（电力系统及其自动化专业论文）分布式智能操作票系统的实用化研究.pdf

a b s t r a c t t h et w ot i c k e t sr u l e si nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ni sav e r y i m p o r t a n t m e a s u r et oe n s u r et h es u b s t a t i o np r o d u c i n gs t e a d i l ya n ds a f e l y ，t h e r ea r ea l o t s v e r y s t r i c td e m a n dt o t h e t w o t i c k e t s q u a l i t y f r o m t h e s u b s t a t i o n s a c t u a lc o n d i t i o n s ，t h i st h e s i sp r e s e n t san e ws i m u l a t i o ns o f t w a r e s y s t e mf o rf i l l i n gi nt w ot i c k e t s t h ed e s i g no fg r a p h i c a li n t e r f a c em e e t sw i t h t h eo r d i n a r ym a n u a lw r i t i n ga n dw o r k e sc u s t o m w i t hv a r i o u sf u n c t i o n s i n c l u d i n gp r o d u c i n g ，d e l e t i n g ，p r i n t i n g ，a n ds a v i n gt w ot i c k e t s ，t h es y s t e m c a nr u ni nt h ew a yo fa v o i dm i s o p e r a t i o n t h es o f t w a r ec a nb ee f f e c t i v e l y u s e di ns u b s t a t i o n s i nt h i ss y s t e m ，w eu s et h e3 - t i e r e da r c h i t e c t u r e 3 - t i e r e da r c h i t e c t u r ec o n t a i n3 p a r t s ：c l i e n t ，a p p l i t i o ns e r v e r , d a t a b a s es e w e r t h ec l i e n ta n dd a t a b a s ea r ed i v i c di n t ot w o p a r t t h ed a t a b a s ec a nb ev i s i t e db ys e r v e ro n l y , s o i te n s u r e st h es a f eo f t h ed a t a k e yw o r d s ：o p e r a t i o nt i c k e t ，w o r kt i c k e t ，d i s t r i b u t a t i o n c o n s t r u c t i o n ， 3 - t i e r e da r c h i t e c t u r e 本人郑重声明：此处所提交 华北电力大学攻读硕士学位期间 词砘锄勿 本人在 研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名圭些日期：巡：! ：垒 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： e t期：轴厅，、吕 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 倒闸操作是指电气设备或电力系统由一种运行状态变换到另一种运行状 态，由一种运行方式转变为另一种运行方式时所进行的一系列的有序操作。 如断开或合上某些断路器和隔离开关、断开或合上某些直流操作回路、切除 或投入某些继电保护装置和自动装置或改变其整定值、拆除或装设临时地线 及检查设备的绝缘等。 倒闸操作是变电站运行值班人员的一项重要工作。它关系着变电站及电力 系统的安全运行，也关系着在电气设备上工作的工作人员的生命及操作人员 本身的安全。误操作可能造成全变电站停电，甚至扩大到整个电力系统，使 系统瓦解。而且，倒闸操作是一项比较复杂的工作，既有一次回路的操作， 也有二次回路的操作，操作项目繁多，多达几十乃至上百项操作，稍有疏忽， 就会造成事故。因此正确的倒闸操作具有十分重要的意义。 在电气倒闸操作中，开写操作票是必不可少的环节。一张正确的操作票是 正确进行电气倒阉操作的前提和保证。现在很多电业局( 供电局) 的变电站电 气倒闸操作都是由操作维护队专门负责。一般而言，一个电业局( 供电局) 下 辖的变电站少则几个、十几个，多的甚至几十个，这些变电站的电压等级、 接线方式不尽相同，因而其运行方式也是多种多样的，由于管辖的设备众多， 常会出现几个变电的倒闸操作时间发生冲突。