（电力系统及其自动化专业论文）电网监控系统软件框架设计.pdf

浙江大学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t o b j e c t o r i e n t e da p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，d e s i g n p a t t e r na n d c o m p o n e n t t e c h n o l o g y a r e p r o m i s i n go b j e c t o r i e n t e d s o f t w a l er e u s a b l e t e c h n o l o g i e s a p p l i c a t i o n so ft h e s et e c h n o l o g i e si n p o w e rs c a d a s y s t e ms o f t w a r ef r a m e w o r k c a nb r i n gs o f t w a r ed e v e l o p m e n tt oah i g h e ra n dm o l ea b s t r a c tl e v e l ，a n db yd o i n gs o i m p r o v ep r o d u c t i v i t ya n dt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n ts u c c e s s a p p l i c a t i o n so ft h e s e t e c h n o l o g i e s m a k eg o o dr e u s e so fd e s i g na sw e l la sc o d ea n da v o i d r e p e a t e d u n d e r s t a n d i n ga n dd e s i g no f p o w e rs c a d a s y s t e m i e c6 1 9 7 0s e r i e sd e f i n ea n a p p l i c a t i o np r o g r a m i n t e r f a c ef o ra n e n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m t h ed e s i g no fp o w e rs c a d a s y s t e ms o f t w a r ef r a m e w o r ki s b a s e do ni e c619 7 0s e r i e s i no r d e rt oe n s u r et h ep r o d u c t i o no fh i g h q u a l i t yp o w e rs c a d as y s t e ms o f t w a r e t h a tm e e t st h en e e d so fi t se n du s e r sw i t h i nap r e d i c t a b l es c h e d u l ea n db u d g e t ，w e d e v e l o pt h es o f t w a r es y s t e mi nt e r mo f t h er a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ，w h i c hd e s c r i b e s af a m i l yo fr e l a t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gp r o c e s s e ss h a r i n gac o m m o ns t r u c t u r e ， c o m m o n p r o c e s sa r c h i t e c t u r e t h i st h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p t so fa b o v et e c h n o l o g i e s ，t h e ns p e c i f i e s d e s i g no f p o w e rs c a d a s y s t e ms o f t w a mf r a m e w o n a n dt h ea p p l i c a t i o no fa b o v e t e c h n o l o g i e si nt h ed e s i g n k e y w o r d ： p o w e rs c a d a s y s t e m ，s o f t w a r er e u s e ，a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，d e s i g n p a t t e r n c o m p o n e n t ，i e c 619 7 0 ，r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s 塑丕堂堡堂垡堡塞 笙二童塑堕 第一章概述 1 1 电网监控系统的主要任务和特点 电网监视和控制的计算机信息系统是为电网运行管理服务的特殊的信息系 统，简称为电网监控系统。