（电力系统及其自动化专业论文）基于地理信息系统的可视化电网参数管理系统.pdf

浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 电网参数管理的现状 目前在我国的电力系统部门中，大部分没有对电网参数进行统一的管理和应 用，参数数据分散在各个部门独立管理应用。例如，电网潮流和实时参数主要由 调度部门管理，存储格式为e m s 内部数据文件；线路基本参数和保护设备参数 主要由继电保护部门负责，格式多为电子表格或w o r d 文档；电网历史数据和负 荷参数等主要由运行方式科负责，数据存储格式为电子表格或内部数据库；大量 的具体设备的参数则由更基层的供电局和厂站人员进行管理维护。 这些电网参数在存储没有统一的标准，在管理维护上更处于混乱的状态。这 种混乱的管理状态给调度运行人员的工作带来了很大的困难，造成了调度人员工 作时主要依靠“记忆”来进行判断的状况。 电网的规模在不断扩大，其中的设备数量和种类日益增多，电网参数数据急 剧增加；同时电力系统自动化、信息化水平的不断提高，电网参数需求也越来越 多地被这些自动化、信息化的系统所应用来解决实际问题。目前这种混乱的管理 手段已难以适应电网发展的需要，电网参数需要科学有效的管理，迫切需要一套 能够适应目前及以后一段时期内电网发展需要的参数管理系统。 1 2 地理信息系统在电力系统中的应用概况 目前在我国各省级电力公司中，开展电力g i s 应用的约有半数以上，部分 省已逐步建成了全省统一的电力g i s 系统应用，多数单位结合城网改造已实现 了从开始的离线管理应用转向结合电网实时系统( 如配网自动算 线程的计算结果，整秒时标中断要使用g p s 中断的u t c 时间。 这些共 x 浙江大学硕+ 学位论文 统的正常运行、计划检修、故障排除、恢复供电以及用户报装、电量计费、馈电 增容、规划设计等，都要用到设备和地理信息。所以，g i s 首先在配电系统取得 了十分广泛的应用，并逐渐地成为各种配电自动化软件的基础平台。 目酶电力系统中对于g l s 的应用多集中于配电网层次，以g i s 作为基础平 台针对高压输电网运行和管理的各种解决方案目前也正在快速的发展起来。有些 在普遍使用的二维g i s 平台上引入设备的多媒体属性以帮助管理设备资料，还有 些引入数字高程模型( d e m ，d 酒t a le l e v a t i o nm o d a l ) 创建三维g i s 系统，使用 正射影像作为d e m 纹理，并在d e m 上叠加河流、道路、电力线和杆塔的矢量模 型使得系统具有立体效果。该系统实现了放大、缩小、沿预定线路漫游等图形观 察功能，看洪水影响的淹没分析，和各种资料查询。 通过电力g i s 的建设和应用电网管理企业普遍感到：由于电力地理信息系 统包含了大量的、随时变化的地理信息、电网基础信息和电网实时信息，它的成 功应用能够促使并帮助企业不断收集、整理、了解其管理着的电网，通过规范业 务流程，深入开展业务应用，形成网络化、可视化、信息化的电力信息平台，将 为电网管理带来许多好处。 l 、通过有效地对设备技术、运行资料和图纸、照片等媒体资料进行整合， 形成全方位动态的设备资料信息网，提高了供电企业对资源的利用，实现了资源 最大范围的共享： 2 、通过g i s 系统在 x 浙江大学硕士学位论文 线路管理上，与e m s 结合的较少；在应用过程中创造了极大的经济价值和社会 价值，但是也存在一些需要进一步研究和改善的问题。 1 3 系统研究开发的意义和目标 对于电网参数的管理，目前迫切需要做的就是统一化、规范化和开放化。建 立统一的参数数据平台就成为目前最有效也是最方便一种手段。如果在参数平台 上再辅助以图形化、可视化的手段，就会为应用人员，特别是调度工作人员提供 极大的方便。另外一方面，在电网众多的参数中有极大的部分都与地理信息有关 系，比如说输电走廊、厂站位置等等。如果参数平台中能引入地理信息平台的功 能对于处理和管理这部分参数将会有极大的帮助。同时由于地理信息系统平台经 常会提供强大的可视化功能，所以把可视化、地理信息系统与参数管理系统结合 不会对系统研究开发造成太多的额外负担，同时也能极大丰富和完善参数管理系 统的应用。 受河南省电力调度通信中心委托，在其现有的e m s 和s c a d a 系统的基础 上开发一套基于地理信息系统的可视化电网参数管理系统。本系统涵盖河南省电 网中所有一次设备和大量二次设备，运行于u n i x 环境下，并能够与e m s 系统 进行交互，可以为调度工作人员提供可视化的电网参数参考和所有关键电网状态 的可视化监视。数据平台要求既独立一体又能与现有系统实现方便的交互连接， 既能够有效的管理电网数据又能提供直观形象的可视化管理界面。主要工作有以 下几个方面：g i s 与e m s 的集成及实时数据的处理、基于c i m 的参数数据库设 计以及基于现有参数管理办法的数据导入导出的实现，基于a r c i n f o 和u n i x 的软件开发，可视化在电力系统信息处理方面的高级应用。 系统要实现以下主要功能： 基于地理信息系统的参数管理系统使地理数据、电网设备数据有机地结合起 来。通过菜单操作和多窗口方式逐级查询线路及厂站设备图形、数据等信息，使 电网档案资料的使用和管理方便、准确和快捷。参数管理系统将与工作站已有的 e m s 系统友好集成，实现参数管理和e m s 一体化。