在这种情况下，如果仍然采用 传统的手工开票方式开写操作票，对开票人员丽言是一项繁重的工作，开出 一张错误的操作票，将导致误操作。 运行人员在开列操作票时，主要是依据变电站安全运行规程、现场运行规 程、操作习惯和经验等等，制定从当前的运行方式到操作任务指定的运行方 式的一系列有序的操作集合。专家系统是模拟人类专家解决实际问题的计算 机程序。也就是况专家系统提供了一种新型的程序设计方法，可以解决传统 的程序设计方法难以解决的问题。因此很多人利用专家系统( e s ) 技术开发 变电站操作票开票系统，并取得了不少成果。这些系统与传统的手工开票相 比，具有以下优越性； 开票速度快，操作票规范、整洁； 利用防误逻辑、专家经验等保证操作票的正确性 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 提高电气设备倒闸操作工作效率，保证电气设备检修有效时间等。 因此，用计算机代替人工开写操作票就成了一种必然的趋势。 除了操作票之外，工作票制度也是电力系统运行管理中一种有效的安全 措施，是保证设备及人身安全、提高检修质量的一项重要措施。在变电站设 备检修或测试之前，工作人员必须填写相关的工作票，来说明工作开始之前 所必需的安全措施。变电站运行人员根据工作任务的内容拟定倒闸操作次 序，两票应相互对应，以保证检修或恢复任务的顺利完成。目前，大多数变 电站操作票和工作票专家系统是相互分离的，这为软件的维护带来不便。同 时，在人工管理的工作过程中，存在着许多长期困扰着工作人员和管理人员 而又无法得到解决的问题，如：重复劳动造成人力和纸张的极大浪费且效率 低下；安全管理人员无法实时、准确地起到监督作用和了解生产设备状况； 审核监督意见无法及时反馈等均造成事故隐患。工作中涉及人员多且分散致 使无法及时办理工作票，审核意见签署和合格率统计时要重复而繁琐的对每 张工作票进行签署和统计，严重影响着人力、物力、效率、安全等因素。 t 2 国内外研究现状综述 随着计算机技术的发展，使得电力系统改变以往传统的管理、运作方式方 式成为可能。因为两票工作任务本身有着复杂、枯燥、安全性要求高，制度 严格，逻辑性复杂等特点，从9 0 年代初开始成为一个比较热门的研究领域。 各种用于操作票处理的应用软件应运而生，取得了很多的成果。但这些系统 大部分只涉及到操作票的内容，而且多以一次设备的操作为主，或者是没有 实现可视化的模拟操作。在本系统中，将在以前系统的基础上，综合各自优 点，取长补短，通过面向对象编程技术加以实现，并在工作流程的实现、工 作票的填写与管理以及网络功能上进行一些完善和拓展。 从设计的总体思路上，能辅助人工开列操作票的系统主要分为四类： ( 1 ) 原始型 将原来用手写操作票，改为用计算机文字编辑工具或表格编辑工具进行 编写，将格式设计好后就可以打印输出。这是利用计算机产生操作票最原始 的形式。却使人感觉到了用微机产生操作票的优点。字迹清楚、票面整洁、 修改方便。 ( 2 ) 典型票型 将操作票的内容用数据库的形式存放，开发数据库管理和维护的系统，能 对操作任务进行分类存储、检索和输出。每个操作任务的内容以整张票的 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 方式用文本存储，操作人员通过选择分类检查方法生成相应的操作票内容。 这在早期开发的操作票系统和m i s 系统较常见。它的特点是： 以文本形式储存每一步的操作内容，具有修改上的灵活性。 运行人员掌握起来比较容易。 数据库用户维护平台使用比较方便。 不具备推理判断能力，无法识别所储存的操作票内容是否正确。 数据库规模随操作票的增多而扩大。这种方式还称不上是专家系统， 充其量只是一个操作票管理系统，比第一种方法只是增加了操作票内容的维 护。因为此方法没有难以理解的理论知识，对于不了解知识工程但有运行经 验并熟悉操作票内容的运行人员也可以开发，所以这是形成操作票的一种较 普遍的方法，目前还有很多变电站还使用这种方法。但因没有防误过程无法 识别操作内容是否正确是这种方法的最大缺陷。 ( 3 ) 智能推理型 此方法利用专家系统思想实现操作内容的自动生成。通过对应用对象进 行仔细分析，建立知识库、规则库和推理机，利用推理机对知识库的解空间 进行搜索，用专家系统的推理技术来实现各类操作任务的形成。操作人员通 过给定的界面，选择操作任务和其它配置项，就能自动生成相应的操作内容。 通过引入电网的图形拓扑结构图，使操作票专家系统在具有智能性的同时又 具有友好的图形化人机界面系统。为了适应特殊的操作，可进行手写操作票 的审核，通过与在线数据库相连，可在线获取操作票编写需要的当前电网状 态信息，实现在线操作票的推理。操作票专家系统的特点是： 操作任务的形成具有智能性。 操作界面友好易用。 当网络结构发生变化时，只需修改系统知识库，维护方便。 ( 4 ) 点图开票型 点图开票又称图形开票，是指操作人员在变电站接线图形界面下，用鼠标 单击需操作的、二次设备进行模拟操作及检查、测量验电等特殊操作，通 过逻辑判断和当前设备位置信息的校验，软件自动产生含二次设备的正确操 作票，以达到快速开票的目的。这种方式非常形象直观，通过一次接线图或 者二次屏柜图，用户可以直观地了解当前的系统运行方式、设备运行状态等 开列操作票需要的最基本的参考信息。