它是电力系统中一个功能比较专一的系统，同时也是 一个不可或缺的现代化手段。 电网监控系统的主要作用在于收集来自电网的信息，在完成信息处理和加工 后，提供给运行管理人员，并自动地监视运行参数，在偏离正常情况时给出报警： 另一方面，电网监控系统将运行人员的综合指示转换成一系列的控制命令，并监 视命令的执行。电网监控系统所要完成的主要任务可简述如下： 1 由于电网分布在辽阔的地域，在没有监控系统之前是由值班人员通过电 话方式向调度人员汇报当前变电所或电厂的情况，调度的一些命令也只 能由电话向值班人员下达，这样信息在时间上和准确性上都存在一定的 问题。因此，电网监控系统的最主要任务就是将安装在变电所或电厂的 r t u 或各种二次设备所采集的信息通过一定的通讯设备传输到控制中 心，相反也将调度控制中心的命令和整定值传给变电所或电厂。 2 在控制中心要对采集的数据进行处理分析，提供一个良好的界面将尽可 能多的信息反映给调度人员。 3 将收集到的信息进行分类存储，以便将来能够利用这些数据对电网运行 进行进一步地分析。 4 准确地描述监控系统所管理的设备及其运行信息。这个任务是由它所管 理的电网的特点所决定的：电网运行涉及到的数据和设备不仅量大而且 种类繁多，电网本身又在不断扩大，对电网运行的可靠性要求不断提高， 而且越来越依赖监控系统，这样就要求电网监控系统能够完整地描述电 网的数据，使调度人员能够很容易地对数据进行理解和识别。 电网监控系统是现代电网运行管理的重要手段。它与电网的结构、由此产生 的运行任务、以及选择的运行组织有着密切的关系。因此，电网监控系统有其自 身的特点： 1 存在着大量的数据通讯的任务。来自电厂和变电所的信息需要远距离传 输：上下级电网控制中心之间、同级电网控制中心之间需要互相连接和 传输信息。 堑望盔堂堡主堂垡堡窭 笙二童塑堕 2 部分模块要求高可靠性。运行管理和监视必须能够昼夜连续运行，较长 时间的中断会造成供电指挥失灵：由于可靠性的考虑，要求多计算机系 统达到互相支援，脱机维护和故障排除的时间非常短。 3 对实时应用系统必须考虑的时间要求。必须对电力系统中发生的各种 “事件”及时响应，对调度人员的各种控制命令及时执行，并能按照规 定的优先级别有条不紊地运行各种应用程序；事件记录、事故追忆必须 能够依运行过程实时进行；测量值更新周期及事件记录时间要达到秒级 甚至毫秒级范围；当出现大故障时，有记录大量几乎同时发生的事件的 能力。 4 对存储容量、运行精度和运算数据要求较高。在电网监控中心，为了运 行计划、运行监视和运行控制而执行的高级应用程序，要求有较大的计 算能力。对于每天萨常运行所产生的数据备份和事件记录，需要有大量 的存储空间。 5 友好的人机界面。几乎所有的监视和控制功能都是通过友好的人机界面 来完成。 6 功能强大的电网模型数据存储方法。由于电力系统总在不断发展，电网 的结构参数、各种设备的连接情况都需要方便地修改，需要一个功能强 大的电网模型数据存储方法来支持。 1 2 电网监控系统发展现状 我国的电网监控系统的研制工作始于上世纪5 0 年代，6 0 年代到7 0 年代丌 始使用电子计算机进行数值计算，1 9 7 8 年我国自行研制的第一套安全监控系统 投入使用，揭丌了我国电网监控系统的序幕。1 9 8 0 年我国第一个计算机闭环控 制系统运行，8 0 年代初，我国首次从日本日立公司和瑞典a s e a 公司引进了两 套电网监控系统，取得了良好的效果，同时使我们认清了差距，明确了自己开发 的方向。 8 0 年代中后期及进入9 0 年代后，我国电网调度自动化工作取得了突飞猛进 的发展，目前我国所有的网调、省调、绝大部分地调和大部分县调已经建立了电 网监控系统并且通过了实用化验收。在各级的电网建立和发展电网监控系统期 间，其他计算机应用系统也大量涌现，例如管理信息系统( m i s ) ，配网自动化 ( d a ) ，负荷控制系统( l m ) 和各种离线的应用程序。 9 0 年代末计算机硬件技术飞速发展，计算机的硬件水平和处理速度不断提 高而价格却大幅度下降，在软件方面，新的操作系统和软件平台不断出现，使操 2 浙江大学硕+ 学位论文 第一章概述 作界面更加友好，功能却不断提高，新的软件方法也开始为大家所接受和掌握， 电网监控系统的技术水准又有了新的提高。同时，我国在电网监控系统领域的应 用技术也目趋成熟，已经达到了实用化水平。 随着自动化技术的发展，在电力生产和管理方面出现了各种各样的应用软 件。同一个电力局中往往并存多个山不同厂家丌发的软件系统。这些系统可能采 用不同的计算机平台、不同的数据库技术、不同的通信规约和不同的信息表达界 面支持工具，这就使得系统的集成和信息交互变得很困难。为了提高系统的集成 性和信息交互能力，提出了新一代的电网监控系统。