（电力系统及其自动化专业论文）继电保护教学培训辅助软件系统的开发与设计.pdf

山东大学硕士学位论文 继电保护算法的具体处理过程及其各自特点，供用户学习比较，更好 地掌握继电保护知识。 整个软件系统以光盘形式发布，并已经由中国电力出版社出版发 行，据不完全统计，已有3 0 多所院校采用该系统作为辅助教学软件， 并取得了广大师生的一致好评。 关键词：继电保护培训；多媒体；a u t h o r w a r e ；v c + + ；m a t l a b 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t p r o t e c t i v er e l a y i n gi so fg r e a ts i g n i f i c a n e ea m o n ga l lt h e e i e c t r i ce n g i n e e r i n gt e c h n 0 1 0 9 i e s n om a t t e rw h e na n dw h e r ea f a u l to c c u r si nap o w e rs y s t e m ，p r o t e c t i v er e l a y i n gw i l ls p e e d i l y a n da c c u r a t e l yc l e a rt h ec i r c u i tt om a k es u r et h a to t h e re le c t r i c d e v ic e sa n dt h ew h o l ep o w e rs y s t e mo p e r a t ei nas a f e ，r e li a b l e ， s t a b l ea n de c o n o m ic a lw a ya n dt om i n i m iz et h eh a r ma n d1 0 s tc a u s e d b yt h ef a u l t g r a s p i n gt h ep r i t i c i p l e sa n ds k i l lso fp r o t e c t i v e r e l a y i n gisab a s i cr e q u i r e m e n tf o ra l lp r o f e s s i o n a lt e c h n i c i a n s o fe l e c t r i ce n g i n e e r i n g p r o t e c ti v er e l a y i n gisad is cip li m ew it hh ig h lyr e q u isitio n o ft h e o r ya n dt e c h n 0 1 0 9 y i ti n v 0 1 v e se x t e n s i v ec o n t e n t sa n d k n o w l e d g eo b j e c t i o n s b e c a u s eo fi t sc o m p r e h e n s i v e c h a r a c t e r is t i c ，t r a d i t i o n a lt e a c h i n ga n dt r a i n i n gm o d eisl a c k o fv i v i d n e s s ，w h i c hc a n n o tf u l l ye x p r e s st h es o p h is t i c a t e d p r i n c i p l e sa n dp r o c e s s i n gp r o g r e s s i no r d e rt om a k eu pf o rt h e s h o r t a g eo ft r a d i t i o n a lt r a i n i n gm e t h o da n dl e tl e a r n e r sg r a s p t h eb a s i ca n dp r o f e s s i o n a ls k i l l so fp r o t e c t i v er e l a y i n g ，t h is p a p e rd e v e l o p e da n dd e s i g n e dap r o t e c t i v er e l a y i n gt r a i n i n ga n d a n a l y z i n gs y s t e m ，u s i n gt h ep r o g r a m m i n g1 a n g u a g eo fa u t h o r w a r e ， f 1 a s h ，v is u a lc + + a n dm a t l a b t h es y s t e mli v e l yc o m b i n e sm u l t i m e d i at e c h n o l o g yw i t h p r o t e c t i v er e l a y