（电力系统及其自动化专业论文）电力系统继电保护管理信息系统.pdf

t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e mo fp r o t e c t i o n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n di n c r e a s i n gc o m p l e x i t yo fm o d e mp o w e rs y s t e m ，t h e t a s ko fe n g i n e e r sw o r k i n go nt h er e l a yf i e l db e c o m e sm o r ea n dm o r eh e a v y t h e e n g i n e e r sh a v et of i n i s hl o t so f w o r ks u c ha sa n a l y z i n g ，c o m p u t i n ga n ds u m m a r i z i n g t h ed a t aa n di n f o r m a t i o no f p o w e rs y s t e m s oi t i sn e c e s s a r yt od e v e l o pa l la d v a n c e d m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fp r o t e c t i o n t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m o f p r o t e c t i o n h a sb e e nr e a l i z e di nt h i sp r o j e c tb yi n t e g r a t i n gt h ep r o t e c t i o ni n f o r m a t i o n o nt h eg r a p h i ci n t e r f a c eu s i n gt h ea d v a n c e dv i s i b l ep r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y t h e f l a m eo f s y s t e m i sb a s e do nt h ec l i e n t s e r v e rm o d e i nt h i sp a p e r , w ec l a s s i f yt h ei n f o r m a t i o no f p r o t e c t i o ni nd e t a i la n de s t a b l i s ha n g e n e r a la c c e s sd a t a b a s eu s i n gt h er e l a t i o nd a t a b a s et h e o r y t h i sp a p e ra l s os e t su p a m o d e lo f p o w e rs y s t e mt h a ti s u s e di nt h er e s e a r c h i n go ft h i s s y s t e ma n db u i l d sa s e r i e so fe l e m e n tc l a s s e st h a tc o n s t i t u t eag e n e r a lc l a s sl i b r a r y t h es y s t e mp e r f o r m s a l lt h em a n a g e m e n tf u n c t i o n so nt h eb a s i so f g r a p h i ci n t e r f a c e ，t h ef u n c t i o n si n c l u d e p a r a m e t e rm a n a g e m e n t , e q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，s c h e m em a n a g e m e n ta n de t c t h e s y s t e m i sv e r ye a s ya n dc o n v e n i e n tt oo p e r a t ef o rt h eu s e r sw i t hv e r yh i g hs a f e t ya n d f l e x i b i l i t y e s p e c i a l l yi nt h em o d u l ed e s i g n i n go fr e q u i s i t i o ns c h e m e ，w ep e r f o r m e d t h ef i m c t i o no fe d i t i o n ，c u r r e n c ya n de x t e n s i o n t h u s ，i ti se a s yt or e a l