而且每操作一项系统都会检查其是否 违反安全操作规程，只有不违反操作规程才会形成操作项。 对于点图开票系统来说，还存在有以下问题： ( 1 )图形编辑、显示模块大多采用自己开发的软件实现，图形显示比 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 较粗糙，难以与其它系统( 如变电站仿真培训系统) 集成。 ( 2 ) 一般只显示一次系统主接线图，对保护压板、控制保险等二次设备 的选择或者通过菜单等实现，或者只能在简单的、只显示压板的图形上选择。 由于绘图软件的限制，现有系统不能显示保护或控制屏柜的整体外貌。在实 际的操作票中，对二次设备的操作往往比对一次设备的操作还要多，这就使 图形开票系统的优势：直观、形象性大打折扣。 ( 3 ) 对操作规则的校验一般仅限于一次设备，而且只对“五防”规则进 行校验。虽然遵守“五防”规则是倒闸操作时最重要的原则，但是违反其它 规则时同样可能造成严重的后果。 综上所述，现有的操作票专家系统存在的共性问题有： i 系统的开放性差 有的开票系统往往是针对某个特定的变电站而开发，知识库与推理机没有 完全分开，操作任务、操作规则等被写入源程序中，尽管开发人员对操作任 务和操作规则等都进行了非常详尽的分解归类，在开发完成的初期也许能完 全满足开票的要求，但是随着电力系统的发展，如变电站投产新的设备甚至 运行方式发生变化( 近几年的城网改造和农网改造使这种变化非常普遍) ， 原先的系统就不能胜任了。 2 系统的易维护性差 一些开票系统虽然做到了知识库与推理机的分离，即用户可以添加新的操 作任务和规则，但是这些系统或者知识的表示方法非常抽象( 如用开关控制 逻辑表示操作规则) ，或者需要由用户填入的信息非常繁杂( 如对操作任务 的维护上，有的系统需要把典型操作票全部输入系统；有的针对每一个任务 都要把它需要操作的设备及其执行完的状态一一输入) ，而我园变电站运行 人员的文化水平一般又不高，导致现场人员对这样的系统产生本能的抵触。 3 系统的安全性差 多数系统的结构都是单机模式，功能和数据都集中在一台p c 台式机上， 系统的数据安全根本无法保障。 为了解决变电站操作票工作票智能开票系统上述问题，前人已经做了很 多探索： ( i ) 在编程思路上的改迸，主要包括： 数据库和知识库的通用性研究：专家系统主要由数据库、知识库和推 理机组成。一般来说，不同的变电站的倒闸操作票的主要差别是数据库和知 识库不同，而推理机是可以通用的。数据库描述变电所的一次接线和二次系 统的配置。通过对多年运行经验总结，我国变电所的主接线已经相当规范化。 4 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 既然次和二次系统都是典型的拼接，我们就可以建立一种通用数据库。里 面包括各种可能的典型模型。用在具体变电所开发时，根据该变电所的一次 和二次接线，通过组装、剪裁和拼接等方法，形成针对指定变电所的数据库。 规则库的改进思想和数据库类同。 推理机制的通用性研究：以往的操作票专家系根据具体的任务进行推 理。这样不同的任务组合有不同的推理过程，然而能考虑到的任务组合毕竟 有限，因此在功能上或多或少的存在一定的局限性；在程序安排上，存在重 复和臃肿现象，占内存空间大，运行速度慢。将推理机设置为通用的推理过 程，能够很好的解决通用性，而且运行速度快，程序简练。 ( 2 ) 在编程技巧上的研究 面向对象技术是计算机应用领域9 0 年代迅速发展起来的一个新生事 物，它的出现被认为是程序设计方法学方面的一场实质性革命。专家系统的 研究者们也注意到这一新技术，开始在自己所研制的操作票专家系统中引入 面向对象技术，希望能改善其通用性。 ( 3 ) 在编程结构上的探索 软件重用是在软件开发中避免重复性劳动的解决方案，出发点是应用系统 的开发不再采用切“从零开始”的模式，而是以已有的工作为基础充分利 用过去应用系统开发中积累的知识和经验，从而将开发的重点集中于应用的 特定构成部分。按照组件化程序设计思想，将单独的、庞大而又复杂的应用 程序分成多个模块，这和过程化程序设计的子程序类似，但是按照组件化程 序设计思想，每个模块不再是一个简单的代码集，面是一个自给自足豹组 件( c o m p o n e n t ) 。这些组件模块可以运行在同台机器上，也可以运行在 周域网、广域网甚至i n t e r n e t 上的不同机器上。组件技术的实质是一种客 户服务器模式，客户组件通过服务器组件的接口来访问服务器组件提供的 服务。只要服务器组件提供的接口不发生改变，服务器组件的升级和修改就 不影响客户组件的运行。 目前，运用面向对象技术和组件技术在解决通用性方面都单独开展了研 究工作，但这些工作仅仅是一个开始，还有许多实际问题有待研究。 1 4 本文的主要工作 ( 1 ) 采用分布式结构，将基于角色的安全性管理引入了操作票、工作票系 统，使分布式应用的数据安全有了充分保障。 ( 2 ) 网络拓扑的应用，大大减轻了系统初始化工作量。本系统利用自主开 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 发的一套图形软件包，自制所需的组件工具栏，在图形绘制过程中根据需要 绘制图元组件，一个图元组件对应于一个电气设备，并把组件设置为一个对 象，也就是以实际物理对象为模板确定对象类。