核心内容，也是变电站无功补偿计算内核，其内部逻辑的正确与否，直接影响变电站无功补偿计算结果。通过输入参数及条件，依据规范标准及公式，一步步自动计算，最终校验近期、远期变电站无功补偿结果。
在后台实现上，本期与远期逻辑相同，步骤如下。计算完成本期结果后，会将本期数据同步到远期，便于远期参照本期的数据进行修改。为了对比近期和远期的计算结果，独立设计了TAB补偿结果校验页。
第一步：计算变压器无功损耗，在已知主变负载率、总容量、变压器短路阻抗的前提下，由公式计算得出。
第二步：计算系统高压侧向负载侧输送的无功，其中，功率因数取值如表4所示。
表4 高压侧至负载侧无功系数表
第三步：计算线路功率，通过筛选变电站、线路类型、电压等级等条件，选择需要计算的线路信息，将其线路无功功率损耗累加即可。
第四步：计算无功平衡，即主变无功损耗-输送无功功率-损耗+线路充电功率。
第五步：通过上一步的无功平衡结果，计算投入并联电容器或投入并联电抗器组数。
第六步：补偿结果校验。若高压侧为220 kV，校验结果需要在0.98～1之间；若高压侧为110 kV，校验结果需要在0.95～1之间，若不在此区间，则返回第五步，需要重新对电容器容量进行配置，直至满足补偿结果。
4 功能实现4.1 环境搭建本工具开发的硬件环境如下：CPU：Intel Core（TM）i5-7200U@ 2.5 GHZ；内存：16 GB；硬盘：256 GB SSD；操作系统Windows 10。
首先搭建vue-project 环境，采用轻量、可靠的移动端组件库Vant，以及基于Vue的表格框架VXE Table，搭建整体的开发环境；
然后安装完成 Java SDK、 Android SDK、ANT 打包工具和 Node.js；
最后安装 CORDOVA，打包形成APK。
4.2 功能实现4.2.1 主界面
该页面是工具包导航页面，采用扁平化设计图标，分为两大部分，一部分是设备列表，主要为业务人员查询设备提供便利，同时作为后续计算工具的计算参数。另一部分是工具包列表，如图3所示。
图3 电力工程辅助计算工具包主界面
4.2.2 设备库管理界面
该模块每年将南方电网下发的《生产设备品类清单》，分门别类地初始化到工具中，用户在查询时，通过专业以及专业下细分的设备品类目录进行联动，外加设备的名称进行模糊查询，从而相对精准地找到要查询的设备信息，如图4所示。
图4 设备库管理视图页面
4.2.3 设备参数管理界面
同主界面类似，不同类型设备参数，通过不同入口进入查看，辅助计算变电站无功平衡。如图5所示。
图5 设备参数管理导航页面
4.2.4 变电站无功平衡计算
按照表1的设计清单，结合第3节计算逻辑，设计如下。该页面有3个TAB页，分别是近期、远期、补偿结果校验。页面下滑内容较多，图仅仅展示了部分页面信息。如图6、图7所示。完成当次计算并保存，可生成一条记录。
图6 本期计算页面
图7 补偿结果校验页面
5 结 论该工具包的设计与研发，涵盖变电站无功补偿容量计算等小工具，利用了 Cordova 跨平台框架，改变了传统的研发模式与工作方式。当然，本工具包还需要进一步完善，广泛应用于变电站项目设计、项目评审等工作，同时，也将会纳入更多其他电力计算小工具，为基层生产提供良好的辅助作用，有效提升工作效率、将已有成果进行有效推广应用。