i z et h ef l e x i b l e m a n a g e m e n t o f r e q u i s i t i o ns c h e m ea n di sv e r yi m p o r t a n tf o rp r o t e c t i o nm a n a g e m e n t i n a d d i t i o n ，t h es y s t e ms u c c e s s f u l l yl i n k st h ee x t e r n a lp r o g r a m so fs h o r tc u r r e n t s c a l c u l a t i o na n dr e l a y s e t t i n g c a l c u l a t i o nw i t ht h em a i np r o g r a ma n dc r e a t e s t h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ec o r r e c t l y i ti si m p o r t a n tt om a k et h es y s t e mm o n o b l o c ka n d c o n s e c u t i v e i nt h es t u d yo ft h ep r o j e c t w et a k ef u l l a d v a n t a g eo f t h ea d v a n c e dd e v e l o p i n g t e c h n o l o g i e s ，s ot h es y s t e mc a nb er u nc o n v e n i e n t l yw i t hh i g hr e l i a b i l i t y i tm e e t st h e n e e do f r o u t i n em a n a g e m e n t o f p r o t e c t i o na n d r e d u c e st h ew o r ko f e n g i n e e r s a n dt h e a c h i e v e m e n to ft h i sr e s e a r c hh a sap o s i t i v e s i g n i f i c a n c eo nt h ei m p r o v e m e n to f p r o t e c t i o nm a n a g e m e n t o fm o d e r n p o w e rs y s t e me n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：p r o t e c t i o n ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m ，d a t a b a s e ，g r a p h i c i n t e r f a c e ，r e q u i s i t i o ns c h e m e 土查窒望盔兰堡圭兰丝堡塞 ! 皇塑墨堡壁皇堡芝篁垄堡星壹塑翌_ 三! 盟兰 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题来源于湖北省电力调度通讯局。 i 2 课题的目的及意义 继电保护在电力系统中起着非常重要的作用。继电保护的设备、参数及定值管理等 工作关系到电网的安全稳定运行，其责任重大、技术性强，要求极为严格。随着国民经济 的发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂，继电保护的日常管理工作变得臼益 复杂。目前电力行业的继保专职的工作强度相当大，他们要对电网结构、保护配置、设备 投退等众多信息进行正确的分析、处理、统计，工作十分繁重、复杂。运行管理人员经常 要进行大量的查询、整定、数据计算、统计及填制各类操作报表等工作。繁重的管理任务 不仅耗费了大量的人力和物力，而且也带来了很大的安全隐患，因而必须改变现有的落后 的管理方式，建立新型的计算机信息管理系统，以进一步提高管理水平。增加经济和社会 效益。 当前信息技术的飞速发展，不仅给电力系统运行、监视、控制提供了新的技术手段， 同时也为建立以计算机为核心的现代化信息管理系统、实现信息管理的自动化提供了有利 的条件。目前，在我国，各大电网的继电保护信息管理工作中，普遍存在着信息分散不集 中各种信息的存贮处于孤立状态，相关单位的信息不能共享等问题。由于继电保护的各 种信息是相互紧密联系又相对独立的，这些问题使得信息的完整性和安全性差，有些工作 只能通过人j = 干预的方式进行，造成了相关_ 作没有连续性，出现了脱节现象，降低了： 作的准确性和安全性。针对这些问题，我们与湖北省电力调度通信局合作开发这套继电保 护信息管理系统。该系统采用当前最先进的可视化面向对象的编程技术，结合数据库技术 进行开发，将所有的信息都存贮到数据库中，很好地解决了数据共享和完整性问题，实现 了信息的综合智能管理，减轻了运行管理人员的工作强度，提高效率，使得电网的继电保 护管理工作规范化、智能化和现代化。 