当主接线图绘制存盘时，系 统会把相关信息存储在图形数据库中，以备专家系统的调用以及系统重绘的 需要。同时，系统还提供一个人机界面接口，给用户进行系统初始化，初始 化的信息也存在数据库中，开票时需要调用这些信息。图形中的图元组件可 以任意移动、删除，还可以进行设备状态的设置。通过对图元的参数输入、 属性设置，便可以建立起相应的变电站设备信息模型，并建立起设备之间的 网络拓扑关系。 ( 3 ) 二票一体化设计，共用网络拓扑与设备台帐，保证了数据的一致性， 可实现二者相互校验，确保系统操作及工作的安全。 ( 4 ) 采用了分布式客户端n 务器体系结构，系统的数据库按分布式设计， 这样两票系统既可和生产管理系统的其他部分以集中的模式联网运行，也可 将相关库表下载到笔记本计算机，独立运行，两者通过数据库的复制技术实 现数据交换，这样可较好解决无人值班站，网络不通情况下的开票问题。 ( 5 ) 该系统开发、调试的主体工作己完成，已进入工程现场测试，近期将投 入试运行。 6 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 2 1 系统的设计要求 第二章系统总体设计 变电站两票制度是变电生产过程中保证变电站准确、安全运行的重要组织措 施。通过对两票的认真填写、审核、执行，可以十分有效的防止误操作及生产事 故。本系统的目的，就是将这部分工作通过计算机手段实现，快速、自动的生成 两票，减轻工人的劳动量。 本系统，要求能够很好的符合变电站的实际工作流程，符合变电生产现场的 实际情况。因为变电生产具有很强的规范性，有很多的工作是重复性的，因此当 进行以前有过的工作时，可以自动生成类似的操作票、工作票。在进行手动生成 操作票时，要求实现操作票生成过程的可视化，操作人员在操作界面上的每一步 操作的结果都可以直观的体现出来，对不符合操作流程的操作发出错误警告。由 于变电站的生产设备的更新换代，所以随着设备的变更，计算机上的变电设备模 拟图也应当能够进行图形和操作关系的相应调整。为了操作的方便，允许工作人 员操作时，对界面进行缩放。工作票手动生成时也要求进行严格的安全性检验。 新生成的两票经过实际操作检验，经过上级部门批准后，可以收录到两票典型库 中，作为以后类似操作的依据。对于两票的内容以及操作结果可以在上级部门需 要时通过网络进行上报，变电站也可以通过网络接收和回复上级部门的调度令。 利用计算机开列操作票直是现场运行人员非常关心的问题，尤其在目前运 行值班人员减少和运行设备自动化水平不断提高的阶段，此项工作更有意 义。虽然操作票开票系统的开发已有多年。但在全面满足生产运行管理需要 方面，还有很多工作要做。开发这套系统的指导思想是使系统达到实用化、 规范化、智能化要求，具体地说，就是： ( 1 ) 通用性强。系统能广泛适用于各种电压等级和接线形式的变电站。 ( 2 ) 用户界面友好，易学易用、易维护、易扩充。软件交给用户使用后， 当操作任务操作规则等发生变化时，用户可以方便地修改相应的知识库。 ( 3 ) 可靠性高。从软件的设计到程序的编制等各个阶段都要充分考虑到各 种异常情况的发生。具有可以检测排除错误及互相矛盾的数据等功能。 ( 4 ) 系统共享数据库。网络管理信息系统的最大优点之一就是可以实现信 息的共享，避免信息重复以及统计口径不一等情况的困扰，因此系统的共享 性如何应该是衡量信息系统设计是否良好的一项重要指标。共享又分为处理 共享和查询共享。处理共享是指数据内部相互调用的共享关系，这是由数据 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 对象之间的内在属性决定的。而数据的查询共享是根据用户对各类数据的管 理要求来确定的，其查询范围和深度应受到操作权限等的制约，共享的范围 应是可维护和可变动的。 2 2 系统的流程分析 2 2 。1 工作票的流程情况 当变电站工作人员收到工作票后( 包括工作票号和工作内容) ，向调度申请 许可开工，得到调度回复后根据所需要进行的操作，变电站工作人员，使设 备进入到执行工作票所需要的状态，并回复调度该调度令涉及的操作己完 成。然后变电站人员许可工作票，和工作票的执行人员一起填写完成工作票 的票号、内容、安全等事项，填写完成后经负责人认可后，工作票的执行人 员可以开始工作。如果工作票当天不能执行完毕，则需要调度申请工作票延 期，待调度回复过后，工作票交变电站人员保管，到下次继续执行该票时再 行发放。继续执行该工作票时，如果工作负责人发生交化，也需要向调度提 出申请，认可后进行记录。工作票里的工作内容执行完毕后，执行人员需要 填写修试记录，最后，结束该工作票。整个工作栗的执行过程如下图所示： 图2 11 - 作票执行流程图 华北电力大学( 北京) 硕十学位论文 2 2 2 操作票的流程情况 操作票的生成，其基本流程情况是：首先，根据设备的运行状态，对矢 量图形界面中的设备状态进行更新。当有操作票生成任务时，操作人员可以 选择手动或自动的方式进行写票工作。在自动状态，系统会按操作任务自动 生成操作票：手动时，系统会按照专家知识库中的规则并参照变电生产设备 的现时状态进行票的逐步生成工作。每一步完成之后，专家库都要对其进行 核实，确定是否合法，是否影响别的设备的运行状态，并将该步记录到操作 信息库中。操作票最终生成后，系统对其记录并打印，工人可以拿着票在模 拟盘中进行模拟以熟悉操作。