i n gt r a i n i n gc o u r s e t h ea u t h o r w a r eb a s e ds y s t e m isn a y i g a t e db ys e c t i o np a g et u r n i n ga n ds c r o l lb a rt r e ev i e w f o rt h es a k e o fc o n v e n i e n th a n d l i n g b e s i d e s ，ag r e a tm a n y a n i m a t i o np r o d u c e db yf l a s ho ra u t h o r w a r eisi n t e g r a t e di n t ot h e s y s t e m ，a sw e l la ss o u n d ，i m a g e ，v i d e oa n dt e x t l e a r n e r sc a n s t u d yi na ne a s ya n df u n n yw a ya sift h e yw e r ew a t c h in gt vo r 山东大学硕士学位论文 am o vies h o w t e a c h in ga n d1e a r n in gisj u s tlik ee n t e r t a in m e n t int h isw a y t h es y s t e ma ls oi n t e g r a t e dap r o t e c t i v ea c t i o nd e m om o d u l e p r o g r a m m e db yv is u a lc + + t oi 1 1 u s t r a t et h ep r o c e s s i n gp r o g r e s s a f t e re m u l a t i n gp o w e rs y s t e mf a u l t sw i t ha t p ，t h ef a u l td a t aw a s r e a di n t 0t h em o d u l ea n dt h e n1 e a r n e r sc a ns e eh o wt h ed a t aw a s p r o c e s s e ds t e pb ys t e p t h em o d u l ec a nd e m o n s t r a t ep r o t e c t i o n b a s e do nt h r e ek i n d s0 fp r i n c i p l e s ：o v e r c u r r e n tp r o t e c t i o n ， d is t a n c ep r o t e c t i o na n dp il o tp r o t e c t i o n i nt h ism o d u l e ， l e a r n e r sc a ns e et h ec h a n g eo fe le c t r i cc h a r a c t e r is t ic sw h e na f a u l to c c u r s t h ed a t ap r o c e s s i n gw i t h i ne a c hp a r t0 fp r o t e c t i v e d e v i c ec a na ls ob eo b s e r v e d t om a k el e a r n e r sg r a s pav a r i e t yo fp r o t e c t i v ea l g o r i t h m ， t h isp a p e ra ls 0d e s c r i b e dac o m p u t e rp r o t e c t i o na l g o r i t h md e m o s 0 f t w a r e ，w h ic hc a ns h o wd e t a ile ddis p o s a lo fd if f e r e n t a l g o r it h m t h ew h o l es y s t e mh a sb e e np u b l is h e db yc h i n ae 1 e c t r icp o w e r p r e s si nt h ef o r mo fc o m p a c td i s k a c c o r d i n gt oi n c o m p l e t e s t a t is t i c s ，m o r et h a n3 0s c h o o l sh a v eu s et h iss y s t e ma st h e i r i n s t r u c t i o na s s i s t e ds o f t w a r e ，a n di th a sr e c e i v e dag o o d r e p u t a t i o nf r o mi t su s e r s