第l 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电堤量管理堡j 垦墨堑1 2 0 0 1 - 2 1 3 管理信息系统( m i s ) 2 管理信息系统是以计算机为基础对一个企业进行全面管理的信息系统。它具有预测、 控制和决策的功能，将电子数据处理与经营管理模型的仿真、优化计算结合起来，主要向 各级工作人员提供辅助决策功能。 1 3 1 管理信息系统的基本功能和内容 管理信息系统的基本功能主要有： ( 1 ) 提供规格化的信息，使各种统计工作简化，从而使信息成本最低。 ( 2 ) 及时全面地提供不同要求、不同细度的信息，以便最快地分析和解释现象，及 时产生正确的控制和决策。 ( 3 ) 全面系统可靠地保存大量的信息，并能很快地进行查询和综合，为企业的决策 提供信息支持。 ( 4 ) 利用数学方法和各种模型处理信息，以预测未来和科学地进行决策。 与管理信息系统的基本功能相对应它的内部可分为数据处理、辅助决策和办公自 动化三部分。 ( i ) 数据处理系统 所谓数据处理，即电子数据处理( e d p ) 的简称。它以数据库为核心利用计算机把一 种形式的数据按一定的要求加工成另一种形式的数据。数据处理的功能包括数据的采集、 校核、统计、分析、存储、更新和检索查询等。 ( 2 ) 辅助决策系统 计算机辅助决策系统( c a d s ) 也称为决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 它是在数据处理的基础上发展起来的，是管理信息系统的高级阶段，主要利用计算机帮助 决策者解决那些难以用数据处理方法解决的决策问题，如信息预测、提供咨询和解决方案 等。 ( 3 ) 办公自动化系统 办公自动化( o a ) 系统是利用现代电子技术，处理以文字、图形及声音等各种形式 出现的办公信息( 如公文收发、文件编辑、电子排版、图文表格处理等) ，以提高办公效率 和管理水平减少甚至消除繁琐的重复劳动。 第2 页 上海交通大学硕士学位论文 电力系统继电保护管理信息系统2 0 0 1 2 1 3 2 管理信息系统的构成 管理信息系统的构成可分为四个部分：计算机及网络系统、应用软件、数据库和数 据、管理机构和维护人员。其中前三者是系统的三大支柱。 ( 1 ) 计算机及其网络系统：计算机及其网络系统是管理信息系统的载体，它包括硬 件设备及控制软件，如中央处理机或网络服务器、工作站或微机、输入输出设备、操作系 统、数据库管理系统、网络及通讯软件等。 ( 2 ) 应用软件：应用软件是反映信息处理的程序集，是激活管理信息系统的指挥系 统，包括企业管理( 如计划、工程、生产等) 所需的各种应用软件。 ( 3 ) 数据库和数据：企业有大量的管理数据需有序地加以存储，利用数据库管理软 件可完成这一功能并加以科学管理。数据库是管理信息系统的“大脑”，而数据则是“大脑” 中记忆的信息，没有数据的系统只是一个空壳。 ( 4 ) 管理机构和维护人员：人是系统的主宰。从软硬件的开发、系统的维护运行直 到数据的管理都要依靠人，人组织起来形成管理机构，制定必要的管理制度、规章和规程， 使物尽其用，保证系统运行和各项工作有条不紊她开展下去。 1 4 本系统的总体设计思想 出于对系统总体的考虑，我们采用了分层结构设计的模式，即以前台的图形界面和后 台的数据库管理为基础，按模块挂接方式实现对各功能的连接，这样既便于用户对系统功 能的进一步改进，也易于对各模块的调试和统一管理。系统总体结构如图1 - 1 所示。 由图1 一l 可见，本系统按功能来划分，主要包括网络拓扑绘图模块、计算模块、管 理模块以及数据库和其接口模块。 电网拓扑绘图模块的功能是使用户非常直观地将电网结构和参数输入到系统中。它是 一个基于面向对象技术的绘图工具箱，性能优良并且操作方便。通过它，用户无需关心底 层数据库中的数据存储结构，并且当电网参数和结构发生变化的时候，用户能很方便快捷 地在图形界面上进行修改，以实现对数据库信息的更新和修改。因此，它实际上充当了一 个人机交互的接口功能。 计算模块主要包括短路电流计算和整定计算。这两个模块均采用现有的程序。 管理模块的功能是实现对电网继电保护信息的分类管理，包括了参数、设备、整定方 第3 页 l底层数据库 im i c r o s o f ia c c e s s 9 7 图1 1 系统总体结构 案、定值管理等。由于整个电网的参数、设备和定值等信息都存储在数据库中，因而管理 功能实际上是实现了对整个数据库的管理。系统为用户提供了多种管理途径，如浏览，查 找，分类检索等，提高了管理的效率。同时按照当前大电网的运行管理模式，设计了用户 的不同使用权限，保证了数据的正确性和安全性。 数据库是整个系统的数据基础，其设计的好坏直接关系到整个系统的性能。本系统的 数据库结构良好、安全可靠、效率较高，实现了资料的结构化、系统化，全面反映了电网 的各种继电保护综合信息。系统中，采用了o d b c 接口技术，不仅使用户无需关心底层数据 的存储位置和格式，而且使数据库与应用程序相对独立起来，为今后的数据库升级提供了 方便。 第4 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电保护鲤信息至! 塑坠 2 0 0 1 2 第二章数据库设计 数据库的设计研制是继电保护信息管理系统的开发过程中非常关键非常重要的一个 环节。