确信无误后，工作人员进行现场操作，操作完 毕后，回复调度令，此时系统再将操作信息库中的一些内容写入设备状态库， 以使图形界面中的运行信息和实际设备的运行状态保持一致。整个过程的流 程如下： 图2 2 操作票执行流程图 9 回 复 标 志 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 2 2 系统的设计目标 1 ) 图形点击开票 本系统能够在变电站接线图形界面下，通过用鼠标单击需操作的一、二次 设备进行模拟操作及检查、测量验电等特殊操作，并对操作进行“五防”校 验，如果通过校验，则生成操作项。反之，则提示错误信息。 2 ) 二票共享网络拓扑，规则解析方法 工作票与操作票有很大的相似性，在这套系统中，充分发掘两票的通用 点，使两票系统共享网络拓扑，以及规则解析的方法，使软件开发的过程大 大缩短。 3 ) 二票可相互校验 由于本系统中两票共享网络拓扑以及规则解析，使两票的基础数据能够 保持一致，并能够相互校验，保证了开票的正确性， 4 ) 可实现远方审核与许可 此系统是建立在供电局的局域网的基础上的，并且有权限控制，使得业务 单可以在网上传递，开票人员开出一张完整的工作票后，可将此张票的信息 上传n n 务器中，可以实现远方审核和许可，大大方便了工作人员，同时也提 高了工作的安全性，真正实现了办公自动化。 2 3 系统总体设计 系统设计的主要任务是根据系统分析给出的逻辑模型和系统目标，科学、 合理的制定物理实现方案，解决“系统怎么做”的问题，他涉及到的工作有： 系统功能模型设计、代码设计、数据库设计、输入输出设计等。 2 3 1 系统功能模型设计 系统功能模型设计也叫子系统划分。他从系统的整体出发，根据系统的目 标、功能，将其分解成一系列子系统。划分过程是自上而下的将整个系统划 分为若干个子系统，再根据需要进一步分解子系统( 模块) 。子系统划分的 原则有： ( 1 ) 子系统要具有相对独立性； ( 2 ) 子系统之间的数据依赖性尽量小； ( 3 ) 予系统划分的结果应使数据冗余小。 1 0 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 子系统划分方法有： ( i ) 按逻辑划分 把类似的处理逻辑功能放在一个子系统或模块内。 ( 2 ) 按功能划分 按管理的功能划分，这也是目前最常用的划分方法。这种方法的好处是物 理概念较为清晰，本文也采用这种方法。 2 3 2 系统功畿模型示意图 2 3 3 代码设计 图2 3 系统功能模块示意 代码是代表事物名称、属性、状态等的符号，通常是数字、字母的组合， 设计一个好的代码方案，可以使机器处理( 如某些统计、校对、查询等) 变 得十分方便，还可以把现阶段人工难处理的工作变成很简单的处理。代码为 实体或属性提供了唯一确定的标识；可以提高数据的全局一致性，在不同场 合甚至有不同叫法的同一事件，都可以通过编码统一起来。代码还可为实体 或属性提供简单但易于识别的认定，便于数据的分类、检索和统计。提高数 据处理的效率，同时，代码缩短了事物的名称，可以节省纪录、记忆和存储 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 空间。 2 3 4 代码设计的原则 ( 1 ) 代码要具有唯一性。每一个代码所标识的实体或属性应是唯一的。 ( 2 ) 代码的合理性。必须在逻辑上满足用户需要，在结构上与处理方法一 致， ( 3 ) 应具有可扩充性。代码要有足够的备用码位。以适应不断发展的需要。 ( 4 ) 代码的编制应当规范化、系统化。代码的结构、类型、编写格式必须 统一，有一定的分组规则，以便在整个系统具有通用性。 ( 5 ) 代码应当简单，尽可能反映实体的特点，以助记忆，便于填写。 本系统采用顺序码和分段码两种方式进行编码。顺序编码方式就是按照字 母或数字的顺序进行编码，分段编码方式将编码分为几段，每段位数可以不 等，各段表示不同的含义。本系统中的设备编码即采用了这种编码方式： 丛盟盟盟 注；o 卜设备大类 0 2 设备，j 、类 0 3 设备名称 0 4 设备状态 2 4 软件结构设计 在传统的c 1 i e n t s e r v e r 应用和b r 。w s e s e r v e r 应用中，用户界面的 改变、应用逻辑的改变，都要修改程序原代码。这给维护带来了巨大的麻烦。 多层结构的应用正是在对c s 结构的总结基础上产生的，并且也已经扩展到 了b s 应用开发领域。即将应用划分为三层( 可以有更多层，但三层最常见) ： 用户界面层，应用逻辑层，数据库层。 图2 5 三层体系结构 三层结构计算将数据处理过程分为三部分；第一层是客户端( 用户界面 1 2 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 层) ，提供用户与系统的友好访问；第二层是应用服务器，专门负责商业逻 辑、业务逻辑的实现；第三层是数据服务器，负责数据信息的存储、访问及 其优化。由于业务逻辑被提取到应用服务器，大大降低了客户端负担，因此 也称为瘦客户( t h i nc l i a n t ) 结构。 三层结构在传统的二层结构的基础上增加了应用服务器，将应用逻辑单 独进行处理，从而使得用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，两者之间的 通信协议由系统自行定义。