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

（海南電網有限責任公司電網規劃設計研究中心，海南 海口 570203）

0 引 言

隨著經濟的不斷發展，各行各業的用電量猛增，如何提高系統功率因數，降低電能消耗，提高電力系統運行經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化并合理補償電力系統無功功率。如果對無功電源進行合理配置并補償無功負荷，便能使得電壓穩定以及整個電力系統的穩定，從而有效降低網損。

在實際工作中，各種電力計算工具多而雜，沒有統一入口。無功補償計算也非常煩瑣，用以計算的參數多，計算模型較為復雜，通常采用Excel進行計算，這種傳統計算模式在變電一次設計校審環節、無功補償配置核算等實際生產環節中較費時費力，工作效率較低。本文利用信息化手段，基于Cordova移動框架，研發快速計算變電站無功損耗的工具，通過建立主變參數庫，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，基本滿足電網規劃部門計算變電站無功平衡的要求。

1 研發框架選擇

近些年互聯網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，它們在實現的原理上以及支持的功能、運行效果、執行效果都不太一樣。

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，可以“一次編譯，到處執行”，其優勢顯而易見。Cordova提供了豐富的插件，插件里可調用移動操作系統的API，通過JavaScript調用原生代碼，便于其他工具的集成。此框架也更容易讓研發上手，可構建UI界面，讓用戶擁有良好的交互體驗。也正因為以上優點，故將其作為本工具包研發的開發框架。

2 系統設計

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揮，也不便于小工具后續的完善和改進，為解決以上問題，設計原則有以下三個：

（1）實用性。從研發的角度，該工具包所使用的的開發環境滿足當下使用的各安卓手機型號，可跨平臺研發。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。工具包開發前期研究采用兼容性好的開發框架以及標準化技術開發，實現工具包跨平臺應用，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進行開發和布局，后端采用動態的頁面處理技術，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新成果進行推廣應用，發揮職工創新在實際生產中的作用。

（3）安全性。工具包內的所有關鍵性業務信息在數據存儲過程中，統一采用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。通過信息保存前調用接口加密和使用前調用接口解密的安全操作，提供信息讀寫過程中的安全保障，防止數據外泄。

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的模塊，主要包括設備庫管理、設備參數管理、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

經前期調研，依據用戶的需求，得出以下主要功能，如表1所示。

表1 功能點清單

2.4 數據庫設計

由于本工具業務需求可以對數據進行離線存儲，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，但存儲大量數據，其不能滿足需要。本工具數據庫設計采用的是IndexedDB，可存儲大量結構化數據，圖2展示的是設備庫管理模塊已加密的表數據。

圖2 設備庫管理模塊表數據

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

表2 設備庫管理數據結構表

表3 充電功率（電纜）模塊數據結構表

3 變電站無功補償計算方法

該模塊是本工具的核心內容，也是變電站無功補償計算內核，其內部邏輯的正確與否，直接影響變電站無功補償計算結果。通過輸入參數及條件，依據規范標準及公式，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，會將本期數據同步到遠期，便于遠期參照本期的數據進行修改。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：計算系統高壓側向負載側輸送的無功，其中，功率因數取值如表4所示。

表4 高壓側至負載側無功系數表

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，計算投入并聯電容器或投入并聯電抗器組數。

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

4.1 環境搭建

本工具開發的硬件環境如下：CPU：Intel Core（TM）i5-7200U@ 2.5 GHZ；內存：16 GB；硬盤：256 GB SSD；操作系統Windows 10。

首先搭建vue-project 環境，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，搭建整體的開發環境；

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

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，主要為業務人員查詢設備提供便利，同時作為后續計算工具的計算參數。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下發的《生產設備品類清單》，分門別類地初始化到工具中，用戶在查詢時，通過專業以及專業下細分的設備品類目錄進行聯動，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 設備參數管理界面

同主界面類似，不同類型設備參數，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，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，改變了傳統的研發模式與工作方式。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。