数据库是个通用化的综合性的数据集合。由于数据库具有数据结构化、最低冗余度、 较高的程序与数据独立性，易于编制应用程序等特点。所以，无论是基于现代大型计算机 系统，还是中、小、微型计算机系统上的管理信息系统一般都是建立在数据库设计基础上 的。管理信息系统的设计，就是“数据库+ 应用程序”的设计，因而数据库结构的好坏直 接关系到整个管理信息系统的性能。 2 1 数据库的理论基础关系数据库4 2 1 1 关系数据库理论 数据库是某个企业、组织或部门所涉及的数据的综合。它不仅反映数据本身的内容， 而且反映数据之间的关系。数据库是用数据模型对现实世界进行抽象的。数据模型是数据 库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。数据模型主要有网状、层次和关系三 种模型。 关系模型是三种数据结构中最重要的模型。自8 0 年代以来数据库厂商新推出的数据 库管理系统几乎都是支持关系模型的。许多非关系系统的产品也都加上了关系接口。数据 库领域中当前的研究工作也都是以关系方法为基础的。 在关系模型中，数据在用户的观点f 的逻辑结构是一张二维表，即关系。关系模型 由三部分组成：数据结构、关系操作、关系的完整性。 ( 1 ) 数据结构：即模型所操作的对象、类型的集合。关系模型的数据结构很简单， 即它是一个由行和列组成的二维表。无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示，与非 关系模型相比，概念单一、清晰。 ( 2 ) 关系操作：关系模型给出了关系操作的能力和特点，但不必对于数据库管理系 统的语言给出具体的语法要求。关系语言的特点( 也是其优点) 是高度的非过程化。关系 操作的能力可用关系代数表示，如选择、投影、联接、除、并、交、差等。其特点是集合 操作，即操作的对象和结果都是集合。这种操作方式称为一次一集合( s e t - a t - a - t i m e ) 的方 第5 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电保护管理信息系统2 0 0 1 2 式，非关系型的数据操作方式则为一次一记录( r e c o r d a t - a - t i m e ) ( 3 ) 完整性：完整性约束保证了数据的正确性和相容性，防止数据库中存在不符合 语义的数据，防止错误信息的输入输出，即所谓垃圾进垃圾出( g a r b a g ei ng a r b a g eo u t ) 。 关系模型的三类完整性是实体完整性、参照完整性和用户自定义完整性。数据库实体完整 - 性对基本关系进行了一些规定，参照完整性是两个基本关系之间必须满足的约束，用户自 定义的完整性则是针对某一具体的数据库的约束条件，由应用环境决定。 关系模型概念简单、清晰，并具有严格的数学基础。因而关系模型诞生后发展迅速 成为深受用户欢迎的数据模型。 2 1 2 关系数据库的设计方法 在管理信息系统中，数据是以一定的形式存储在介质上，而数据的组织形式又是接 不同的要求而设计的。这些数据彼此之间具有一定的联系，且呈现一定的层次结构。 信息是对现实世界的反映是经过加工后并对现实世界产生影响的数据，而数据则 是用以荷载信息的数字、字母和符号。在进行数据的组织与处理时应转换到计算机世界。 这个转换反过来说则是一个具体化的过程。四个世界的关系如下图所示 现实世界信患世界数据世界计算机世界 组织信息模型数据模型 数据库 i 对象实体集文卷数据集 1i 个体实体记录 记录块 l l 特征属性 数据项娥 一监坐一一 抽象化 图2 一l 数据的表示方法 因此，对于关系型数据库，其设计步骤如图2 - 2 所示 第6 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电保护管理信息系统 2 0 0 1 2 l现实世界中的物理对象 1 l l 数据流分析，e r 分析，职能域分析，c u 矩阵分析 数据库逻辑模型 j 数据库关系模型一数据库对象 上 l 数据库物理模型( 设备、库、段、页面) 图2 - 2 关系数据库系统的设计步骤 2 2 数据库开发工具的选择 m i c r o s o f ta c c e s s 是微软公司推出的数据库开发及管理软件。它是一个台式的关系型 数据库，但同时又可被应用到客户朋务器数据库前端机的开发应用中。a c c e s s 功能强大、 使用灵活方便，在小型的数据库应用具有许多优点： ( 1 ) 数据库对象管理完善，系统安全性高： ( 2 ) 可方便灵活地生成和操作数据库对象，可视性强： ( 3 ) 可处理多种媒体的数据消息，具有o l e ( o b j e c tl i n k i n g & e m b e d d i n g ) 特性； ( 4 ) 具有全面的数据共享功能，如网络共享、o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 特性、其它数据表的直接挂接使用以及不同数据库数据格式的转换等： ( 5 ) 对o d b c 的支持更为完善与方便，通过在w i n d o w s 程序中调用d d e ( d y n a m i c d a t ae x c h a n g e ) 等功能，使数据库与应用程序之间的连接更为紧密； ( 6 ) 嵌入了s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 数据库标准查询语言，通过o d b c 接口，可以直接在程序中嵌入s q l 语言，从而使得对数据库的操作更为方便； ( 7 ) 一个数据库仅由一个文件组成，且所有的关系都采用窗口式表达，极易管理。 