通过这样的结构设计，使得应用逻辑被所有用户 共享，这是两层结构应用软件与三层应用软件之间最大的区别。 三层结构的优势： 首先，通过将整个系统分为不同的逻辑块，大大降低了应用系统开发和 维护的成本。 三层结构将表示部分和业务逻辑部分按照客户层和应用服务器相分离， 客户端和应用服务器、应用服务器和数据库服务器之间的通信以及异构平台 之间的数据交换等都可以通过中间件或者相关程序来实现。当数据库或者应 用服务器的业务逻辑改变时，客户端并不需要改变，反之亦然，从而太大提 高了系统模块的复用性，缩短了开发周期，降低了维护费用。 其次，系统的扩展性大大增强。 模块化使得系统很容易在纵向和水平两个方向拓展：一方面可以将系统 升级为更大、更有力的平台，同时也可以适当增加规模来增强系统的网络应 用。由于摆脱了系统同构性的限制，使得分布数据处理成为可能。对未来的 系统性能提升需求，仅需加入不同的层的服务节点，系统即可平滑进行扩展。 第三，系统的可维护能力大大增强。 三层结构的应用，无论是用户界面层的修改，还是逻辑层的变动，可以 简单的在应用服务器上的升级调整，即可完成应用系统的更新。无需象c s 程序一样，每个工作站的程序升级更新样麻烦。三层结构的应用，系统的 未来升级，维护仅需在应用服务器端进行集中升级。 第四、系统具有可靠性 三层结构的应用，可平滑将系统结构升级成为集群结构，使系统具有非 常高的稳定性，单节点的系统灾难不会对系统的数据完整性，持续运行时间 造成影响。 第五、系统具有较高性价比 系统逻辑计算部份集中部署于高性能的应用服务器上，使系统具有非常 高的计算性能，减少对客户机的机器成本。 由于三层结构中应用层逻辑划分、表示层的封装等应用服务器技术比较 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 复杂，不容易进行系统部署，所以对研发人员和成本要求较高，这对三层结 构中应用的广泛普及起了阻碍作用。 三层结构应用在这几年发展很快，在众多领域得到了广泛的应用。如在 电力s c a d a 应用软件平台、证券交易系统、电子商务系统、e r p 、c r m 等，都 使用了三层结构应用平台。 本系统的软件体系结构采用了三层体系结构：客户端、应用服务器、数 据库服务器。客户端完成与客户的交互，将客户请求发送至应用服务器，将结 果返回给客户；应用服务器将维护管理系统运行，编译执行d e l p h i 应用程序 实现客户与数据库服务器的连接操作；数据库服务器为整个系统提供数据库 服务。管理系统应用服务器采用w i n d 0 w s 2 0 0 0 ，数据库服务器安装 o r a c l e 9 i ，该数据库为整个操作票3 2 作票管理系统提供数据服务。 2 4 系统安全性设计 对于任何管理信息系统，健壮有效的安全管理机制是合法地使用信息，防止 非法获得或破坏信息的基本保障。一个信息系统的安全管理可分为两个方面，一 个是系统级安全管理，这种安全管理是由数据库系统保障的【7 】，另个是用户 级安全管理，主要决定于系统构成。一个大型的信息系统均会具有许多功能和许 多用户，这些用户处于不同的岗位，具有不同的级别，他们从信息系统中获取信 息与处理信息的职权亦不同，这要求应用系统提供权限管理机制，控制各种用户 使用系统的权利访问。 本系统采用用户级安全模式，这种模式的安全性是最有效率的。采用该 模式，每个单独的用户和用户组都将被赋予访问数据库中对象的不同权限。 a ) 权限也称“权利”，它指定了用户对数据库中数据或对象的访问权。 权限是对信息系统的操作权力，一般地，任何角色均被赋予一定的操作权限，不 周角色应被赋予不同的操作权限，一个用户又被赋予多个角色，使得用户与角色 之间的关系成为多对多的关系，会话起到控制一个用户在激活某个会话时，可起 到的角色作用。即当一个用户被赋予多个角色，丽这些角色又分属若干会话时， 由于用户在任一时间内，只能激活一个会话，使得用户在该时间内，只能扮演该 激活会话包含的角色，其他会话包含的角色，在该段时间内均为禁用。利用会话 功能，可以有效控制角色冲突。限制机制是角色授权与用户赋予角色等的约束。 本文的用户角色模块授权模型思想是：将系统中的所有模块存放在数据库 中，对每个角色授予其可管理的模块列表，再将这些角色授予用户。 例如，用户对表或查询拥有读取数据的权限，那么他就只能查看数据而不能 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 对其进行编辑。 b ) 用户，数据库的任何用户都有其用户名、密码和一组数据库访问权限。每 个用户都被“授予”了访问数据库中对象的不同权限。同时，还要为每个用户提 供用户名和密码，用户将使用它们登录数据库。 授予每个用户的权限取决于该用户需要对数据库进行的操作的性质。通常， 可以刨建组，然后将权限授予每个组。最后，将用户分配到相应的组中。这样 每个用户将继承分配给该组的权限。 系统内的所有用户均有用户级安全措施。每个用户拥有不同的用户帐号 及用户密码，这样可以保证本系统未注册用户不能进入系统操作，且系统自 动记录各用户的操作过程，以方便稽查；用户管理功能可以将用户按工作需 要进行分门别类的设置。不同的用户享不同的功能，保障系统正常安全运行。 如对于工作票，由于工作票涉及的部门较多，角色较多，其开票、签发、审 票、许可、终结等环节涉及到电力生产过程的安全责任问题。