参数管理系统和e m s 系统 有统一的图形界面和统一支撑平台，实现参数管理一体化。下面简要的介绍电网 调度参数管理系统的一些功能。 基本功能 ( 1 ) 图层管理和显示。可以根据用户的需要将不同的图形信息分层管理和显 示。其中所包括的信息可以分为电气信息和非电气信息。电气信息指的是电力系 统的信息，如：厂站、1 1 0 k v 及以上电压等级输电线路的地理位置和相互距离、 浙江大学硕上学位论文 法。具体所做的工作主要包括以下三个方面：g i s 与e m s 的集成、基于c i m 的 参数数据库设计和基于a r c i n f o 的o d e 软件开发；其中重点工作在于基于 a r c 1 n f 0 的o d e 软件开发。 第一章主要介绍背景。综述了目前电网参数管理的现状和地理信息系统 ( g i s ) 在电力系统中运用的状况，提出了立项意义和研究开发的目标，并在总 结系统背景与研发目标的基础上提出了主要的解决方案。 第二章以前面所提出的解决方案中的技术背景为主要组织 x 浙江大学硕士学位论文 第二章地理信息系统与电网参数管理系统 2 1 地理信息系统( g i s ) 2 1 1 地理信息系统简介 地理信息系统( g i s ) 是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科 综合的技术，通常可以从4 种不同的途径来定义g i s ：( 1 ) 面向功能的定义：g i s 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。( 2 ) 面向应用的定义： 这种方式根据g i s 应用领域的不同，将g i s 分为各类应用系统，例如土地信息 系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。( 3 ) 工具箱定义方 式：g i s 是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合这 种定义强调g i s 提供的用于处理地理数据的工具。( 4 ) 基于数据库的定义：g i s 是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的 操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。 虽然g i s 是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技 术是数据库、地图可视化及空问分析；因此，可以这样定义：g i s 是处理地理数 据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。 地理信息是指研究对象的空间的信息，它表示地球表层物体及环境所同有的 数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律【l ”。从地理实体抽象到地理数据， 再到地理信息的发展，反映了人类认识提升。地理信息是空间信息，地理数据的 种类、特征是与其地理位置联系在一起的。地理信息又具有多重复合的特征，即 在相同位置上可以有各种各样的信息。例如，在一个地面点位上，有其相应的高 程值，重力、岩层特征、污染等多种信息。此外，地理信息还有明显的时间性， 比如说某一位置上2 0 0 0 年有一个山丘，到了2 0 0 1 年这里被铲平成为一个开发区。 为了对信息进行有效的处理，需要通过某种信息系统。它能对数据进行综合 的管理，为使用者提供良好的信息处理支撑。信息系统有四大基本功能：数据的 采集、管理、分析和表达。信息科学发展到现在，极大的归功于计算机科学与技 术的发展，总的来说信息系统是由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成 的。 地理信息系统( g i s - - g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 是一个高度综合交叉 浙江大学硕士学位论文 的学科，介于信息科学、空间科学与地球科学之问，是计算机软件硬件、地理数 据以及用来有效地处理所有与地理有关信息的有机集合体口。它是在计算机硬、 软件系统支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、 运算、分析、显示和描述的技术系统。这里，“地理”二字并非指地理学，而是 指按地理坐标来组织空间数据。g i s 处理、管理的对象是多种地理空间实体数据 及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分 析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管 理问题。g i s 的概念框架如图2 1 所示。 镯l 问 隔户养卸 图2 1g i s 概念框架 ( 1 ) g i s 的物理层次是计算机化的技术系统，由若干个子系统构成，如由采 集、管理、处理和分析、图像处理、结果输出等子系统构成，这些子系统的优劣、 结构直接影响着g i s 的平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。 ( 2 ) g i s 的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理 实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现 对其定位、定性和定量的描述。这是g i s 区别于其它类型信息系统的根本标志， 也是其技术难点之所在。 ( 3 ) g i s 的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以产生常 规方法或普通信息系统难以得到的重要信息、实现地理审问过程演化的模拟相预 测。 ( 4 ) g i s 与测绘学、地理学有着密切的联系。各种测量和遥感技术为g i s 的 空间实体提供定位数据；电子速测仪、g p s 全球定位技术、解析或数字摄影测量 工作站、遥感图像处理系统等现代绘图技术的使用，可直接、快速和自动地获取 空间目标的数字信息产品，为g i s 提供丰富和更为实时的信息源。地理学是g i s 的理论依托。目前地理学已经紧密的与地理信息系统结合在一起，在地理学个方 面的研究应用中都透着地理信息系统的身影。 2 1 2g i s 的应用情况 国际上地理信息系统( g i s ) 应用得到了非常高的重视，应用面不断扩大。 国际上g i s 应用有两个值得注意的方面，一是面向大型项目，二是面向公众。 浙江人学硕士学位论文 在大项目方面，如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统 ( a l m r s ) 和森林局6 1 5 项目，仅软件和硬件的耗资就高达1 2 亿美元。美国海军 的海图计划，建库的费用也在数亿美元以上。 另一方面，g i s 的应用己经走向公众，通过网络将空间信息传至千家万户， 如美国已有城市试验通过电视有线网向公众发布城市等空间信息。香港地政署与 旅游协会( ( t a ) 也正在着手建立香港旅游信息系统，该系统的基础数据直接来源 于地政处的大型数据库，旅游信息则由旅游协会( ( t a ) 所提供，计划首先在尖沙 嘴等旅游热点安装触摸屏，游客可以通过它直接了解香港地理和旅游信息。 g i s 应用最为值得注意的动向是g i s 功能的变化。g i s 的应用过去只是限于 管理方面，随着信息技术的发展，g i s 己经逐步进入控制阶段。如位于美国西雅 图波音公司附近的一家名为欧米嘎的小型飞机制造公司，主要生产小型无人驾驶 飞机，它通过g i s ，g p s 和通信等技术的集成应用，可以在地面由一个g i s 系统 直接控制飞机的飞行，达到全自动的环境监测、灾害跟踪和侦察等目的。 虽然，在北美和西欧等发达国家，g i s 应用已经形成一定规模，但是，应用 深度并没有达到理想的程度，大多g i s 也只是停留于制图，其分析和辅助决策 的功能并没有得到应有的发挥。如在洛山矶和南加州数十个城市的市政局中，几 乎都设有制图部门，都采用了g i s 技术和安装了g i s 系统，这些系统往往只是 满足于制图，并没有与自7 0 年代起就建立起来的人口和户籍数据库连接起来， 难于进行分析和辅助决策支持。 从我国目前g i s 应用情况看，总体水平是比较高的，而且存在着巨大的应 用潜力，对g i s 的需求将不断增加。我国g i s 的应用，首先是在科研部门和测 绘与资源环境等领域，然后在城市规划等部门展开，在农林业方面也已开始，现 在已经扩展到土地管理、设施管理、军事和商业等领域。可以说，土地管理和设 施管理是近几年我国g i s 应用的热点，随后，商业g i s 将是一个新的热点。 地理信息系统近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化。最初的地理信息 系统都是一些具体的应用系统，充其量只能称之为一门技术。现在己发展成一个 独立的、充满活力的新兴学科。地球信息科学从理论上讲是解决地球信息问题， 范围包括从卫星航空遥感或全球定位系统( g p s ) 接受信息，变换后进入空间数据 库；数据库中的地理信息可以方便地检索、查询，在此基础上能够定义和生成各 种领域专用模型，如城市规划模型、灾害评价模型等：运用这些模型对地理数据 进行有效分析，并把分析结果或是决策咨询建议以直观、清晰的形式输出。这一 范围包括了计算机科学、地图学、航测、遥感等多种学科的交叉。 总之，由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，地理信息系统 在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术。 1 4 浙江大学硕士学位论文 2 1 3 电力g i s 平台的选择 电力系统的g i s 应用与一般意义上的g i s 应用有很大的不同，因此我们应 充分考虑电力系统本身的特点和我们的开发目的来选择和使用g i s 平台。 我们所开发的是一个基于地理信息系统的可视化基础平台，主要用于参数 管理和电网状态可视化监控。作为基础平台就应该能为其他各个系统提供相应的 服务，g i s 平台必须具有相应的基础性、开放性、可维护性以及标准化等特征。 平台要围绕开放性和标准化来建设。同时还要考虑降低开发难度和复杂性。平台 的开放性和基础性可以如下图表示： 引罔闰h 罔翮 1一一一一。