随着计算机和网络技术的飞 速发展，新一代电网监控系统的基础条件如i n t e r n e t 技术、面向对象技术、 数据库技术、j a v a 技术、中间件技术、多代理技术、厂站自动化技术、安全防 护技术等已经具备，新一代电网监控系统将在新的世纪j 下式启动。电网监控系统 作为一个或者几个组件存在于整个自动化系统中，这些组件依次插在这个“接口 体系”上，如图1 1 。这是一个松耦合的系统，它改变了以往以数据库为中心， 所有数据由某一个数据库管理系统统一管理的方式，而是将数据分散在各个应用 对象中，数据访问代理为客户提供数据访问的透明性，保证系统中各应用对象的 “即插即用”。 营销系统 自动厕图设 鲁管j ! i ! 客户襞务系 ， 接l j 体系 ； ，引划竹胖 配网自动化 图1 1 接口体系图 丁= 作管理 塑坚奎堂婴堂垡笙塞 兰二至塑垄 1 3 论文所做的主要工作 在论文期间，本人参加了“电网监控系统软件框架”项 ，1 ，以下简称为“监 控框架”。监控框架是我们与杭州电力自动化研究所合作丌发的项目，它的目标 是建立一个电网监控系统的基础平台，在该平台的基础上，二次丌发人员可以定 制出符合最终用户需求的电网监控系统。陔项目已通过杭州电力自动化研究所验 收。 在监控框架中，本人参加了完整的需求分析一l 作和分析设计工作，并完成了 部分编码工作。其中参与的需求分析部分是系统定义、图表、报表、图形界面、 数据库维护和报警；参与的分析设计部分是系统定义、图形界面、图表、报警和 采集；参与的编码部分是系统定义、图形界面和采集。 | j | _ 人1 j 坝卜：i f 节沦艾 坐燮! 鲨塑丝型j 第二章监控框架的技术特点 川比以前的类似系统，监控框架有四个主要的技术特点： 1 使刖了多种面向对象软件复用技术，提高了软件性能。 2 道狮了际标准，主要是i e c6 1 9 7 0 系列标准啦窠。 3 坝域灾体刈象和图形表达对象的建模结构适合使用丛j ：j - j “腱标池语 。、i ( x m l ) 的方法与外系统进行模型数据的导入和导。 4 j f ：发流程遵循了r a t i o n a l 公司提出的软件统一流程( r a t i o n a lu n i f i e d l h o c c s s ，r u p ) ， ：且使川了r a t i o n a l 公d 捉f 0 食i 【。 2 1 面向对象软件复用技术 f l j “j 的l 乜网监控软件系统中软件丌发方法是面向过程的，这时能够复用足部 分原始代码和函数库。这种复用基本只存在丌发组织内部，其他丌发组织往往d j ：尤法理斛这些代码和函数库不能达到复用。 面阳对象技术是软件方法的一个里程碑，它将数据和对数掘的操作方法综合 起来，彻底地改变了软件丌发和生产的被动状念。面向对象技术的定义可以被认 为足对象+ 类+ 继承+ 通信。如果一个软件系统是使用这样四个概念设计和实现 的，可以认为这个软件系统是面向对象的。 存面向对象技术基础上，发展了多种重要的面向对象软件复用技术：类库、 组什技术、没汁模式和框架技术等。监控框架全面地使用这些复用技术，极人地 捉汀了软件的性能。表2 1 描述了提高的软件性能和相应的复用技术。 第一i 章舱挖h e 架的披术4 l 正、 表2 1 提高的软件性能和相应的复用技术 抛i ：的 ! l ：能使用的复用技术说明 代码复t l j类库类库是面向对象软件代码复用的基础。 i 殳汁复j t j框架技术，设计模式框架技术解决了特定领域内解决方案 的设计复用，没汁模式解决了l n i i ；q , q 缘 软件本身解决方案的设计复用 可理解性和可维类库，组件技术，设这些复用技术的使用帮助软件丌发者 护。陀汁模式更好地理解软件，从而提高了软件叮维 护性。 川插拔一p l组件技术组件是一个可插拔的软件单元。 ) r 发效率类库，组件技术，设 计模式 2 1 1 组件技术 2 1 1 1 组件的定义 组件的定义分为狭义的和广义的。狭义的定义将组件限制在出c o m ， e n t e r p r i s ej a v ab e a n s 和c o r b a 提供的二进制代码单元。而广义的定义则较少关 注它的具体组成是二进制代码，类或者包，广义的定义提出组件的两个基本性质： 、组件被别的程序元素来调用，也就是说，它是作为客户被动调用的；二、别 的程序部分不需要知道组件的作者和内部结构。 - ，i h t ：技术是面向对象技术自然而然的革新。在目的上，组件技术和面向对象 技术都足为了达到复用；在基本的设计思路上，两个技术也是一致的。既然组件 技术和面向对象技术如此一致，那么为什么这么多人对组件技术青睐有加，组件 技术能带来 么样的好处? 2 1 1 2 组件的优点 有些人认为组件的好处是：可以带来复用，可以使用别人的丌发成果，减少 软什j l ，皮的花费：以后开发软件就像安装硬件一样，利用组件互相组合在一起， 从而完成了一个软件产品。但是上述并不是组件技术带来的本质好处，而是面向 刈象技术带来的好处，并且软件工业也远没有达到互相组合就可以形成软件的程 6 第：錾临控框架的技术轴 _ l f ! ：。j 。火纠：技术的好处就是：二进制代码级的组t l ：叮以完全隔离组的内部信 。