为了保证工作 票的工作负责人、签发人、许可人能真正把好工作票流程的每一道关，系统 编程中，角色”账户”的保密性管理是该子系统重点考虑的问题。我们不仅将 工作票票面内容按照电力生产过程权限要求分开，即工作负责人填写部分、 签发人填写部分、许可人填写部分。相对独立，不得交叉，严格按照权限进 行填写。而且，系统为工作票的”三种入”分鄹设置了密码，用户必须输入账 户和密码用于身份识别。只有拥有相应权限，才能进入相应账户并进行签名 确认，保证工作票登录、签名的有效性和安全性。如果错签、漏签，系统将 弹出提示信息，并拒绝进入下一个节点。以下是用户权限示意表； 用户享有功能禁止工作票类型 领导领导审核、查询无 系统管理者查询、管理、模板无 签发人查询、签发、模板、打印根据安全资格类型 许可人查询、审核、根据安全资格类型 工作负责人 查询、审核根据安全资格类型 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 第三章图形管理 本系统的图形部分是基于第三方a c t i v e x 控件开发而成的，该图形控件全 面支持v is u a lc + + 5 0 ，6 0 以及v i s u a s t u d i o n e t 。系统支持无限制重复 取消、所见即所得打印、全功能的矢量编辑操作以及可伸缩的流程编辑功能。 该控件已在全球范围内成功地应用于开发工业流程、电子地图、g i s 、电路 设计、工作流、平面排版、教育训练、c a s e 、c a d 、c a m 、化工流程、统计分 析图表以及各种绘图程序等。 由于电力生产管理系统，要处理各种图形，如电网主接线、电网地理接线 图、二次压板图、组织机构图、生产流程图等等。目前市场上现有产品都难 以全面满足上述需求，因此，我们选择该a c t i v e x 控件为基础，进行电力生 产管理系统统一图形平台的开发 图形管理模块主要负责绘制、修改、管理一次系统图及二次屏柜图、完成 变电站间的切换以及刷新设备状态等工作。通过图形管理模块可以完成以下 一些主要工作：调用本系统开发的图形软件包绘制次系统图及二次屏柜 图，并生成一次设备的拓扑连接信息，保存到数据库中：根据现场设备变化 情况，修改原有的变电站一次系统图：对各变电站一次系统图进行管理，包 括调出保存等工作：响应用户请求，完成变电站一次系统图间的切换，设置 一次系统图中各设备实时状态。一次接线图的生成过程包括图元的创建，图 元的组合形成主接线图，元件的标注，参数的显示及输入等。 3 1 图元及单元模板的绘制 这一部分是图形绘制系统的基础部分，所有接线图中需要的元件，都在这 一模块中绘制完成。电力系统一次主接线图中包含有许多电气元件，主要由 变压器、开关、刀闸、母线、电压互感器( p t ) 、电流互感器( c t ) 等1 7 类电 气元件组成。利用vc + + 6 o 开发工具将这些电气设备编辑成位图控件放在 系统的绘图工具栏中，用户只需在绘图工具栏中选中所需的位图控件，然后 在绘图区中动态的创建位图。一次接线图的生成过程包括图元的创建，图元 的组合形成主接线图，元件的标注，参数的显示及输入等。一次主接线图在 设计时把每一个图元作为个对象，每个图元对象都有自己相应的数据库结 构。把各种电气设备如主变、母线、开关、刀闹等都分别用图元表示，同时 对各图元代表的各站具体设备信息进行处理，存在对应的数据库中，以便推 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 理机的搜索、查询。以下是图元绘制模块界面 3 2 主接线图的绘制 图3 1 图元绘制模块界面 本模块以各种元件( 主变、母线、开关等) 为对象分别设置，用各种图元代 表不同的设备对象。绘图时，可在图中工具栏中选择相应的图元绘制，然后 将这些图元进行连接组合形成主接线图，而后对图中设备进行文字标注，最 后对设备的参数进行输入。由元件框中选出的元件，将会在模块左下角的属 性编辑框中列出元件带有的属性项，可以对元件属性进行建模。我们可以在 这些属性项中加入需要的内容： 设备名称：为手工输入属性，输入的是设备的具体名称，如6 7 5 6 线路开关。 编号显示标志位：控制是否显示设备名称。 电压等级：此项用于选择电压等级，用于选择的电压等级项由台帐提供。选 择电压等级的目的在于可以根据电压等级给元件设置颜色。 关联设备：在此项选择选中元件在关联设备树中的相关名称。在此项做选择 之后，将可以在浏览模块看到此元件的设备台帐。 关联图形：此项选择选中元件所关联的图形，如二次屏标志属性项有此项， 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 选择与标志相关的图形，将可以在浏览图形时调出相关的二次屏柜图。 运行状态：此项可以对选中的元件进行状态切换。 此外还有运行编号、设备所属间隔等属性。以下是绘制完成的一次接线图 图3 2 主接线图绘制模块 该次接线图可以进行任意的移动、翻转、缩放等操作，同时，在某些有状 态属性的图元( 开关、刀闸等) 上点击鼠标时，可以改变对应设备的状态。设 备的元件参数与数据库相联系，修改其中任一个均可以对元件参数进行修 改。 传统的软件编程思想是面向过程的，设计思想的核心是功能的分解，程 序由若干过程模块组成，然后根据模块功能来设计一系列用于存储数据的数 据结构，最后编写一些过程函数对这些数据进行操作。