，u-wj 巨堕巨圈匡圈匿圃 图2 ig i s 平台的开放性和基础性 除去这些一般性要求以外，电力企业还对g i s 系统的应用有很多不同于地 理社会等学科的具体特点和要求： 容错能力：电力系统是一个实时运行的系统，系统的稳定性和可靠性是 建设系统首要考虑的问题，电力部门有各种级别的供电可靠性要求，这就要求 g i s 平台应具有强大的容错能力，即对系统的稳定性、强壮性要求非常高。 数据统一及共享：电力部门工作节点多且分散，并发操作性强，对实时 处理要求很高。这种分散的应用要求数据必须全局统一，并且能够安全地实现共 享。 二次开发能力：在电力系统的应用中，经常需在g i s 基本功能的基础 上叠加大量电力专业的应用，如运行管理、检修管理等，这里应用的专业性很强， 因此要求所选用的g i s 平台必须具有强大的二次开发能力。 网络拓朴分析能力：由于要利用电网的动态拓扑结构进行电网运行管理 ( 如短路计算、配电网重组和调度操作票专家系统等应用) ，这就要求选用的g i s 系统必须具有良好的网络拓扑分析功能。 浙江大学硕上学位论文 数据转换能力：由于电力企业的电网设施资料经过多年积累而成，数 据格式非常地不统一，而这些资料又不断变化，因此，最终的数据转换必须在尽 可能短的时间内进行。这就要求选用的g i s 平台必须能很好地支持多种数据格 式，具有强大的数据转换能力。 现有的电力g i s 产品开发平台主要有2 类：一类是基于传统的通用型g i s 平台，如国外e s l l i 公司的a r c i n f o 、i n t e r g r a p h 公司的m i c r o s t a t i o n ，国内的 s u p e r m a p 等；另一类是专门面向行业的专业g i s 平台，如国外的s m a l l w o r l d ， 国内的g r o w 等。从使用维护、处理地理信息和通用性、开放性角度，前者有较 强的优势，而从电力系统应用的角度，后者有速度快、效率高、模型成熟度高的 长处。基于2 种丌发平台的电力g i s 应用都有一定的市场。 在电力g i s 开发中，要实现与其他自动化系统的结合，必须实行一体化设 计原则，即：a m f m g i s 与s c a d a ，d m s 底层数据设计一体化、功能分布 一体化和图形界面一体化。具体思路有两种：首先是开发电力g i s 操作系统( g i s o s l ，所有实时控制均以空间对象为目标。这种设计模式可以最大程度地减少 系统整合的复杂性，并且在数据对象方面没有为数据共享而进行的过多的整合工 作。但是，虽然减少了整合的复杂性，但是增加了对操作系统的开发，而且目前 空间对象技术尚不成熟，制约了g l s o s 的发展，这也是未来研究的一个方向。 另外一种就是针对目前的现状，独立发展应用于电力系统的g i s ，并使其能够和 其他的应用系统相结合。这样可以充分利用目前已投入使用的系统，同时又兼顾 了g i s 的伸缩性、扩展性。但是，这种开发模式在数据共享和系统通信上有大 量的工作，同时也容易出错，往往会使得整个大系统实际上处于“两层皮”的状 态。 目前我国电网调度e m s 所使用的平台多为u n i x 工作站，为方便调度人员 使用和与e m s 的集成，可视化系统直接运行在u n i x 工作站上，与e m s 并行工 作。综合上述所论，再加上考虑到u n i x 的约束以及平台的数据共享转换能力和 二次开发能力，本课题g i s 平台选用e s r i 公司( e n v i r o n m e n t a ls y s t e m sr e s e a r c h i n s t i t u t ei n c ) 的工作站版a r c i n f o8 0 。 2 1 4 地理信息系统平台a r c i n f o a r c i n f o 是美国环境系统研究所( e n v i r o n m e n t a ls y s t e m sr e s e a r c hi n s t i t u t e i n c ) 研制的地理信息系统软件，也是世界上应用最广泛的g i s 软件之一。e s r i 的市场份额多年来一直雄踞g i s 行业之首，使a r c 1 n f o 成为g i s 的 x 浙江大学硕士学位论文 h pu x 、i b ma i x 、w i n d o w sn t ( i m e l a 1 p h a ) 等等；并目名种平台上可直接共 享数据和应用。 在e s r i 软件家族中，a r c 1 n f o 是g i s 软件中功能最全面的，是整个g i s 数 据创建、更新、查询、制图和分析系统。由a r c i n f o 桌面( d e s k t o p ) 和 a r c i n f o 工作站( w o r k s t a t i o n ) 组成。a r c 1 n f o 采用模块设计的方法将整个 软件按功能划分为多个逻辑子模块。例如，所有的地图编辑功能组织在一个模块 中，命名为a r c e d i t ；地图输出和绘图功能组织到一个命名为a r c p l o t 的程序 中等。这样，a r c i n f o 就包含了许多子模块，而每一个模块有各自的一组命令 和逻辑功能。 a r c i n f o 桌面包含a r c e d i t o r 所有功能，并加上完整一套数据管理、分析 和转换工具。有了这些工具，可进行数据转换，概括，聚合，覆盖，创建缓冲区， 统计计算等等。