乜 i l t ：多 f 胁，d a v i d p a m a s 就提出在模块中必须指名哪些信息是只用于模块内 泅m jj ) j l i a j 信息；精要向外界提供，而且，必须用某些手段( 例如沿音干”发环境) 柬啦制完成这种限制，否则就达不到效果。这种信息隐藏对模块丌发者和模块使 川矗郁仃好处。模块丌发者可以保护自己的内部信息：模块使用者则避免了r 止川梭块内部价息i m 带来的牵连性修改。 i 磐i 、湘l 编程环境并没有达到完全的信息隐藏，例如，面向对象语吉中仍然保 m 的个局变最就不可避免地导致了模块间的耦合。虽然在丌发中可以用丌发规则 水禁i i ：个j 1 6 变：l 的使用，但是一旦有工期的压力和管理的漏洲，很伙这些肌则就 会破妥m 掉了。 f i i 址使川以：进制代码为基础的组件就会姓迫j r 发者遵。0 这些j ；! i l ! j ! 1 3 。这时候 再也刁i 需要规则的限制，而是组件技术本身就保证了信息隐藏。 2 i 2 设计模式 2 1 2 - 1 模式 将亿特定情况下重复发生的问题的解决方案整理出来，形成解决这类问题的 知以和经验，也就是抽象后的解决方案，这就是模式的概念。它的目的有两个： 一是复_ = j 这些解决方案，二是有利于这些抽象解决方案的积累和交流。 山于我们主要关注软件开发中的问题，所以我们只关注软件中的模式。软件 小的模分为：分析模式( a n a l y s i sp a t t e r n ) ，体系结构模式( a r c h i t e c t u r a lp a t t e r n ) ， 没计模式( d e s i g np a t t e r n ) ，代码模式( c o d i n g p a t t e r n ) ，测试模式( t e s tp a t t e r n ) ， 进程模式( p r o c e s sp a t t e m ) ，组织模式( o r g a n i z a t i o np a t t e r n ) 。这些不同的模式 刈应】：软件丌发过程的各个阶段所遇到的问题。 模式语吉是一组模式的集合，是一系列解决方案的抽象。 j i 小论文只讨论有关设计模式的应用，所以下面只给出设计模式的洋细描 妹。 2 1 2 2 设计模式的定义 设计模式是在设计面向对象软件的过程中记录下来的知识和经验。用一系列 类结构和对象行为束具体描述设计模式的含义。在这样一个预先定义的设计结构 的毖础上，根掘具体应用完成具体的设计。设计模式的目的就是复用这些面向列 象软件设计的解决方案和方便这些抽象解决方案的积累和交流。 鲨塑型羔塑! ! 堂堡堡苎 笙三童堕堡壁堡塑丝查壁生 2 1 2 3 设计模式的基本元素 1 投名称( p a t t e r nn a m e ) 一个助记名，它用一两个词来插述模式的问 题、解决方案和效果。命名一个新的模式增加了我们的模式词礼：，统 的模式训汇表方便了模式的交流和积累。 2 问题( p r o b l e m ) 描述了应该在何种情况下使用模式。内容包括：设计 d 题和问题存在的前因后果，特定的设计问题( 例如怎样用对象表示算 法) ，导致不灵活设计的类或对象结构，使用该模式必须满足的一系列 先决条件。 3 解决方案( s o l u t i o n ) 描述了设计的组成元素，元素之问的相互关系及 各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板，可以应用于多种不问 的场合，所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提 供i 殳计问题的抽象描述和怎样用抽象元素( 类或对象组合) 来解决这个 问题。 g 效果( c o , a s e q u e n e e s ) 描述了模式应用的效果和某些应该权衡的问题。 在设计模式中主要关注时问和空问的权衡、语言和实现的问题。因为复 用足面向对象设计的要素之一，所以模式的效果还包括它对系统的灵活 性、扩充性和可移植性的影响。 2 1 2 4 设计模式的分类 表2 - 2 设计模式分类表 分类设计模式 通创建型模式抽象工厂，生成器，工厂方法，原型，单件。 川结构型模式 适配器，桥接，组成，装饰，外观，享元，代理。 领 行为型模式职责链，命令，解释器迭代器。中介者，备忘录， 域 观察者，状态，策略，模板方法，访问者。 特 j ：发领域反应者，主动对象 殊 分斫i 式领域服务客户，远程代理，接受者和连接者 领 持久化机制领域序列化 时间领域时间，l 临时，历史映射 域 其他领域管理者，产品交易，扩展对象等 根据应用的领域，设计模式分为通用领域的设计模式和特殊领域的设计模 式。在通用的领域，又进一步分为创建型模式、结构型模式和行为型模式。特殊 i 、；! 坝i j 学f 一沦义 筇：糠舱 卒批裂的坎术籼j 钡也 发领域、分布式领域、持久化机制领域和时问领域等。表2 2 给 i ；了每 个炎) 川l - 包含的设计模式。 2 1 2 5 设计模式的优点 与1 i 使用设计模式的软件系统相比，一个大量使用设计模式的软件系统的对 琢建模蜓j | i 合理，对象阳j 的耦合度更小，有着更高的效率、可靠性、可升级性、 许艇。