此外，它的开发平台是基于w i n d o w s 的，软件的开发过程中能充分利用其稳定、多 任务的优势，缩短开发周期，因而，本课题的数据库工具采用m i c r o s o f ta c c e s s 。 第7 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电堤塑笪里笪璺墨堑1 2 0 0 1 2 2 3 电力系统继电保护数据信息的分析 根据系统设计的需要，通过详细分析电网的继电保护的各种信息，我们将系统继电 保护的数据信息分为下面几大类：元件参数，元件保护设备信息，网络参数，整定计算的 保护定值结果等。 1 电力系统元件参数 电力系统元件参数包括一次设备( 如发电机、调相机、变压器、输电线路、母线、 断路器、等值支路、电容电抗器等) 的原始参数和计算参数。 对于输电线路，其原始参数信息包括：线路名称、长度、电压等级、导线型号、排 列方式( 水平，三角，垂直) 、相间均距、参数来源、线路两侧的c t 和p t 变比、最大负 荷电流等。 对于变压器，其参数有：名称，型号，额定电压，接线组别，额定容量，电抗百分 比，是否自耦，容量比以及各侧的p t 、套管c t 、中性线c t 、间隙c t 的变比等。 对于发电机和调相机，其参数包括：名称，型号，额定功率，功率因数，额定电压， x d ，x d ”，x q ，x q ”以及高低c t 、p t 变比等。 对于断路器，其原始资料包有：安装地点，编号，型号额定电压，额定电流，c t 变比，p t 变比，短路容量，短路电流等 对于电容器，有：安装地点，设备编号，型号，额定容量，电网额定电压有效值， 电容器额定电压有效值和接线类型等。 对于电抗器，有安装地点，型号，安装方式，额定电压，额定电流，电抗百分值等。 2 保护设备信息 设备信息主要是指各种保护装置的信息，它反映了不同类型的元件保护屏中的内容。 线路的保护设备信息主要包括：保护屏号，线路保护装置名称，电压切换箱，操作 箱，失灵启动箱，重合闸，短引线保护，远跳装置，远跳频率，断控装置，收发信机，高 频保护频率，高频保护所用相别，复用载波装置等。 变压器的保护设备信息包括：保护屏号，主保护后备保护，电压切换箱，操作箱， 失灵启动箱阻抗保护，复合电压闭锁过流保护，零序功率方向保护，零序过流保护，零 序过压保护，过流保护，相间功率方向保护，负序功率方向保护，间隙保护等。 发电机的设备信息主要有：保护屏号，主保护，后备保护，定子匝间保护，3 u 0 定子 第8 页 上海交通大学硕士学位论文电力系统继电保护管理信息系统 2 0 0 1 2 接地保护，3 1 0 定子接地保护，3 w 定子接地保护，过激磁保护，过电压保护，失磁保护， 失步保护，负序过流保护，过负荷保护过流保护，逆功率保护，低频保护，横差保护， 转子一点接地保护，转子两点接地保护，励磁过负荷保护等。 3 网络参数 网络参数包括节点信息，支路参数信息，零序互感支路和参数信息，变压器接地及 等值信息等，它反映了电网的运行状态和运行方式。在管理工作中，要完成对上述信息的 输入、索引、修改、查询、删除等操作。 4 保护定值 保护定值是整定计算的结果。保护定值有不同的表达方式，如定值配置表、定值通 知单、整定方案等。对于不同的方式，要求都能方便地进行查询检索。 2 4 数据库的结构设计4 数据库结构设计的结果要得到一个合理的数据模型，这是数据库设计的关键，数据 模型是反映现实世界中事物及事物间的联系的，对现实世界模拟的精确程度越高形成的 数据模型越能反映现实世界，在这基础上生成的应用系统就能较好地满足用户的要求。 数据库结构设计应满足以下几点： ( 1 ) 设计的数据库应满足用户的实际需求。 ( 2 ) 设计的数据库应具有最小的数据冗余度，保持数据的一致性和完整性。 ( 3 ) 数据独立性强。在数据库经过修改后，不影响用户的使用，不必修改或重写程 序。 本着以上原则，通过上面对电网的各种信息进行详细分析，根据本系统设计的需要， 我们在数据库结构设计时对信息进行进步的分类组合，将a c c e s s 数据库的表归为四类： 元件参数表，保护设备信息表，保护定值配置表和电网参数表。 ( 1 ) 元件参数表，包括线路参数表，变压器参数表，发电机参数表，电动机参数表 等，各个参数表中包含了各类元件的参数信息和一部分网络拓扑信息，如元件的联接信息 等。 ( 2 ) 保护设备信息表。包括线路殴备信息表，变压器设备信息表，发电机没各信息 表等。保护设备信息实际上也是对应系统中的各类元件的。之所以没有将其与元件参数表 第9 页 圭查奎望盔堂堡主兰垡迨塞! 皇垄墨丝鳖皇堡芏筻矍焦星墨丝! ! 塑! ：! 结合起来，是因为考虑到有的元件有两套保护屏，这样就有两套保护设备信息a 如果都放 在一个表中，必然导致表格中的很多字段需要重复定义，字段过多，给数据库的管理及以 后的系统开发都带来了一些不便。