k e y w o r d s ：p r o te c tiv er e la y in gt r a in in g ：m u l ti m e d ia ：a u t h o r w a r e ： v c + + ：m a t l a b 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：望逮旦乞 日期：翌塑：垒 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：地导师签名：理妊日期：超塞：笸 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章引言 “继电保护”是一门融合了电力系统基础、电力系统故障分析、 模拟与数字电子技术、计算机技术和通信技术的交叉学科。其特点是 概念抽象、理论复杂、知识点较多、课堂讲授难度大、不便于自学。 开发继电保护教学培训辅助软件系统的目的，就是充分利用现代 多媒体技术提供的声音、图像、动画、视频、文本等手段，生动、具 体、形象地讲述继电保护的原理、构成、实现方法和工作过程，利用 a t p 仿真电力系统故障情况下电气量变化的特征和特点，利用v c + + 、 m a tl a b 等软件模拟仿真继电保护装置处理和动作的过程。针对不同的 继电保护原理，都能使学习者形象地观察到从电力系统正常到发生故 障期间电气量的变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作的 过程。就像应用d t s 系统培训调度员一样，使学习者在一个全仿真的 环境中，身临其境地学习继电保护，以加深对理论、概念和方法的认 识和理解。 随着我国电力行业的发展，电力系统继电保护已经成为电力系统 中必不可少的组成部分，对于维护电力系统正常运行起着十分重要的 作用。加强对继电保护从业人员的技术培训，改善继电保护设备的运 行和维护水平，有利于提高电力系统运行的安全性、稳定性、可靠性 和经济性。因此开发继电保护教学培训辅助软件系统具有十分重要的 意义。 1 2 国内外的研究现状 随着电力系统规模和容量的不断扩大，设备也在不断更新换代， 特别是继电保护及自动装置的更新换代更是频繁，因此电力系统中有 关继电保护装置的培训就显得非常重要。 山东大学硕士学位论文 文献 1 提出对电厂运行和检修人员的培训方式主要有：课堂培 训、仿真机、岗位培训、模拟体或车间培训、计算机辅助教学、自学 等。各种各样的培训方式提供了不同的学习手段，岗位培训、课堂教 学、仿真机以及其它培训方式交替使用，能调动学员的积极性，增加 学员的新鲜感，提高培训效果。 文献 2 提出了一种基于电力系统一次和二次接线图的继电保护 动作逻辑仿真的实现思想和算法。根据实际系统接线图，形成继电保 护拓扑和动作逻辑数据库，根据给定潮流、故障设置和保护定值判断 启动条件，根据保护动作逻辑实现保护启动、动作时序、故障跳闸、 保护返回、手动复归等继电保护动作全过程的仿真，可以满足继电保 护定值校核、事故分析和岗位培训的综合要求。开发的发电机组和变 电站继电保护仿真系统证明了其思想和算法的正确性及有效性。 文献 3 说明了以a u t h o r w a r e 为平台，结合a u t o c a d ，p h o t o s h o p $ 口 f 1a s h 等应用软件开发的继电保护多媒体教学课件的制作过程，将复杂 的继电保护设备、电路接线及工作原理以声音、图像、图形和动画等 形式表现出来，有助于深入理解课程内容，也为远程教学提供了极大 的方便。 文献 4 介绍了继电保护培训仿真系统由图纸绘制、元件制作、动 画制作、仿真编辑、图纸管理和教学培训六大部分组成。培训教材具 有“活 的变电站二次系统展开图，能模仿变电站二次系统的动作过程， 并配备语音讲解、文字说明、动画等。借助图纸档案，能快捷地查找图 纸，并可获取大量的相关信息。 文献 5 主要介绍的是电力系统继电保护原理c a i ( c o m p u t e r a s s is t e d 工n s t r u c t i o n ，计算机辅助教学) ，这个易用的、交互式的c a i 可以作为课堂教学的补充和完善，应用于电力系统继电保护的计算机 辅助教学。采用f r o n t p a g e 2 0 0 0 等工具制作网页，并以网页为界面及 载体，系统全面的讲述电力系统继电保护知识：并针对继电保护原理 教学中的几个重难点，比如阻抗继电器、高频保护、电流保护、变压 器保护等，用j a v a 制作出交互式、动态的小应用程序( j a v aa p p le t ) ， 2 山东大学硕士学位论文 作为课件嵌入上述网页中，以提高学习效率和学习效果。 文献 6 介绍一个通用型继电保护及二次回路仿真培训系统平台， 就其系统设计思路、系统结构及系统功能进行了详细叙述，该系统具有 通用性强，使用方便，培训过程图、文、声并茂等特点。 在国外，较典型的应用系统有i b m 公司的工i s ( i n t e r a c tiv e i n s t r u c t i o ns y s t e m ) 与i 工a s ( i n t e r a c t i v ei n s t r u c t i o na u t h o r i n g s y s te m ) ，内容包括教师的教材写作、学生学习、试题管理与考试系统。 