n 、i l q 1 1 分们性( 如果强调这- 1 皇州：能的i 1 ) ，巫川能扶“、 j ，：次的设 复j f j 和代f 冯复川。同时，使用设计模式可以降低软件系统设计的复杂度。 成熟的软件系统通常使用了多种设计模式。将软件设计结果和它所使用的设 帧j 卧d i i , d j 更f 米，可以帮助丌发人员理解这u r 复j 1 1 ! i 恕，从m 就窬易州解 软件系统i f i 的类和对象，提高了软件系统的可理解性。 2 1 3 框架技术 2 1 3 1 框架的定义 框架是一个可复用的、“半成品”的应用程序，通过对框架的定制可以产生 满足客户j 体需求的应用程序。 从川广使j j 的角度：用户通过定制框架形成满足他们具体需求的软件，这个 过程足简单的，复杂的内部结构必须对用户隐藏。 从设计复用的角度：框架完整地描述了一个领域内的设计概念，可以适合该 领域内用户不同的需求。 从实现复用的角度：可以通过继承或者代理的方法束使用框架中的抽象类达 到。典现复朋。 2 1 3 2 框架的优点 模块化：通过将不稳定的实现细节封装于稳定的接e l 后面，框架加强了模块 化。设计阶段和实现阶段的决策改变会给软件系统带来很大的冲击，模块化可以 巴这平i i i 冲。i i 限定在局部的范围以内。这种局部化可以减少理解和维护软件带来的 i ：f l ；量。 可复用性：框架定义的稳定的接口有助于组件的产生和设计，这些组件可以 复j j 于别的系统，框架组件的复用可以大规模地提高软件的丌发生产率、软件质 文软件呵靠性和协同性。而且，框架描述了该领域内的知识和以前丌发者的：矗 贤经验，这样就不需要对该领域内的核心需求进行重复理解，并且提高了核心设 汁的质最。 浙 i ：人；! ：f j ! j i 。 讧论文第：章监控框架的技术特点 i i j 扩张性：通过提供外在的钩子方法( h o o km e t h o d s ) ，框架技术加强了可 扩脞r i ：。所悄钩子方法，就是允许应用程序扩展它已有接口，这就方便了新的服 务年特r i ：的j j i i 入。 反阳控制：框架的运行时间体系结构的一个最大的特点就是反向控制 ( i n v e r s i o no fc o n t r 0 1 ) 。过程是：框架的反应派遣机制( r e a c t i v ed i s p a t c h i n g i n c c l l a n i s m ) 凋川各个事件的管理对象，通过对这些事件管理对象的组织，形成 j ，吣范的j 越川w 序总体流程。当某个事件发d - ：i l q ，就会唤醒某个。啊什竹州对象的钩 子力法，接着框架的反应派遣机制就会反应。当外部事件( 例如w i n d o w s 中的 消息或者通讯端i 中的包达到) 发生时，不是具体定制的应用程序，而是内部的 核心1 1 t ：架水决定哪些方法将被唤醒以处理该事件。 2 1 3 3 框架的分类 底j 。：系统结构框架：底层系统结构框架用于对移植性和效率要求很好的底层 纳构的) f ：发。例如，操作系统、通讯框架、用户界面框架和语言处理框架。一般 水醣，这种底层框架主要用于大的软件公司的内部使用，不直接卖给用户。 巾问件集成框架：中间件集成框架主要用柬集成分稚式的应用程序和组件。 l m l ，n u 件的发展非常活跃，逐渐为大多数程序丌发者接受。典型的中i 日j t t ：包括： 刘琢请求代理框架、面向消息的中阳j 件和事务处理数据库。 介, i k , j z l j 框架：企业应用框架解决非常广泛的应用领域的问题( 如电力系统、 远f t ! 通讯系统) ，而且这些软件系统本身已经成为浚领域行为的重要组成部分。 相对于底层系统结构框架和中间件集成框架，无论是开发还是购买企业应用框架 都是非常昂贵的。然而，由于企业应用框架能够直接支持最终的应用软件丌发， 所以它带来的投资回报也是相当大的。相比较而占，虽然底层系统结构框架和中 问件集成框架对于提高开发速度和质量非常重要，但是它们并不能像企业应用框 架给丌发带来革命性的改善。 2 1 3 4 框架与组件技术 h 一；架和组件的联系非常紧密，但是注意，它们的地位是平等的，没有谁属于 准的关系。框架可以被用来开发组件。组件也可以作为一个可插拔的部分来组成 “个黑盒框架。在使用上，组件常被用来简化底层系统和中间件的丌发，而框架 常川i 来简化最终的应用软件开发。 2 1 3 5 框架与设计模式 设计模式和框架技术都成功地抓住了可复用软件丌发的本质。框架可以看作 足一系列具体化了的设计模式的组合，从而解决了一个特定应用领域内的问题。 浙i ：蔓! 些l 兰笪堕塞 笙三翌：堕塑堡丝塑丝尘堑坐 i i j 样，没计模式也可以看作是框架内部结构的高度抽象。当使用模式的方法来构 造和址求机架时，那么这些模式就规定了框架。1 ，的大部分类的职责，换f u 哺泌， 九返f r 个以模式为基础设计的框架中，理解了这些模式，整个水架就楚小i r | i 解 j 。 2 i 4 复用技术在监控框架中的应用 监控h i 架项目的目标就是设计一个初步的电力系统电网监控领域内的软件 框架，该软件框架属于企业应用框架。监控框架的设计结果是一系列抽象类和相 天史梢，仡这唑抽象类的基础上可以定制出具体的软件系统。