而且当某个元件只有一套保护屏时，会导致数据库的冗 余度较大，违反了上述的第二条原则。 ( 3 ) 保护定值配置表，主要包括线路定值配置表( 包括零序电流保护定值、相间距 离保护定值、接地距离保护定值等) ，母差定值配置表等。 ( 4 ) 网络参数信息表，主要包括节点信息表，支路信息表，线路的互感信息表等。 此外，数据库中还包含了一些通用的索引表，如标准导线参数表，变压器铭牌参数表 等。 后来的程序开发过程表明，这种数据库结构的设计实现了资料的结构化、系统化，较 好地满足了系统开发的需要。而且在设计数据库时也充分考虑到了以后系统代码研制的 需要，使得整个数据库与应用程序之间，既具有较高的独立性，又有利于系统的研制和维 护，提高了数据的利用率和相容性。 在数据库的设计中，采用了多种技术来保证数据的安全可靠和正确有效，提高数据库 的使用效率。主要有如下几种 ( 1 ) 定义表与表之间的关系，在表与表之间实施参照完整性，并规定了连锁更新字 段和连锁删除相关记录，从而保证了在删除或更新一个元件时，相关信息一并更新或删除， 使得数据库具有最小的冗余度，维护了数据完整性和一致性。 ( 2 ) 对每个表设立关键字，保证数据库的实体完整性：建立排序、索引以提高信息 的联接和查询速度； ( 3 ) 在定义各个表时，控制数据输入数据库的方式。例如，定义字段的有效性规则 来限制输入字段的数据；创建输入掩码来限制输入到字段中各位置的数值类型。 此外，在编写程序代码时，也采用了些优化策略来提高查询速度，同时对并发控制、 存墩控制( 安全性检查) 、破坏完整性约束条件等情况都进行了处理，保证了数据库操作的 正确性、安全性和可靠性，维护了数据的完整性。这些将在后面的章节中进行进一步的介 绍。 2 5 数据库接口技术5 2 5 1 数据库接口设计要求及功能说明 第1 0 贞 圭查銮亟盔兰塑主兰焦丝塞 ! 皇垄墨堑堂皇堡芝笪堡堕：垦墨堑!一 ! 塑! ：! 数据库及其管理模块是信息管理系统的一个重要组成部分t 它使数据为各个模块所共 享。不仅如此，如果将客户机服务器模型应用到系统中来，那么，数据库中的数据是可以 为多个用户所共享的。与此同时，数据库为我们提供了一整套完整的机制来维护数据的完 整性、一致性和安全性。但是，数据库的结构的设计对系统的整体性有着非常重要的影响， 因此，我们的目标就是设计一个具有以f 特性的数据库接口： ( 1 ) 高效性：该接e l 应能尽量地保留所访问数据库的先进功能，如高效的查询，一 致性校验，快速的更新等等。 ( 2 ) 透明性：通过该接口能够方便地访问数据库，而不必关心其格式和位置。数据 库可以是局部的，也可以是远程的，但这些对于用户来说都是透明的。这样大大地简化了 用户的操作和管理。 ( 3 ) 开放性：在该接口下能挂接各种数据库，从台式数据库a c c e s s 、f o x p r o 到大型 数据库o r a c l e 、m i c r o s o f ts q ls e v e r 等。当数据源变化时，应用程序不需做修改与重新 编译，这样，便可大大降低开发费用，尽量保护用户的信息资源。 为了实现上述思想，我们采用目前最为流行的数据库接口标准，即开放式的数据库互 联技术，简称o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 。 2 5 2o d b c 的工作原理 开放式数据库互联( o d b c ) 标准是由m i c r o s o f t 于九十年代提出来的。其基本思想 是为用户提供简单、标准、透明的数据库互联的公共程序编程接口。开发厂商根据o d b c 标 准去实现底层的驱动程序。这个驱动程序对用户是透明的，并允许根据不同的d b m s ( 数据 库管理系统，d a e a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 采用不同的技术加以优化实现，这有利于不 断吸收新的技术而趋于完善。这实际上就是w i n d o w s 中一贯采用的开放式思想。o d b c 的体 系结构由应用程序、驱动程序和数据源等组成，如图2 - 3 所示。 从图中可以看出，o d b c 访问方式和传统的数据库访问方式的差别。在传统方式中， 开发人员要熟悉多个d b m s 及其a p i ( 应用开发接口a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ， 一旦d b m s 端发生了变化，则往往导致用户端系统重新编辑和源代码的修改，甚至是完全的 重新开发，这给开发和维护工作带来了很大的困难。而在o d b c 方式中，不管底层网络环境 如何，也无论采用何种d b m s ，用户在程序中都使用同一套标准代码，无需逐个了解各d b m s 及其a p i 的特点。o d b c 具有良好的数据库独立性，使数据库的设计与应用程序设计相对独 立减轻了开发和维护的工作量，极大地缩短了开发周期。 第1 f 页 圭查銮望盔堂堡主兰焦鲨塞 ! 皇垄墨堕丝皇堡芝笪里堕皇墨篓! 二! ! ! 量 图2 3o d b c 体系结构 第1 2 页 圭壅銮堡盔兰堡主兰丝堡塞 ! 皇查墨篓丝皇堡塑篁堡堕星墨鎏! 一二! 