英国v at e c hr e y r 0 1 lel i m it e d 的产品宣传多媒体光盘软件 7 1 ，该光 盘由a u t h o r w a r e 帝4 作，包括了更新介绍、虚拟保护装置、销售手册等 功能，具有良好的宣传效果。瑞典的a b b 公司向产品用户推出了一套4 c d 用多媒体网页技术开发的软件光盘【引，包括产品购买者指南、电气接 线图、变电站综合自动化和继电保护施工者指南等内容，具有良好的 宣传效果和实用功能。以上两种多媒体软件不足之处是没有兼顾培训 功能。美国g e 公司向产品用户推出的i n t e r a c tiv el e a r n in gc d 系列【9 】 包括了g e 公司各系列产品的培训光盘，它们将原理形象化，具有很好 的培训功能，用户可以通过购买这些i n t e r a c tiv el e a r n in gc d 来实现 g e 公司的各系列产品的培训。另外还有美国的p l a t o - 4 系统，s o p h ie 系 统，c d c 公司的t u t o r 及加拿大的n a t a l 系统等；国际上许多大学都已逐 步建立起c a i 研究中心与c a i 实验室，负责对c a i 的方法研究、c a i 的课 件开发和提供学生c a i 的上机条件；国外一些公司对雇员的培训已逐步 由原来的集中培训改变为采用c a i 技术；在国际教学年会上，也有专题 讨论c a i 的各种问题。 本项目最终所开发的软件可应用于大专院校、科研院所及电力运 行部门，具有重要推广价值和潜在的经济效益。同时本系统的编制和 开发，也可为其他培训系统的开发提供良好的经验。 1 3 课题的主要研究内容 本课题的特色在于：( 1 ) 以声音、图像、动画、视频、文本等多 山东大学硕士学位论文 媒体手段，生动、具体、形象地讲述继电保护的原理、。构成、实现方 法和工作过程：( 2 ) 利用a t p 仿真电力系统从正常到故障情况下电气 量变化的特征和特点；( 3 ) 在个人计算机上，编制能够模拟继电保护 装置处理和动作的过程仿真软件，即软保护；( 4 ) 针对不同的继电保 护原理，都能使用户形象地观察到从电力系统正常到发生故障的整个 进程中，电气量的变化情况以及继电保护装置中每一部分处理和动作 的过程。 课题的创新点在于突破了传统的纸质教材约束和限制，充分利用 计算机技术所提供的优良环境，将较为枯燥乏味的知识、概念，用生 动、具体的图、像、声音、动画等形式表达出来，使用户在一种轻松、 有趣、仿真的环境中，就像看电影、看电视一样学习继电保护知识， 寓教于乐、寓学于乐。 本课题的主要研究内容包括： 1 在脚本素材的采集和制作上，采用故障分析一基本原理一实现 技术一相关知识四个层次的叙述方法，比较全面地讲解常用的继电保 护理论与技术。本课题不仅完成了大量普通媒体( 如文本、图形图像、 表格、公式、视频等) 的录入、采集和编辑工作，而且还设计制作了 部分f 1a s h 动画，并编写大量的a u t h o r w a r e 程序来实现培训软件中某些 功能。 2 在系统的完整性上，除了完成基本的知识讲解外，还结合课程 内容，利用v is u a lc + + 编程语言制作出各种不同原理的继电保护装置 的仿真模型，并可根据要求进行调用。采用了章节翻页与滚动树型目 录相结合的导航管理模式，很方便地实现了系统良好的交互性。 3 用m a t l a b 的图形用户界面开发出一个包含众多算法的算法演示 软件，使学习者可以充分观察并比较各种算法的异同和优缺点。 4 在作品发布上，应用a u t h o r w a r e 为主要平台制作出的软件可以 完成面向c d - r o m 的打包发布，在此基础上，作一些必要的处理措施， 可以实现面向w e b 的打包发布。 4 山东大学硕士学位论文 第二章c ai 软件设计基础 2 1 计算机辅助教学( c ai ) 的基本模式 计算机辅助教学( c o m p u t e ra sis te din s t r u c tio n ，简称c a i ) 是 在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内 容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。c a i 为学生提供一个 良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识 库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点 3 9 - 4 0 。它 的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优 化的教学目标。随着近年来微机技术、网络技术、多媒体技术及相应 的软件技术的发展，更加促进了c a i 的飞速发展。 c a i 的模式是指在实施c a i 时，计算机以什么方式与学习者进行信 息沟通与交流。