每个工具都有向导式菜单驱动界面。a r c i n f o 桌面运行在 w i n d o w s 平台上。 a r c 1 n f ow o r k s t a t i o n 使用传统的用户界面进行空间处理( a r c 、 a r c e d i t 、a r c p l o t 、宏语言 a m l 等1 。除了提供对许多a r c i n f o 用户 熟悉的环境，a r c i n f ow o r k s t a t i o n 包含基本的和无可比拟的空间处理功能。它 运行在多种w i n d o w s 和u n i x 平台。 a r c i n f o 包含了四个核心模块以及若干个扩展模块【”】。 核心模块包括： ( 一) a r c ，是g i s 的总体管理模块，不具有图形功能。使用a r c 可以调 用其它各模块、管理工作空间、为加载数据进出a r c i n f o 做数据转换、地图 的数字化与编辑、管理与操作要素属性等； ( 二) i n f o ，是一个完全的关系数据库管理系统。它管理着与地图c o v e r a g e 中的地理要素相联系的表格数据，是空间信息与社会属性信息相对应的总管。 a r c i n f o 维持着一个地图要素与其相应的表格记录之间的联系； ( 三) a r c e d i t ，是一个独创的图形和数据库编辑器，它把图形功能和地 理数据库的能力联合在一起，这对于建立和维护复杂的地理数据库是极其重要 的。它把数字化地图的所有功能和一套综合的编辑命令结合起来，使用者能够编 辑图形及其所包含的要素属性。 ( 四) a r c p l o t 是a r c i n f o 的交互式制图和绘图子系统。用a r c p l o t 能实现全部a r c i n f o 的绘图任务。为了报告和展示可用a r c p l o t 产生多种 类型的地图图形。从简单的屏幕显示到高质量的绘图输出，还可以选择多幅地图 的要素，并根据它们的地理属性用不同的符号来显示和绘图。 可扩展模块包括：g r i d ( 强大的栅格分析，处理模块) 、t i n ( 专门的地 浙江大学硕士学位论文 表模型生成、显示、分析模块) 、n e t w o r k ( 网络分析模块，包括最短路径选 择、邮递员问题、资源调拨、设施服务范围、网络流量、网络追踪等分析功能) 、 c o g o ( 数字测量、工程制图) 、a r c s c a n ( 扫描矢量化模块，具有栅矢一体化 编辑功能) 、a r c s t o r m ( 数据库管理模块，可以管理巨大量的数据) 、a r c p r e s s ( 图形输出模块，可把a r c i n f o 的制图数据转换成栅格数据直接送到打印机 绘图仪上) 。 2 2 参数管理系统 2 2 1g i s 与参数管理系统的集成 单纯的参数管理系统所具有的主要就是基于参数平台的一些数据功能，比 如数据的获取、与其它平台应用的数据共享与交换、数据维护等等。但是我们所 要研究和开发的是基于地理信息系统的可视化统一参数管理平台，除了单纯数据 平台的功能要求外还融合进了地理信息的支撑和可视化功能，这就要求我们把现 有的数据( 包括动态和静态数据) 在入库的时候要与地理信息系统中的图形元素 相对应，并且能有手段实现动态数据的可视化( 实际上就是电网状态的直观化表 现) 以使枯燥单纯的数字信息表征的电网状态以友好而又简单明了的可视化方式 呈现在使用者的眼前。 图、库数据的对应以及基于参数管理平台的可视化高级应用将在后面的章 节中详细说明。 2 2 2 参数管理系统的特点 电网调度参数管理系统在特定的开发环境和运行平台下具有以下特点： 系统的所有基于地理信息的显示和编辑都基于a r c i n f 0 8 开发，充分利 用a r c i n f 0 8 所提供的基本功能，利用其现成的功能接口函数实现各种所需要 的空间、图形功能。而不去做更多的自主独立开发。 基于u n i x 平台，与e m s 系统友好集成。本系统的一次接线图和所有实 时信息都取白e m s 系统，在e m s 系统上添加一个模块来显示设备的属性。 系统还实现在线编辑设备的空间属性及设备的特有属性和在线编辑基本地 图图层功能。编辑的方法方便，灵活。既提供一个设备的录入方式，还提供一组 设备的录入工具。 能够利用从测绘局购买的地图录入数据，而不必自己做地图的数字化工作。 这样既节约时间，所得到的数据又更准确。 浙江大学硕士学位论文 能够非常方便的查询设备的各种属性，并将查询的结果制作成报表来打印 和输出。 系统能够提供多种可视化方式来显示各种参数以及电网运行状态，使之比 较形象的显示给用户。 2 2 3 系统的设计原则 输电网g i s 系统是一个基于g i s 的输电网络生产管理系统，即在g i s ( 地理 信息系统) 的基础上，建立河南省电力局的输电网生产管理系统。系统的总体设 计主要是按照系统的目标来划分系统的模块和确定系统的各个组成部分，并说明 它们在整个系统中的作用与相互关系。系统设计应遵循以下原则： 1 、可行性原则。应在全面调查的基础上，确保系统的建立在技术、管理、 人员等方面可行。 2 、实用性原则。建立一个能代替人： 完成许多日常繁琐复杂的信息处理和 管理的实用系统。要求运行可靠、结构完整、功能齐备、操作方便，对信患种类 原则合理，易于理解。 3 、规范化原则。