这些- h l i 象类和棚笑 文档址j 以复用的。 雌控机架的总体构架是基于组件接口的模型，该模型使j j 了f l l p l ：技术，参见 3 2 “艰于组件接口的构架模型”。 n ! ! l i 控框架的设计中，使用了多种设计模式来解决设计中的难点提高了软 什的复川性和软件质量，参见附录“设计模式在监控框架中的应用”。 2 2 国际标准 2 2 i 简介 在监控框架丌发中，主要遵循了i e c6 1 9 7 0 系统标准草案。 i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，国际电工技术委员会) 建立 i 【1 7c 领域和电工领域的标准以帮助解决这些领域中的问题。i e c6 1 9 7 0 系列现在 第5 7 技术委员会第1 3 工作小组负责准备。该小组接受e p r ic c a p it a s kf o r c e ( 天f 翻i u 力研究所控制中心应用程序接口小组) 的工作成果。 。 e p r lc c a p it a s kf o r c e 的主要任务是建立标准的需求和草案，这些标准有 利j ：i h l i 同的j 1 ：发商开发的能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 的各 个部分之l 日j 的集成；e m s 系统和电力系统领域内的其他系统的集成，例如发电 竹川! 系统( g e n e r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 和配电管理系统( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ) 的集成。 e p r ic c a p it a s kf o r c e 小组原来的方法是将服务集成化，但是最近两年方 法已经转变为标准化组件接口。所以，在最近提出的标准草案中，标准的内容主 业足应用程序接口，这些接口使得各个应用程序无需知道别的应用程序的内部结 构就可以访问公共数据和交换信息。通用信息模型( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ， 浙 i ：人。# 坝i 学化沦义 第二章监控框架的技术4 l l c i m ) 4 i l l l i 述了这些应用程序接1 ：3 的语义( s e m a n t i c s ) ，组件接j j 描述( c o m p o n e n t i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n s ，c i s ) 描述了交换信息的内容。 i e c6 1 9 7 0 系列的各个部分： 口1 e c6 1 9 7 0 1 ，e m s a p i p a r tl ：导则剪1 总的需求； 口i e c6 1 9 7 0 2 ，e m s a p i p a r t2 ：术语： 口i e c6 1 9 7 0 3 0 l ，e m s a p i p a r t3 0 l ：通用信息模型的基础部分； 口i e c6 1 9 7 0 3 0 2 ，e m s a p i p a r t3 0 2 ：通川f i 息模型的则政、能f i ；：凋度和 备用调度部分； 口i e c6 1 9 7 0 3 0 3 ，e m s a p i p a r t 3 0 3 ：通用信息模型的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 部分： 口i e c6 1 9 7 0 4 0 1 ，e m s a p i p a r t4 0 1 ：组件接口描述框架； 口i e c6 1 9 7 0 4 0 2 ，e m s a p i p a r t4 0 2 ：通用数据访问方法； 口i e c6 1 9 7 0 5 0 1 ，e m s a p i p a r t5 0 1 ：通用信息模型的资源描述方法， c i mr d f ( r e s o u r c e d e s c r i p t i o nf a c i l i t y ) s c h e m a 。 i e c6 1 9 7 0 系列是个正在准备的标准，并没有正式发稚，它的每个部分都住 经常的修改中，并且会有新的部分被提出。 2 2 2 国际标准在监控框架中的应用 监控框架的领域内实体对象建模参照i e c6 1 9 7 03 0 0 系列： 监控框架的总体构架参照i e c 6 1 9 7 0 1 提出的基于组件接口的模型； 监控框架的组件的近实时和非实时数据访问参照了i e c6 1 9 7 0 - - 4 0 2 提 h j 的通用数据访问方法； 监控框架的组件的其他接口设计参照了i e c6 1 9 7 0 - - 4 0 1 提出的接口设 计原则： 2 3 对象模型的导入导出 不同级别的电力公司之间和同级别的电力公司之间经常需要知道对方的领 域实体对象模型，甚至相应的图形表达对象模型，例如相邻的两个电力公司需要 ，i 相知道对方的领域实体对象模型，从而完成潮流计算。