c a i 最初主要提供计算机与学习者进行某项操练或练 习，后来逐步发展到多种模式。目前一般可将c a l 分成授课辅导型、 自学复习型、知识测验型、趣味游戏型等基本模式 i o - 1 5 。 1 授课辅导型 计算机扮演讲课教师，根据教学大纲的要求，按照教材的顺序， 采用多种表现手法，帮助学习者理解接受新知识，提出重点，剖析难 点，建立概念，帮助学习者解决可能遇到的问题。这是c a i 用得最多 的一种模式。 2 自学复习型 由计算机总结、剖析和展示知识的层次结构、主要内容，分析典 型习题，帮助学习者进一步掌握所学内容，巩固知识，并提高应用知 识的能力。当学习者对某个问题未掌握时，可通过交互方式，随时进 行有针对性的个别指导。 3 知识测验型 由计算机充当考核官，完成出题评判、评分等工作，对学习者掌 握知识的情况进行测试。其关键的工作是试题库的建立，可满足考试 山东大学硕士学位论文 的可信度、效率等指标。 4 。模拟试验型 利用计算机来模拟某些物理或化学现象，模拟构建实验环境，让 学习者进行分析、研究，并回答问题，达到实验的目的。 5 趣味游戏型 趣味游戏型是利用计算机产生一种带有竞争性的学习环境，把科 学性、趣味性和教育性融于一体，能大大激发学习动机，起到“寓教 于乐 的效果。这种模式主要适用于小学生和幼儿。 2 2c ai 系统的基本结构 多媒体c a i 培训系统是指课件中各教学信息的逻辑化和程序化关 系及教学策略的组合。课件的结构一般由两部分组成：一是教学信息 单元之间的逻辑关系或先后顺序，它受知识体系的内在关系制约，只 有掌握了初级或最基础的内容，才能过渡到更高一层的内容；二是教 学控制策略，这是受学习者认知规律所制约的，如先易后难，先简后 繁，由浅入深，推理或影响，只有根据教学任务和需求，将知识信息 的呈现顺序与学习者的认知规律结合起来，才能组成相对应的课件结 构 4 1 - 4 3 。 c a i 课件是利用计算机为学习者提供个别化学习环境，学习者通过 与计算机交互而进行学习的一种教学形式。这些交互方式主要有：练 习、对话、模拟、游戏和问题解答等形式。在教学过程中计算机用来 呈现教学计划、教学内容、记录学习者的学习情况和控制学习进程等。 计算机辅助教学的基本过程如下： 6 山东大学硕士学位论文 计算机 图2 1c a i 的基本过程 c a i 课件的上述教学过程，决定了c a i 课件的基本结构特征，如 图2 2 所示： 图2 2c a i 系统的基本结构 每一个不同的c a i 课件，都以章、知识单元、知识点等方式进行 组织，因此，在开始时，学习者要根据自己的需要或在教师的安排下 来选择学习内容，c a i 课件根据教学内容的相关性，按一定的结构，用 文字、图形、图像、动画和声音等形式呈现出来，在生动、有趣的环 境中形象地说明一个概念或一种技能。学习者通过自己的感觉器官， 7 山东大学硕士学位论文 接收计算机呈现的教学信息，经过思维加以理解和记忆。在整个学习 过程中，c a i 课件会提出各种问题，以便了解学习者对学习内容的掌握 程度。学习者通过输入设备回答计算机提出的各种问题，以检验并强 化所学知识内容。根据学习者对问题的回答或测试情况，计算机做出 下一步决策：继续学习、呈现新的教学内容或者补习或者结束。这些 决策也可以由学习者自己做出p 6 。 以上描述的c a i 的一般结构特征，并不是说所有c a i 课件都是如 此。不同c a i 模式，其结构特征也不尽相同，但在交互性、个别化教 学、调动学习者积极性方面是共同的。 2 3c ai 开发工具简介 下面我们对本文中用到的几个c a i 开发工具做简要介绍。 2 3 1a u t h o r w a r e 从总体上说，使用频率高的写作工具是a u t h o r w a r e 。a u t h o r w a r e 是m a c r o m e d ia 公司开发的多媒体制作工具，主要具有以下特点：简单 的面向对象的流程线设计，组成a u t h o r w a r e 多媒体应用程序的基本单 元是图标，图标内容直接面向最终用户；图形化程序结构清晰，构成 应用程序时只需将图标用鼠标拖放到流程线上，在主流程线上还可以 进行分支，形成支流线，程序流向均由箭头指明，程序结构、流向一 目了然；交互能力强，a u t h o r w a r e 预留有按钮、热区、热键等10 种交 互作用响应；程序调试和修改直观，程序运行时可逐步跟踪程序运行 和程序的流向；编译输出应用广泛，调试完毕后，即可将程序打包成 可执行文件，生成的可执行文件可脱离a u t h o r w a r e 在w in d o w s 的环境 中运行。基于a u t h o r w a r e 的上述优势，继电保护教学培训辅助软件系 统的媒体著作工具选用了a u t h o r w a r e7 0 。 