堕兰 第三章面向对象的继电保护信息管理系统总体分析设计 3 1 面向对象的基本思想2 面向对象技术( 简称o o t ，o b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g y ) 是软件工程和过程工程领 域中的重要技术，出现于7 0 年代末期。由于它比较自然地模拟了人类认识客观世界的方式， 一经诞生就具有强大的生命力，被人们称为主宰九十年代的一种新的软件工程理论。它的 主要出发点和基本原则是解决问题空间和解空间不一致的问题。这种方法和技术是一种认 知学，既提供从一般到特殊的演绎手段，又提供特殊到一般的归纳形式。它也是种程序 设计的方法学，基于信息隐蔽和数据类型的概念把系统中的所有成员都看成对象，每个对 象都有数据和方法，方法实施对数据的处理。 3 1 1 面氲对象方法的优点 1 面向对象的方法符合人类的思维习惯，能够自然表现出现实世界实体和问题，具 有一定的自然化模型能力。采用面向对象方法对系统的分析，可以方便地完善和建立系统 模型，加深对整个系统的认识，为系统的开发打下良好的基础。 2 面相对象方法通过一系列的机制，如封装、继承等，提供了一种代码重用的有效 途径，提高了系统开发的效率，缩短了开发周期，从而较好解决了软件工程中的两个主要 问题：软件复杂性控制和软件生成率的提高。 3 面向对象的信息系统的基本构造单位是对象，这样的系统结构减低了系统的复杂 度，使系统结构清晰，易于理解，提高了系统的可靠性和可维护性。 3 1 2 面向对象的基本概念 与面向对象编程( 简称o o p ) 相关的基本概念有对象、类、抽象、继承、封装、多态 性等。 对象是对现实实体的抽象，它包括数据和操作两部分。数据用于描述对象的性质、 状态，操作则用于描述该对象的行为。在面向对象方法中，对象数据的获取与改变必须通 过该对象自身的操作进行。 第1 3 页 圭塑銮望盔堂堡主兰垡堕皇 ! 皇立墨丝鳖皇堡塑笪里笪：垦墨篓! ! 塑! ：! 类是表现对象结构共性和行为共性的一种机构。一组具有相同结构特征和行为特征 的对象构成了一个类。在面向对象的程序中，类间的关系有两种：继承关系和组合关系。 封装指的是对象的各种外部性质同其具体的内部实现相互分离。利用o o p 方法的消 息传递和封装机制，编程人员在进行软件设计时只需要知道该对象有哪些外部性质( 即接 口) ，无需了解其内部细节，从而有助于编程人员将精力集中于所要求解的问题。 继承是派生新类的方法。通过继承，新类不仅具有旧类的属性和方法，而且还具有 自己独有的属性和方法。在软件设计中，继承的使用有助于提高软件的可维护性、可扩充 性和可重用性。 多态性是指在一组具有继承关系的类层次中，同一个消息发送给该类及该类的子类 对象时，这些对象会作出不同的响应( 即一个消息多种行为) 。多态性的使用不仅有助于 编程人员进行抽象思维，而且还为软件的扩充提供了极大的灵活性。 3 1 3 面向对象的系统开发过程 面向对象的系统开发过程如下图 对象识别类定义和组织 类定义的精化、重新组织类层次结构关系 将类定义用面向对象程序设计语言或其它语言描述出来 创建对象，发送消息 图3 1 面向对象的系统开发过程 根据图3 1 ，面向对象的系统开发过程可分为三个阶段即面向对象分析、面向对 象垃计、系统实现。其中面向对象的分析是建立概念模型的方法，首先需要识别对象和类， 然后定义类并组织类之间的关系，这样就得到了系统的概念模型。概念模型反映系统的外 部特征，是由一系列相关的类构成的，但这些类只是应用领域实体和问题特征的直观反映。 在面向对象的设计与系统实现过程中，这些类被进一步具体化。面向对象的系统设计与系 统实现是两个相互交织的过程，其结果是产生一组相关的类。每个类都是一个独立的模块， 既包含完整的数据结构，又包含完整的控制结构，可以说，类是一种自包含( s e l f 一 第1 4 页 善 占壅窒望查兰堡主堂堡堡塞 ! 皇垄墨丝堡皇堡芝筻里笪：垦墨堑! 一 一型! ! 兰 c o n t a i n e d ) 的模块。类的这种相对独立性为系统的实现和维护带来了一系列的好处：系统 结构清晰、模块的可重用性好、错误可以被局部化、系统的修改也可以被局部化等等。 从以上的系统开发过程可以看出，面向对象技术不仅是一种程序设计方法，更重要 的是。它是一种对真实世界的抽象思维方式。随着计算机应用的飞速发展，软件的复杂程 度不断提高，源代码的规模越来越大，因而，建立简明准确的概念模型是把握复杂系统的 关键。模型可以使人们从全局上把握系统的全貌及其相关部件之间的联系，可以防止人们 过早地陷入各个模块的细节。因此，面向对象的系统开发应该从建模开始。 3 2 面向对象的电网数据建模 模型是对事物的一种抽象。在模型中，应该剔除那些与问题无关的、非本质的东西， 从而使模型与真正的实体相比更加简单明了、易于把握。建模的基本技术手段是抽象。随 着技术的进步、用户要求的提高，现代软件的功能越来越复杂，项目的开发周期越来越长， 开发难度越来越大，人们需要一种方便的j = 具和灵活的语言来进行系统分析和建模。在本 系统的开发中，我们采用了广泛应用于各个领域的u m l 语言来进行建模。 3 2 1u t 语言简介8 u m l ( u n i f o r m e d1 4 0 d e l i n gl a n g u a g e ) 语言是一种标准建模语言，它运用面向对象 概念来构造系统模型，可以建立起从概念模型直至可执行体之间明显的对应关系。