数据结构和过程分离， 这样增加了系统维护和扩展的难度，而且面向过程的程序可重用性差。面向 对象技术是一种新的程序设计范型。面向对象程序的主要结构特点是：程序 一般由类的定义和类的使用两部分组成，程序中的一切操作都是通过向对象 发送消息来实现的。面向对象程序设计的最大优点就是软件具有可重用性， 可扩展性和可维护性。 一次接线图绘制模块不仅需要与系统数据库中图形库进行数据交互，而且 还要能根据厂站拓扑结构的改变而进行相应的变动。因此，采用面向对象的 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 编程技术更适合于一次接线图绘制的实现。系统将一次设备划分为几大设备 类，每个设备类定义相应的属性和成员函数。一次接线图的绘制实际上就转 化为逐一对每个设备类进行绘制，然后将所有的类进行连接即可。每个设备 类的操作相互独立，便于一次接线图模块的维护和扩展，比如增加或删除设 备只需调用相应的设备类进行操作，维护起来很方便，不容易出错。图形数 据库用以保存一次接线图中每个电气元件的相关属性。系统在绘制完一张主 接线图后，必须将接线图信息存入图形数据中，便于下次调用。 3 3 二次压板图的绘制 二次压板图的绘制与主接线图的绘制类似，先是在图元库中加入二次图 元，然后在绘制二次压板图的时候设置相应的属性，便可以在开票的时候进 行应用。 二次屏柜图形具有形象的二次设备屏柜图和保护压板投退示意图形，能动 态定义窗口的热连接( 二次屏柜字典) ，图形的相互切换非常方便。 以节点为核心表示电网拓扑知识且每一个电气设备当作一个独立的对象， 给采用图形自动形成电网拓扑知识库创造了有利条件。只要在所提供的图形 编辑子系统中绘制完成电网的一次接线图并设置好各设备的有关参数。系统 就能根据所绘制的电网一次接线图自动地生成其网络拓扑信息，并保存在电 网拓扑知识库中。当有新设备投入运行或旧设备退出系统时，用户只要在原 来的电网接线图上作相应的修改，便可达到修改电网拓扑知识库的目的。这 样就使得系统所显示的图形界面与其拓扑结构知识达到一致，避免了以往的 系统中需作两部分修改带来的麻烦。从应用的角度看这种自动获取电网拓扑 结构知识的方法正是用户所希望的。在形成拓扑知识库的过程中，对于电网 图形界面上的每一个电气设备对象，最终使直接相连的所有设备的有关信息 存入同个节点中。图3 3 是二次屏柜绘制界面： 1 9 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 图3 3 二次屏柜图绘制模块 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 第四章操作规则的维护与解析 知识库是专家系统的核心部分，它存储专家的经验、书本知识与常识性知 识。规则表达得正确而丰富，可以提高开票的正确率。一个系统的适应性和 通用性如何，不仅与知识的表示方式有关，而且与知识的表示程度，抽象程 度也有关，要能充分地反映出对电网的认知过程，而推理机的推理方式则与 知识库中知识的表达方式密切相关，因此首先要考虑知识的表达。知识库主 要包括电气设备知识及由运行规程和操作总结出来的规则知识，知识表示方 法选择的是否合适关系到系统运行效率和运行结果的正确与否。 推理机用来控制、协调整个系统，它根据当前输入的数据，利用知识库中的 知识，按一定的推理方法，找出解决问题的策路。并把结果送到用户接口。对 知识进行搜索匹配、对多规则同时成立时进行裁决选择是推理的主要过程。 知识表示是建立专家系统的关键问题。在电力系统操作票专家系统中，电 网拓扑结构知识表示方法是否合适，直接关系到整个专家系统实现的难易程 度、可扩充性、可维护性及推理效率等方面 1 。在文献 2 中电网图形数据 库与其拓扑知识库的管理是相互独立的。当电网结构变化时，需要分别在图 形编辑环境下修改图形，在知识编辑环境下对该图形的拓扑知识库作相应的 调整，而不能由图形自动形成其拓扑数据库。这主要是缺乏合适的知识表示 方法来描述电网拓扑结构，使电网图形与其拓扑结构数据库直接联系起来有 一定的难度。在文献 3 中，虽图形与其拓扑知识库有直接联系，但在图形显 示与操作方面pro log 语言有一定缺陷。因此，在满足界面操作图形化 的同时，能以电网图形为基础自动形成其拓扑知识库的这种知识获取方法无 疑给设计者和用户提供了很大的方便。另外，由于操作规程中的知识具有鲜 明的层次性( 即严格的操作次序) ，所以的“扩充的规则架+ 规则体模式” 表示操作规程知识可提高推理效率。 本课题将使用知识库与推理机分开的专家系统，知识库存储电气设备知 识及运行规程和操作总结出来的知识规则，形成规则库。将此类知识按操作 类型、操作任务、操作术语和规则等分层表示。采用合适的句法识别模式， 使系统具有高效的推理机构和可以灵活修改的规则库，实现知识库与推理机 的分离。如果随着电网结构的发展需要增加或修改内容，只要改动规则文件 即可，而无需对用语言编写的推理与匹配程序作改动，这对运行维护将是非 常方便的。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 4 1 设备类型维护 设备类型维护模块主要用于系统中操作设备的类型及其代码的维护，这些 代码都将在系统其他模块中被引用，因此代码维护模块应该在其它模块建立 之前首先建好。在对代码的维护过程中，我们对代码进行严格的