总的来说，编辑一个a u t h o r w a r e 课件包含以下这些步骤： 创建新文件 山东大学硕士学位论文 在文件中使用k n o w l e d g eo b j e c t s 打开一个文件 创建一个片段 插入图标 设置图标的属性 编辑图标 加入文本 加入图像 在显示或擦除对象时加入特技效果 使用移动图标增加动画效果 增加声音 增加数字影像 播放视频 使用计算图标和群组图标 使用库 创建交互性 建立页面和浏览结构 使用模板 使用系统函数和变量 扩展a u t h o r w a r e 的功能 使用控制面板 保存文件 跟踪及测试程序 打包和发布程序 我们运用上述a u th o r w s r e 所具备的强大功能，按照a u t h o r w a r e 编辑多媒体课件的基本步骤，将文本、图形、图像、动画、音频、视 频等媒体素材信息恰当地组织起来，并实现了课件系统的模块化结构 和完备的导航系统。 9 山东大学硕士学位论文 f 1a s h 是m a c r o m e d ia 开发的一款基于互联网的矢量图编辑和多媒 体创作软件，特别适合多媒体创作。 1 无极放大的矢量图。在f 1a s h 中创建的图形素材，可以无限放 大，图形的质量不会下降。 2 丰富多彩的动画。f la s h 中t w e e nin g 动画具有使物体自动缩放、 旋转、变色、变形等功能，只要给出关键的几个画面，系统便会生成 平滑的动画。 3 轻松实现混音功能。 4 强大的交互功能。它继承了a u t h o r w a r e 的强大交互功能，同时 允许用户进行程序设计。 5 流状传输技术。用f 1a s h 制作的动画文件能够在网上一边传输， 一边播放，而不必一定要等到庞大的文件下载完毕。 综上所述，基于f 1a s h 有无级缩放不变形、体积小、交互性强、 易学习等方面的优势，继电保护教学培训辅助软件系统的动画制作工 具主要选用了f 1 a s hm x2 0 0 4 。 2 3 3vis u alc + + v is u a lc + + 是m ic r o s o f t 公司推出的功能最强大、最复杂的语言 产品之一，它是目前为止在w in d o w s 环境下进行大型软件开发的首选 编程语言 1 7 - 1 8 。 v i s u a lc + + 6 0 具有如下优点： 1 拥有强大的编辑环境和调试环境。高效的编译器，产生的可执 行文件体积小巧、运行速度快。底层控制能力强。良好的图形处理功 能。 2 集成了m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ) 类库，m f c 封装了 w in d o w sa p i 函数和消息，使程序员可以使用m f c 高效率地开发出各种 应用程序。 1 0 山东大学硕士学位论文 m f c 类库提供了系列的动态对象生成机制，使用户只需要从m f c 类库中集成所需要的类，并且重载消息处理成员函数，就可以编写出 w in d o w s 应用程序来。通过c 1a ss w iz a r d 可方便地生成程序框架并轻松 地完成对各种m f c 类的使用与维护。 m f c 类库将所有图形用户界面的元素，如窗口、按钮、菜单等，都 以类的形式进行封装，并且提供映射机制将w in d o w s 对这些图形界面 元素所发出的消息映射到类的虚拟成员函数。 3 c + + 在c 语言的基础上，融入面向对象编程o o p ( o b j e c to r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 的思想。相对于结构化程序设计思想而言，代码具有很 好的可重用性及可移植性。由于面向对象编程的可重用性，可以在应 用程序中大量采用成熟的类库，从而大大缩短开发时间。应用程序更 易于维护、更新和升级。继承和封装使得对应用程序的修改带来的影 响更加局部化。 综合考虑上述优点，在进行保护分析演示模块的编程时，笔者选 择了v is u a lc + + 作为编程语言，最后生成的模块是可执行文件，既小 巧又有很强的数学运算能力，而且能很方便的被a u t h o r w a r e 这个系统 平台调用。 2 3 4m a t l a b 随着计算机技术的飞速发展和图形化操作系统的普及，应用程序 的外观发生了巨大的变化，图形用户界面( g r a p h icu s e ri n te r f a c e ， 简称g u i ) 的程序已经成为应用程序的主流。使用图形用户界面的应用 程序，用户可以方便地通过鼠标等输入设备与程序进行信息的交换， 控制程序的运行。目前，绝大多数的软件开发工具都是以图形用户界 面作为应用程序开发的基础，图形用户界面的设计确定了应用程序的 主要框架和基本功能，完成了窗口、图标、菜单、按钮等用户界面， 软件开发者只需在由软件开发工具自动生成的程序代码中添加自己的 运算或控制代码，就可以完成应用程序的设计。 m a t l a b 作为功能强大的软件开发工具，它已具备了大型软件开发 山东大学硕士学位论文 工具的所有功能和特征。用户利用m a t l a b 提供的图形用户界面开发环 境( g u id e v e lo p m e n te n v ir o n m e n t ，简称g u id e ) ，可以设计各种要求 的图形用户界面，并在其基础上完成功能强大的应用程序开发 1 9 1 。 用m a t l a bg u id e 编制应用程序方法简单，可以在较短时间内掌握， 但是由于它最后生成的程序只能在安装了m a t l a b 的操作系统中才能运 行，所以限制了它的应用范围。