这时就需要将一个电力 公吲i ：的对象模型数据导出给其他的电力公司，称为对象模型的导入导出。 在一个电力公司内部，不同的开发商开发的不同应用系统之间也需要互相导 入和导出这些模型数据，以达到模型共享，减少重复丌发和提高模型之问的兼容 圻 i ：人荆映i 学化论文 第_ 章蚧控框架的技术特j + n 。 化l u 嗍嗡挖系统丌发的历史中，对象模型的导入导m 最早使用f 的方法是利用 r | 定义文什，这利，白定义文件很难被另外的组织理解，所以”发州应的导入和导 j f i 诞雉，i f l jn 该程序在使用上有很火的限制。 从8 0q q l ： i ，期，丌始使用数据库技术水管理数掘( 主要是商 j 的关系数捌 脬) ，j ：数4 l ：以标准的关系模型的形式友好地出现，并且可以使用通用的方法 进行访i u ，使甜这些数据可读性较强。这时对象模型的导入导出足以理解刈力瑚f _ ；： - 数j ：i i ：厍结构为前提，根据这种理解丌发专门的数据转换程序来完成导入和导 j 1 1 “br 不同的丌发组织定义的数据库结构有很大不同，这种理解对方数据库 构和外发转换程序的工作量是非常大的。 最近兴起的以x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 为基 f ：f ：的扦利一拽术，从根本上解决了不同组织问交换数据的问题。其q jr d f ( r e s o u r c e d e s c r i p t i o nf r a m e 资源描述框架) 用来解决领域实体对象模型数据的导入导出， i ms v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可任意放缩矢量图像格式) 用来解决图形表 达刈缘模型的导入导出。 2 3 1x m l x m l 楚1 种无数据标记语言，提供了描述结构化资料的格式。作为通川标 i 止i h ；( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k u pl a n g u a g es g m l ) 的一个予集，它也是由万维 酬联盟( w 3 c ) 设计的。x m l 作为一种标记语言，有以下特点： 1 简单。x m l 经过精心设计，整个规范简单明了。它由若干规则组成， 这些规则可用于创建标记语占，并能用一种称作分析程序的简明程序处 理所有新创建的标记语言。 2 丌放。x m l 是s g m l 的一个子集，在市场上有许多成熟的软件可用束 i i f 助编写、管理。众多业界顶尖公司，与w 3 c 的工作群组并肩合作， 确保了交互性。x m l 标准支持多种系统和浏览器，而且x m l 标准也在 不断的改进中。x m l 解释器可以使用编程的方法来载入一个x m l 的文 档，当这个文档被载入以后，用户就可以通过这个x m l 文件对象模型 水扶取和操纵整个文档的信息。 3 高效率而且可扩充。支持复用文档片断，使用者可以发明和使用自己的 标签，也可与他人共享，可扩展性大。随着世界范围内的许多机构逐渐 采用x m l 标准，将会有更多的相关功能出现。x m l 提供了一个独立于 程序的方法来共享数据：不同的组织能够使用共同的d t d 或者s c h e m a 浙江人。学坝i 学化沦义 第二章监控框架的技术特r 4 5 来变换数据。应用程序可以使用标准的s c h e m a 验证接受数据足否仃j 效。 国际化。x m l 支持世界上大多数文字，这是依靠它的新的编码标准， 这种编 i i 5 标准支持由世界上所有的主要语占编写的混合文本。能阅读 x m l 语言的软件就能顺利处理这些不同语言。字符的任意组合。囚此， x m l 不仅能在不同的计算机系统之渊交换信息，而且能跨国界和超越 不同文化疆界交换信息。 i i j 移植。l l r f j 数据。x m l 文档是结构清晰、j f | ：常亢观的文小文r ：，仃t f 能够读文本文件的程序都能读x m l 文档，而且在此基础丌发相应的理 解x m l 文本的程序也相当方便，从而使x m l 成为是真f 跨平台的和 kj u j h 意义的数据格式。 2 3 2r d f 资源描述框架r d f 是一种通用的元数据结构，是描述数据的保存、分布、 产 i - 、使川等情况的x m l 应用。r d f 建立在一个称为“三元组”的数学模型上， 它可以把一些非常简单的元数据说明组合在一起。每一个“三元组”由主语 ( s u b j e c t ) 、谓语( p r e d i c a t e ) 和宾语( o b j e c t ) 这三个元素构成，三者组成一个语句 ( s t a t e m e n t ) ，多个语句的集合称为描述( d e s c r i p t i o n ) 。 在监控框架中，领域实体对象被看作资源，对领域实体对象的描述就是资源 描述。这种资源描述的三元组就是资源、资源属性、属性值。在关系模型和统一 建模语言( 对象模型) 中，类似的概念有着不同的术语，表2 3 描述了资源描述 框架、关系模型和统一建模语言的术语对照情况。 