u h i l 语 言是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它是一种可视化的图形 建模语言，采用图形表示法，简单直观，易于理解。1 5 1 l 让开发者可以从不同的角度去观 察和理解系统，提供了多种模型图，如用例图、类图、对象图、状态图、顺序图等，而这 些来自不同角度的模型图最终构成了系统的完整图像。 u m l 适用于系统的各个开发阶段，可以构造各种静态结构和动态行为的模型。在本继 电保护信息管理系统的开发过程中，在电网建模阶段，使用了类图来分析电网中各类元件 的属性和行为，表示各类元件之间的联系：而在具体的程序代码编写阶段，我们使用了状 态图、顺序图等来分析对象的具体状态转移及动态协作关系等。 3 2 。2 电网数据模型 第1 5 页 圭塑塞望查堂堡主兰堡垒塞 ! 皇垄墨堑壁皇堡堡篁里堡：垦墨堕! 一三! ! ! 兰 现代大型企业的互联电力系统，由发电厂、变电站、线路和负荷组成。按在电力系 统的作用，可分为一次设备和二次设备一次设备之间的相互联接和状态便构成了系统网 络拓扑。在电网数据建模过程中采用面向对象的机制，每种元件都表示为一个类，从而将 复杂的电网模型分类组织起来，易于编程和扩充。具体的建模过程如下： ( 1 ) 确定电力系统中的各个组成部分和各个设备的属性，使之与其参数一一对应。 ( 2 ) 确定模型中每一对象的行为，并归纳出某些类似对象的共同行为或相近行为， 用继承和多态来加以表示。 ( 3 ) 确定对象之间的通讯关系。 ( 4 ) 进一步协调、优化各个组成部分的性能和相互关系，使得该系统成为是由不同 部分组成的最小组合。 ( 5 ) 分析、设计及实现每个组成部分的功能及功能实现细节。 根据继电保护信患管理系统开发的需要，通过对系统中的各种对象进行数据抽象之 后，我们就可以确定各个对象之间的关系如图3 2 所示。 图3 - 2 概念模型 图3 2 仅仅是对电网的简单描述，反映了电网一次系统基本元件组成以及各类电气 元件的之间的基本关系。园为建模的目的并不是百分之百的描述事物。而是要限定事物， 有效地把握事物的本质。因而，虽然上图仅反映了电力系统一次部分，只是大型电力系统 的一个子集，但对于本系统来说对电网的这种抽象能够将开发中所用的继电保护信息都 集成到该系统中，基本满足了系统开发没计的要求，达到了建模的目的。该模型是一种概 念模型，到系统的具体实现时又有所不同。 3 3 系统模型的实现 第1 6 页 ! 查奎望盔兰堕主兰垡垒塞 ! 皇垄墨竺壁皇堡芏笪里笪垦墨竺旦_ j ! ! ! 旦 根据上述的电网概念模型，结合系统开发的需要，对系统中的对象进行细化，定义 各个类的属性和行为，并需要确定类之间的关系。在定义各个元件类时，我们封装了元件 的各种参数以及绘图层中元件对象的各种操作，如绘制、选中、删除、旋转等。整个系统 中元件类的继承关系基本与概念模型中的继承关系一致，具体表示如下： 图3 3 电网模型在开发中实现 与图3 - - 2 不同，图3 - - 3 是从系统实现的角度来描述电网中各类元件的。图中较直 观地反映了各个类之间的继承关系。这种继承关系的确定主要是依据各类元件共同的属性 和方法。其中c e l e c o b j e c t 是所有子类的基类，是一个抽象类。它定义了其派生类的一些 共有的属性和公共接口，主要包含图形界面中的一些属性和操作，如元件在图形界面中的 坐标和选中、删除、旋转等基本操作。c l i n e o b j e c t 类的定义主要是为了方便图元的绘制 时的坐标存储，也是一个抽象类，不能定义具体对象。而c t r a n 2 、c t r a n 3 、c b r e a k e r 、c a i r l i n e 等则是电力系统中具体元件的抽象，都是可实例化的类。它们的属性包括：几何图元信 息，主要从其父类中继承而来；拓扑信息：表达网络的拓扑结构，主要是元件的互联信 息；电气信息：包括电气参数、保护设备信息、保护配置、保护定值等。这些类在数据 库中都有相对应的表，每一具体的元件信息在表中对应个记录，而元件的属性则与记录 第l7 页 圭壅窒望杰堂堡主堂垡堕塞 ! 皇生墨竺壁皇堡芏笪里笪星墨兰蔓三! ! 旦 中的字段一一对应。这种信息的设计存储方法在概念上思路清晰，在编程上较为简单，易 于实现，为整个系统提供了高效可靠的信息来源为系统功能的实现提供了良好的基础。 3 4 小结 运用面向对象技术，建立了一个适用于本系统开发的电网模型，并在实现过程中建 立了一系列的电力元件类，形成了一个类库。它们都可以独立地与其它接口进行通讯，如 数据库、短路电流程序、整定计算等。这些类与具体的应用无关，可以用软件i c 的方式集 成到其它应用程序中，具有一定的通用性。但是，由于该模型是针对继电保护信息管理系 统的设计开发的，因而含盖的信息量不是很大，只适用于类似的系统的开发，通用性不强。 如果需要更多的信息，则需要对各个类进行扩充，以及添加更多的类到类库中，增大其信 息量。 第1 8 页 占查銮塑盔堂堡圭兰鱼鲨壅 ! 皇；垄墨堡丝皇堡丝笪堡堡堡差皇鲨! ! ! 旦 第四章系统功能的实现 在本系统的实现过程中，采用了友好的图形界面式人机接口，将管理信息系统的各种 功能都集成到图形界面中，同时通过o d b c 接口访问后台数据库- 实现了继电保护信息的 综合集成管理。在