笔者开发了一套基于m a t l a bg u i 的微 机保护算法演示软件，目前已应用在山东大学继电保护实验室的日常 教学实验中，取得了很好的教学效果。关于这套软件的具体情况将在 后文中详细介绍。 2 4 本章小结 本章介绍了计算机辅助教学( c a i ) 的基本模式、基本结构及制作 c a i 系统所需要的辅助工具，重点介绍了本文大量用到的a u th o r w a r e 、 f 1a s h 、v is u a lc + + 、m a tla b 等四种工具的特点。 1 2 山东大学硕士学位论文 第三章用a u th o r w a r e 实现系统主体的开发 3 1 文字脚本的编写与确定 随着计算机技术的发展，互联网的普及，以信息技术为支撑的网 络化教育与智能化教育已经成为我国现代教育发展的新趋势。为了使 网络信息时代的各类教育资源得到充分利用，c e l t s ( c h i n ae l e a r n i n g t e c h n o l o g ys t a n d a r d i z a tio n ) 为这种基于网络信息技术的教育体系 的建立提供了一个标准。 c e l t s 一4 1 教育资源建设技术规范是一个较为宽泛的标准，侧 重点在于统一资源开发者的开发行为、开发资源的制作要求、管理系 统的功能要求，主要从两个方面进行规定：一是从用户的角度，为方 便地使用这些素材，需要对素材标注哪些属性，并从可操作性的角度， 规范了属性的数据类型及编写类型；二是从管理者的角度，提出了管 理这些素材的管理系统的体系结构以及所应具备的一些基本功能 2 0 l 。 本系统的文字脚本，就是按照c e l t s - 4 1 教育资源建设技术规范要 求和设计思想，规划、设计基于c e l t s 的继电保护课程内容，它具有 如下四个特点： 1 原理叙述的层次渐进化 每种继电保护原理讲解前都是先以故障分析开始，寻找不同运行 状态间的差异。利用某种差异构成需要讲解的保护原理，其他的差异 留给用户去思考和挖掘新的可能原理，引导开放式思维。 2 原理和技术的现代化 随着数字和通信技术的发展，过去曾经广泛使用的电磁式、整流 式保护很多已被数字式保护所取代，纵联保护由电力线载波通信己发 展到数字光纤通信。本系统主要介绍当前还在使用的继电保护实现技 术及其发展变化，其中的原理框图多以功能框图表示，不拘泥于某种 实现手段，技术手段变化的同时又促进了新原理的发展，部分已经应 用的保护新原理也被介绍。 山东大学硕士学位论文 3 多学时和少学时的通用化 文字脚本的编写中贯彻“故障分析一基本原理一实现技术一相关 知识”四个层次，根据学时数可选讲前几个层次，也可选讲某些章的 所有层次，做到各取所需。 4 技术用语的国际化 文字脚本中涉及的继电保护的专业技术用语标准化、国际化。 3 2 用a u t h o r w a r e 开发程序主体 本系统使用a u t h o r w a r e 这款多媒体制作软件来集成各种素材。 a u t h o r w a r e 与其他的编程工具的不同之处在于它采用基于设计图标和 流程图的程序设计方法，具有可以不写程序代码的特色。 3 2 1 主程序设计 在总体方案的设计中，将整个程序进行了模块化处理，将程序分 成了若干个子程序，大量的采用了群组图标，这样使得程序的设计简 洁明了、易于修改和优化。 主程序要完成的任务包括： 1 ) 建立程序结构框架。 2 ) 建立系统控制。 如图3 1 所示，主程序框架从上往下依次是“片头动画”、“背景 音乐”、“等待”、“系统主界面”和“主选择”五个图标，如图3 1 所示。 1 4 山东大学硕士学位论文 图3 1 系统主程序 “片头”图标是x t r a 插件，作用是引入f 1 a s h 制作的片头动画。 “背景音乐”图标是声音图标，作用是引入背景音乐。 “等待”图标是等待国标，作用是等待片头动画播放完毕，或是 在用户单击鼠标或按任意键后进入系统主界面，实现系统主界面与片 头动画之间的衔接配合。 “系统主界面1 ”图标是x t r a 插件，作用是引入f l a s h 制作的系 统主界面。 “主选择”图标的右侧是下一级子程序菜单，依次是三个控制功 能按钮一一退出、最小化、音乐控制，和四个子系统入口按钮一一过 程演示、习题解答、教学课堂、课程简介。两种按钮分别用计算图标 和群组图标来表示。每个用群组图标表示的子程序都可以单独编写， 这样给整体程序的编写带来了极大的方便 2 t l 。子系统入口按钮将在下 一节做详细介绍，这里首先介绍控制功能按钮的实现。 1 退出按钮 山东大学硕士学位论文 图3 2 退出按钮计算图标 在图3i 的退出的分支属性对话框中“响应范围”项复选“永 久”，“分支”项选择“返回”。计算图标中输入q u i p ，即可实现 退出功能，本功能是通过调用a u t h o r w a r e 系统函数来实现的。 2 最小化按钮 堕v ! 划、h 毫剑剑型三| 生_ _ l _ | 剑岔吲e s e n d , f e z j a 弘f v k t l e ，2 7 4 ，6 1 4 7 2 ，0 ) l3 8i r tc o d e0 0 0 l 口 3 音乐控制按钮 ，r ) f 。