表2 - 3 术语对照表 资源描述框架关系模型统一建模语言 资源元组对象 属性字段，外键属性，关联 类关系类 资源描述元组内容 统一资源标志主键 值一般字段 1 e c6 1 9 7 0 提出以资源描述框架来描述标准的领域实体对象模型( 通用信息 模型c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e lc i m ) ，并以x m l 语言形式来表达，称为 c l m x m l 。 浙j i ：人0 坝卜学位沦义 第二i 章崎控框架的技术特j 2 3 3s v g s v g 足j f 【意放缩矢量图像格式( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 的简称。它 j ix m i 。( j 扩展车，j i 谚l 语言) ，是一个全新的标准j i ：放的欠量图像和动l 格式。s v g 4 i j 二传统的二元( 平面) 图像和动画制作，它使用简单的一元( 文本) 语句， j 芒成父圳刳像、色彩变化、对象运动、滤镜、音效添加等各式效果。s v g 创造 个利j t l 纯艾小完成网络多媒体的神话。 s v g 有很多杰出的特点，在这里只介绍几个与电力系统领域内图形表达对 琢模_ l l ! 十关的特点： 1 ，人j l ；：欠地图像利用点和线等矢量化的数批描述h 像， ：4 i 图形- lr 包含 色彩和位置信息。矢量图像的最大优点是”分辨率独立”。当显示或输出 像时，图像的品质不受设备分辨率影l 响，能够提供岛清晰的幽i 。矢 量图相对位图而言，更适合用于直接打印、印刷或输出到一些小型设备 如手提装置上。放大和缩小矢量图不会影响图像品质。s v g 作为矢量图 像格式，f 吲样具备了矢量图的诸多优点，更适合在网络中传输和应用。 2 艰于x m l 。s v g 的开发和创作是基于x m l 的，因此能在s v g 中丌发 出更多新的功能以提供更多的网络服务。例如，制作智能化的数据图像。 图像中的数据可以根据需要，由应用程序读取、修改和统计并最终在图 像i i j 显示。这些应用是目前h t m l 及相关图像技术远不可及的。 3 文本格式。s v g 图像可以方便地由程序语言动态生成。例如使用 j a v a s c r i p t ，p e r l ，j a v a 等语言丌发自动图像和动画生成系统。这对于一 些数据库制表是非常实用的。在线图像还可以根掘后台数据库中的关系 星实时的进行动态改变。s v g 完全支持d o m ( 文档物件模型) 。因而s v g 以及s v g 中的对象可以通过脚本语言接受外部事件的驱动，例如鼠标 动作、键盘动作等，实现对自身或对其他物件、图像的控制，制作交互 式的图像和动画。因为是文本格式，s v g 可以很好的跨平台工作，同时， 还可以解决相关的外部输出、色彩模式、网络带宽等问题。 2 3 4 技术引入 住监控框架丌发的现阶段，使用上述技术导入导出领域实体对象模型数据和 图形表达对象模型数据的功能正处于研究中。但是，监控框架的设计充分考虑到 蛐1 f 1 4 引入这两个技术，表现在： 1 监控框架的领域实体对象建模符合i e c6 1 9 7 0 - - 3 0 0 系列标准，从而可 第二章! l ，矗控框架的技术特j ! 以力便地将领域实体对象模型转换为丛j 二资源描述框架的c i m x m l 模 儿参见3 1 “领域实体对象建模”和4 2 “通用数据访问方法接i a ”。 2 化系统定义组件的图形系统中，将图符表达对象从图形表达刘缘模型t ， 分离出来，从而方便了s v g 技术的引入。参见4 3 “监控框架图形系统”。 2 4 设计流程 f i ：监控框架的设计中，我们遵循了r a t i o n a l 公司的统一软件流程( r a t i o n a l u n i f i e dp r o c e s s ) ，并使用了r a t i o n a l 公司提供的一套工具。基于电网监控软件框 架( t g q 0 姝阽，我们根据自己的具体情况，在r u p 的基础上，确定了自己的设汁 流n ! 。 2 4 1r u p 提出的流程 r u p 的核心流程为业务建模、需求分析、分析设计、代码实现、测试和部 料等。这些流程根据项目的进展，反复迭代和回溯。 其r p 的分析设计流程是： 1 提出一个或几个候选的构架模型； 2 对从需求分析中得到的用例( u s ec a s e ) 进行分析，得出分析类；经过 刈分析类的分析，合并一部分分析类成为子系统。 3 基于分析类进行设计类的设计，在设计类形成以后，合并一部分设计类 成为子系统。 4 这个时候子系统基本确定，然后根据用例确定子系统的接口。 5 柱子系统和它的接口确定以后，进行子系统内部的设计。分为一般的子 系统设计、实时的子系统设计和数据库设计。 川，i 和2 是分析过程，3 、4 和5 是设计过程。这些过程也是反复迭代和 川溯的。 2 4 2 监控框架开发的特殊性 监控框架丌发的最终结果定位是完成总体构架设计、子系统接口设计和 子系统的部分内部设计。 丌发人员有类似系统的开发经验( 本身框架就是对这些项目的一种总 结) ，从而火大节省业务建模和需求分析的时问，也有利于分析设汁。 参考