信息的规范化和标准化是一个成功信息系统的基本保证。 系统的数据必须是规范、标准和完备的。 4 、可扩充性、更新性原则。在数据编码和系统功能设计方面应该留有余地 和功能接口，己满足系统扩展的需要。 5 、界面友好原则。对用户而言，界面就是系统，用户界面的好坏决定了用 户使用系统的效率，友好的用户界面能方便不同用户的使用。 1 9 浙江大学硕士学位论文 甚至不可能在现实中完成。而本系统恰恰是要做这种多系统集成，寻求一种统一 的数据格式标准称为一项极重要的关键环节。各个系统问的数据先转化成统一标 准格式，再与其他系统进行交换共享，这样就能极大的改善接口过于复杂缺陷， 使接口复杂程度降低为累加( n ) 关系。综上考虑，本课题考虑采用c i m 标准进行 属性数据库的设计。 国际电工技术委员会i e c 定义的两个系列标准i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 分别 描述了能量管理系统和配电管理系统的应用程序接口【】。两个系列标准共同定 义了一种电力系统公共信息模型c i m 。c i m 是电力企业应用集成的重要工具。 c i m 只是一个模型，而不是具体的数据定义，怎样结合实际系统需要设计 符合c i m 规范的后台参数数据库是本课题的一个重要研究内容。 3 2 系统开发方式和结构设计 3 2 1 开放方式的选择 上一节中已经说到，a r c i n f o 的w o r k s l a 1 1 1 0 n 版本提供a r cm a c r o l a l l g u a g e ( a m l ) 和o p e nd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ( o d e ) 两种开发方式进行 二次开发。下面具体比较一下这两种丌发方式，以便从中选择出最适合进行本系 统研发的一种。 利用a m l 语言开发环境，用户可以非常方便地编制自己的菜单和程序。 a m l 是一种解释语言，类似于b a s i c ，它的代码易读易懂，可以提供可视化的 用户界面生成、管理功能，并可支持多线程管理。用a m l 可以开发类似 a r c ，i n f o 的觚t o o l s 风格的界面。a r c t o o l s 是e s r i 的开发人员利用a m l 编 制的用户界面，是利用面向对象的方法开发而成。a r c t o o l s 为常用的a r c i n f o 操作提供方便易用的菜单界面。系统代码主要由锄l 程序文件和m e n u 菜单文件 组成。一个功能对应一个r o u t i n e ，若同时需要弹出菜单，则由& t h r e a d & c r c a t e 语句创建一个进程，运行菜单文件。其优点是开发较为简单，可以直接面对最终 用户，充分利用了a r c i n f o 功能强大的命令和函数。 w l 开放方式的优点总结如下： 1 语法简单，解释执行，不需编译，开发效率高； 2 支持模块化的开发方法，可开发较大应用； 3 提供可视化菜单，对话框( f o m e d “、m e n u e d i t ) 编辑工具，所见朗所得； 4 支持多种风格的菜单，对话框，和各种风格的控件； 5 提供多线程的调度和输入管理。 浙江大学硕士学位论文 l o n gm a xo fm e s s a g e s ； m e s s a g e a r r a ym e s s a g e s ； r e s u l t ，4 r e s u l t p t l + 4 r e s u l t a r r a y ； 3 2 2 系统的整体结构 至此为止我们可以总结一下我们的系统整体结构。我们的系统运行于u n i x 平台上，以地理信息系统和大型商业数据库为后台支持，与e m s 做紧密的集成， 并为企业总线上其他各应用系统提供数据服务和进行数据交换。对于u n i x 下的 开发选取了跨平台开发工具q t ，使用了a r c i n f o 所提供的o d e 开发方式， 利用o r a c l e 来存储和管理参数信息。这样我们可以得到最终的系统体系结构， 其中网络结构表述如图3 3 所示： 软件结构如图3 4 所示： 图3 3 系统的网络结构 图3 4 软件结构 2 6 浙江大学硕士学位论文 3 3 数据接口的设计 在大系统的设计过程中各个分系统之问的接口设计往往决定着整个系统的 结构；或者可以从另外一个角度说，当系统的结构确定以后，各分系统间接口的 设计就成为了系统研发的首要任务。数据接口和系统结构相互用作，有着极密切 的联系。 如果说系统的总体设计是一个初步设计方案，则接下来的分系统接口设计 就是项目研发过程中的详细设计过程。接口是连接数据与应用的通道，也是联系 系统与系统的桥梁，其设计构成对工程项目来说至关重要。经常有时候系统的设 计就归结到接口的设计上面。下面就介绍一下本项目中各个重要接口的具体结构 与设计。 3 3 1 系统与e m s 的两个接口 根据前面系统总体设计的要求，要实现与e m s 的两部分数据的连接集成。 分别是原有e m s 图形转换为a r c i n f o 的图形组织形式( 这个图形组织形式会 在后面章节详述) 和e m s 中实时数据的获取。 基于g i s 的参数管理系统充分利用现有的e m s 系统，电厂和变电站的主接 线图从e m s 图库中转出，既节约了工作量，又使数据保持了一致性，电网参数 和实时数据从e m s 系统中获取，在统一的g i s 图形操作界面中显示。