l - 、翼i 略xi 国哮】- - 2 i 二二| ! i b i 0 j 亟| 当 e 2li n 拍r tc o d e0 0 0 l 啦5 山东大学硕士学位论文 当点击音乐控制热区时，执行m u s i c = 饧u s i c ，此时m u s ic 值为1 ，背 景音乐停止播放。 3 2 2 子程序的设计和编写 对于子程序的编写，经过多次调试，确定了最后的编程思想。由 于除过程演示模块外，几个子程序的设计都是大同小异，在此只举出 下面一个例子，见图3 5 。而过程演示模块是a u t h o r w a r e 通过交互图 标调用由v c + + 编程生成的可执行文件，关于此将在本文第四章中给出 详细介绍，在此不再赘述。 下面这个例子中这个子程序分了4 级菜单，每级菜单的上一层都 是一个群组图标，这给修改和编写都带了很大的方便。 j 擦除 盛教学课堂片头 一 2 电网的电流保护 3 电网口巨离保护 4 输电线路纵联保护 5 自动重合闸 图3 5 子程序设计 1 7 1 纽赡三型堂一榭测五建学一镶鞘五 宁凰l上 本其实定荡基及的整振的器嚣的的护电电护护保继继保保离抗抗离离距阻阻距距 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 舌 d t 固 u 五：五 i崮_叶 山东大学硕士学位论文 在子程序的设计中我们还设置了树形目录的导航方式。w in d o w s 提供了一些常用控制可以用于a u t h o r w a r e 编程，例如可滚动的列表框、 下拉式列表框、树形列表等，通过这些控制可以实现难以通过交互作 用分支结构实现的交互类型，大大丰富了人机交互的手段。a u t h o r w a r e 通过外部函数w in c t r ls u 3 2 为设计人员提供了使用这些控制的简便途 径。此软件中所用到的滚动树型列表是通过t r e e v ie w 控制实现的： 首先，创建流程结构，为具体内容创建嵌套的框架结构，并将每 一节以对应的内容命名，以方便实现导航；然后，在“创建树型列表 计算图标中添加以下代码，如图3 6 所示： f o ：= w c d i s p l a y c o n t r o l ( o 1 4 2 。2 4 0 , 6 2 3 , “t r e ev i e w ； m y v a r 6 ) w c s e t p r o p e r t y v a i u e ( i d ? f o r t t s i z e 。4 1 0 ) w c s e t p r o p e r t y v a l u e ( i d l i t e m s 教学内容rl 绪论r 1 1 电力系统的正常i 作状态、不正常i 作状态和故障状态r1 2 继电 保护的基本原理及组成r1 3 对继电保护的基本要求r1 4 继电 保护发展简吏r2 电网的电流保护r2 1 单低电源网络相间短路的 电流保护r2 2 双俑电源网络相间短路的方向性电流保护r 2 3 中性点直接接地系统中接地短路的零亭电流及方向保护r2 ，4 中性 点非直接接地系统中单相接地故障的保护r3 电网距离保护r 3 1 距离保护的基本原理s 构成r3 2 阻抗继电器及其动作特性r 3 3 阻抗继电器的实现方法r3 4 距离保护的整定计算与对距离保 护的评价r3 5 距离保护的振荡闭锁r3 6 故障类型翔翻和故障 选柏r3 7 距离保护特殊问题的分析r 3 8i 频故障分量距离保 护r4 输电线路纵联保护r4 1 输电线路纵联保护概述r4 2 输 电线路纵联保护豫低信息的交换r4 3 方向比较式纵联保护r 4 4 纵联电流差动保护r5 自动重合闸r5 1 自动重合闸的作用及 对它的基本要求r5 2 输电线路的三相一次自动重合闸r5 3 高 压输电线路的单相自动重合阑r5 4 高压输电线路的综合重合闸简 贪r6 电力变医器保护r6 1 电力变压器的故障类型和不正常i 作 状态r6 2 变压器纵差动保护r6 3 变压器的励磁涌流及鉴勋方 山东大学硕士学位论文 法r6 4 变压器相闻短路的看备保护r6 5 变匮器接地短路的器 备保护r6 6 变医器零亭电流差动保护r6 。7 变医器保护配置原 _ 9 j r7 发电机保护r7 1 发电机的故障、不正常运行状态及其保护 方式r7 2 发电机定子绕组短路故障的保护r7 3 发电机定- y 绕 组单相接地保护r7 ，4 发电机负序电流保护r7 5 发电机的失磁 保护r7 6 发电机的失步保护r7 7 发电机励磁回路接地保护r 8 母线保护r8 1 母线故障和装设母线保护的基本原则r8 2 母 线差动保护基本原理r8 3 母线保护的特殊问遂及其对策r 8 4 断路器失灵保护篾介r9 数字式继电保护技术基础r9 1 数字式保 护装置硬件原理概述r9 2 数字式保护的数据采集与数字滤波r 9 3 数字式保护的特征量算法r9 4 数字式保护的基本动作觌据的 算法r9 5 数字式保护装置的软件构戏r 4 ) w c s e t p r o p e r t y v a l u e ( i d 。”c o j o r4 ? e l l o w 。) 一一w c