g i s 与e m s 集成方式如图3 1 所示，现将图3 1 重画于此： 图3 1g i s 与e m s 集成示意图 从e m s 系统中获取实时数据，一般有两种模式1 9 。一是对于系统中的测量 量，g i s 定期读取s c a d a 数据库，从而刷新参数系统本身的数据；对于信号变 位信息则通过约定的触发机制触发g i s ，实现参数管理系统中的遥信变位。此种 模式下，关系数据库中存储的是实时库中某一时问的断面信息，定期写入读取 关系数据库、触发均要求额外的进程开销，属于一种准实时模式。二是s c a d a 提供统一接口函数，在所开发的g i s 系统中实现直接从实时数据库中读取实时 信息，而并不放到关系库中作为实时断面。由于实时数据库存储在内存中，它具 有网络自动同步功能等优势，因此读取和刷新速度明显高于前一模式。但是由于 仍然采用定时读取的机制，所以这种方法仍然不是完全意义上的实时数据模式， 浙江人学硕上学位论文 但是刷新速度比第一种方式有数量级上的提高。 本系统采用第二种模式，即利用s c a d a 系统的接口束实现实时数据分析结 果的获取。e m s 提供了数据流接口( d a t as t r e a mi n t e r f a c e ，d s i ) ，通过d s i 提 供的应用程序接口实现数据通讯。应用模式如图3 5 所示： 图3 5d s i 应用示例程序流程图 对于从e m s 的厂站图形到a r c i n f o 图层的转换，可以借助e s r i 公司发 布的s h a p e f i l e 文件格式例。由于a r c n f o 图层存储形式c o v e r a g e 的结构不公 开，故使得s h a p e f i l e 成为我们可以应用二f 图形格式转换的一种接口文件格式。 s h a p e f i l e 和c o v e r a g e 是e s r i 公司的两种主要文件格式，可以用e s r i 提供的转 化工具自由转换。s h a p e f i l e 图形文件的存储格式是可以为开发者所掌握得，并且 可以通过程序来定义生成。对于e m s 中的图形文件也可以从现有的资料中了解 其结构，而应用程序去解析这种图形文件。先解析e m s 的图形文件，然后用所 浙江大学硕十学位论文 得到的图元结构去自动定义生成s h a p e f i l e 文件，就可以实现e m s 图形文件和 s h a p e f i l e 图形文件之间的转换。 3 3 2 系统与数据库的两种接口形式 由于考虑了电网参数信息极其庞大复杂，再加上空间属性和社会属性分离的 原则，项目中采用了大型商业数据库o r a c l e 来管理存储电网参数信息。c 程 序和o r a c l e 的连接可以有很多种方式，考虑到u n i x 操作系统平台的约束， 而且项目所选用的地理信息系统平台a r c i n f o 中已经提供了良好的外部数据 库接口方式，本着充分利用现有资源，尽量减少额外开销的原则，决定直接采用 a r c i n f o 提供的数据库接口来操作数据库。 a r c 1 n f o 系统对连接外部数据库提供了两种方式。一种是定义r e l a t e 的方 式，在读入r e l 文件的时候，一次性建立a r c i n f o 内部数据表和外部数据表的 一对一或多对一连接。建立连接后，外部数据表的数据项可以象内部数据项一样 使用。这种方式简单高效，但是不够灵活，读入时花费时间较长。另一种是定义 游标的方式。此方式首先对外部数据库的特定选择集上定义游标 d b m s c u r s o r ，然后打开游标后对记录逐一操作。此方式灵活多变，但程序效 率较低。综合考虑后，本系统主要采用游标的方式操作数据库，部分使用r e l a t e 的方式。 ( 一) r e l a t e 方式： r e l a t en a m e ：a d d r e s s t a b l e ：s t r e e t d a t a b a s e ：o r a c l e i t e m ：s t r e e t - i d c o l u m n ：s t r e e t - i d r e l a t et y p e ：o r d e r e d 数据使用：s e l e c ta d d r e s s n a m ec n r e d l a n d sb l v d ( 二) d b m s c u r s o r 方式 u s a g e ：d b m s c u r s o r d e c l a r e s e l e c te x p r e s s i o n u s a g e ：d b m s c u r s o r u s a g e ：d b m s c u r s o r 使用游标中数据： 3 3 3 接口的实际应用情况 在实际开发中，仍然如同前面所论述的a r c i n f o 的o d e 接口一样，为了 更加符合面向对象的编程思想和习惯，开发时将以上各接口函数分别封装到各自 所对应的一个类中，在其中定义公共的接口函数。这样的类包含了：a r c d a t a 、 浙江大学硕士学位论文 u p d m e n e w 。 其中，a r c d m a 类是定义的数据库的两种接口，u p d a t e n e w 是定义的与e m s 的实时值读取接口。 程序最初开始进行总体初始化的时候，a r c d a t a 和u p d a t e n e w 两个类分别 形成全局唯一的两个实例，每当需要执行接口命令的时候，就去访问这两个实例 中的公共函数接口，将命令以函数接口参数的形式传进各自所对应的类中，再由 类中私有的接口函数传到相应的系统中去执行。 下面是一个a r c d a t a 接口的例子： i n ta r c d a t a ：s e l e c t ( c o n s tc h a r 4 _ c o m m ，i n te o l n u m ) c h a rt e m p 1 0 2 4 ； q s t r i n g + v a l u e ； c l e a r r e s u l t 0 ； s p r i n t f ( t e m p ，”d b m s c u r s o rs e l e c t a r cd e c l a r eo r a c l e s ”，_ c o m m ) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( t e m p ) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( ”d b m s c u r s o rs e l e c t _ a r co p e n ”) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( ”d b m s c u r s o rs e l e c ta r cf i r s t “) ； f o r ( i n tl i n e = o ；l i n e + + ) w r a p p e r - e x e c e d i t ( ”& st e m p2 ：s e l e c t _ a r c a m l $ n e x t ”) ； w r a p p e r - g e t a m l ( ”t e m p “，t e m p ) ； i f ( q s t r i n g ( t e m p ) c o n t a i n s ( ”t r u e p , f a l s e r 0 ) b r e a k ； v a l u e - - n e wq s t r i n g 【c o l n u m ； f o r ( i n ti = 0 ；i e x e c e d i t ( ( c h a r + ) ( t o c h a r ( & s t r s e t v a r ) ) ) ； w r a p p e r - g e t a m l ( ”t e m p ”，t 锄p ) ； i f ( + t e m p = = 、o ) v a l u e i = q s t r i n g ( ”) ； e l s e v a l u e i - - t o s t r i n g ( t e m p ) ； 浙江人学硕士学位论文 j r e s u l t - p u s hb a c k ( v a l u e ) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( ”d b m s c u r s o rs e l e c t a r cn e x t ”) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( ”d b m s c u r s o rs e l e c t _ a r cc l o s e ”) ； w r a p p e r - e x e c p l o t ( ”d b m s c u r s o rs e l e c t _ a r er e m o v e ”) ； i t = r e s u l t 一 b e g i n ( ) ； r e t u r nr e s u l t 一 s i z e ( ) ； ) 对于图形转化的接口，项目中有另外的解决办法。考虑到由e m s 的图形转 换成a r c i n f o 图形工作的独立性和复杂性，项目中将这一部分独立出来，作 为一个分系统。当主程序需要需要进行图形转换的操作的时候，可以在完成一系 列的准备工作后通过命令行来调用这部分独立的图形转换程序。 这样的做法有几个优点。首先，图形的转换是一个日常维护的功能，它本 身需要有一定的独立性，可以脱开平台独立运行；其次，由于这一部分的开发工 作非常繁重复杂，如果将其纳入参数平台的内部会给系统的开发造成复杂程度的 急剧增加，如果将其独立作为分系统开发符合分解法的思想，对于降低开发难度 和复杂性有相当帮助。 浙江大学硕士学位论文 第四章数据组织 本系统是一个参数管理系统，其所要解决的首要问题就是参数的管理问题， 所以系统最重要的部分就在于此。如何设计数据的组织结构，使之能够更有效、 方便、快捷地得到管理和应用是数据组织所面临的问题。数据的组织包含获取、 存储、取用、管理、更新等几个大的问题，其中的小问题不计其数。数据的组织 虽然与数据结构有些像类似的地方，但是从根本上还是两个问题。数据的组织更 偏向于大量数据的有效管理方式，而一般意义上的数据结构