（电力系统及其自动化专业论文）继电保护统计分析及运行管理系统的开放性研究及改进.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 随着电力系统信息化工作的不断深入，电力系统对各专业应用系统数据库之间 数据交换和数据共享以及更高效的应用系统的要求越来越强烈。本文主要研究了以 下两个内容：( 1 ) 研究继电保护统计分析及运行管理系统的开放性。根据系统实际 需求和开放性要求，设计了系统数据库；通过使用中间数据格式，对系统的开放性 方案进行研究设计，实现了本系统与e x c e l 文件和e 语言文件之间的数据接口，从 而解决了本系统和o m s 等软件系统之间的数据交换问题。( 2 ) 完成了系统的升级 改进。升级系统开发平台到v i s u a lf o x p r o9 0 ：对报表功能进行了改进：将系统 数据库升级为局域网共享模式，解决本地系统的数据共享问题。 关键词：电力系统，继电保护，开放性，数据共享，m i s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e mi n f o r m a t i z a t i o n ，t h e r ei sag r o w i n gd e m a n d o fd a t ae x c h a n g ea n ds h a r i n ga m o n ga l lt h ep r o f e s s i o n a la p p l i c a t i o nd a t a b a s e s t h i s p a p e rm a i n l ys t u d i e st h ef o l l o w i n gt w oc o n t e n t s ：( 1 ) t h i sp a p e rs t u d i e st h eo p e n n e s so f s t a t i s t i c a la n a l y s i so fr e l a yp r o t e c t i o na n do p e m t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h ed a t a b a s e i sd e s i g n e db a s e df o ra c t u a lr e q u i r e m e n t sa n do p e n n e s s o p e n n e s sp r o g r a mo ft h e s y s t e mi sd e s i g n e db yu s i n gt h ei n t e r m e d i a t ed a t af o r m a t i tr e a l i z e st h ei m p l e m e n t a t i o n o fd a t ai n t e r f a c eb e t w e e ns y s t e ma n de x c e lf o r m a tf i l e s ，w h i c hh a ss o l v e dt h ed a t a e x c h a n g ep r o b l e m sa m o n gt h er e l a yp r o t e c t i o ns y s t e m ，o m s ，a n dt h i ss y s t e m ( 2 ) i n o r d e rt om a k et h es y s t e mm u c hb e t t e r , t h ep a p e rm a k e sad e s i g n i n gi m p r o v e m e n to ft h e o r i g i n a ls y s t e m t h ep l a t f o r mi su p d a t e dt o v i s u a lf o x p r o9 0 ，h t m lr e p o r to u t p u t f o r m a ti sa d d e d a n dt h i ss y s t e ma c h i e v e sl a ns h a r i n gm o d ea n dm a k ea c c e s st ot h e d a t a b a s et h r o u g hl a n ，w h i c hh a ss o l v e dt h ed a t as h a r i n gp r o b l e mi nl o c a ls y s t e m s g u ow e n q i ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i nl i k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，r e l a yp r o t e c t i o n ，o p e n n e s s ，d a t as h a r i n g ，m i s 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章绪论1 1 1 课题研究意义及背景1 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文主要工作3 第二章系统开放性的数据基础5 2 1 引言5 2 2 数据库设计理论和方法5 2 2 1 规范化理论5 2 2 2 反规范设计方法6 2 2 3 数据库设计方法6 2 2 4 数据库设计应注意的问题8 2 3 系统数据库设计9 2 3 1 数据库设计原则9 2 3 2 本系统数据库设计9 2 4 小结1 4 第三章系统开放性方案的设计与实现1 5 3 1 引言1 5 3 2 系统开放性的定义1 5 3 3 系统开放性方案设计的基本方法1 5 3 4 本系统开放性方案设计1 6 3 5 本系统开放性的实现1 8 3 5 1 基于e x c e l 的数据交换设计1 8 3 5 2 基于e 语言的数据交换设计2 3 3 6 小结2 7 第四章继电保护统计分析及运行管理系统的改进2 8 4 1 引言2 8 4 2 系统功能介绍2 8 4 3 系统开发平台升迁和改进2 9 4 3 1 开发平台的升迁2 9 4 3 2 报表设计3 1 i i 华北电力大学硕士学位论文 4 3 3 报表输出改进3 l 4 4 实现局域网数据共享3 4 4 4 i 共享数据访问3 4 4 4 2 数据锁定和解锁3 4 4 4 3 缓冲技术3 5 4 4 4 数据共享对本系统的影响3 6 第五章结论与展望3 7 5 1 结论3 7 5 2 展望3 7 参考文献3 9 致谢4 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 3 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究意义及背景 第一章绪论 电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，在保证电力系统安全、稳定和 经济运行等方面起着非常重要的作用。继电保护专业管理的有效、及时运转，是电 网安全、稳定运行的有力保障。由于现代大电网的结构和运行方式复杂多变，电子 技术、计算机技术、通讯技术等在电力系统的广泛应用，各种型式的微机保护、故 障录波设备和安全自动装置在电力系统中已经被广泛采用，这些装置本身具有很高 的信息化、智能化水平，但由于保护信息量大，以及传统远动信道资源的局限，保 护装置的定值列表、事故记录、故障录波器的故障记录文件等相关信息不能及时地 送到调度端供故障分析使用，影响了事故的处理和系统恢复时间，造成继电保护信 息监控、系统故障及保护动作行为分析和管理的自动化水平相对滞后，影响了整个 电网自动化水平的提高。 由于电力系统继电保护在电力系统中的重要性，要求其管理工作必须达到及 时、迅速、准确、和可靠。在这种情况下，传统的继电保护管理体系和方法已很难 适应现代化大电网的发展，如何建立起一套有效、方便的继电保护自动化系统，成 为继电保护应用领域中的一个重要课题。为此，研制出一套电网继电保护统计分析 管理系统，具有重要的现实意义，它可以进一步提高统计管理工作效率，提高运行 管理的智能化水平，并可提高调度人员的工作效率，指导电网运行，必将成为继电 保护运行管理的有效工具。电力系统继电保护及安全自动装置统计评价规程于 2 0 0 8 年进行了修改，为了适应新的评价规程和满足继电保护专业化管理，华北电力 大学与中国电科院联合开发了“电力系统继电保护统计分析及运行管理系统”。 当今大部分应用系统是一种孤岛式的计算机系统，不同应用系统表示数据的格 式千差万别，难以实现相互间直接准确的数据交换，使得应用系统在分布式的网络 环境中进行数据交换十分不便。应用系统信息交换时数据内容提取效率不高，需要 进行数据再加工，费时费力；各个应用系统需要反复、重复录入数据，累积了数据 出错率，人力资源消耗大，在数据交换过程中存在安全隐患。 电力系统继电保护统计分析及运行管理系统同样存在上述问题，为解决这些问 题，本文设计了系统的数据交换功能，提高系统开放性，实现与其他系统互联、数 据共享。通过本系统开放性的研究，本系统可以利用现有数据导入基础数据库，并 使本系统的数据为o m s 等系统重复利用，从而消除了系统之间“信息孤岛”的问题， 提高了系统和资源的利用率。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 目前已经有许多电力企业及研究单位在继电保护管理系统的开发研制方面做 了很多工作，相继出现了基于单机的、基于局域网技术的和基于w e b 技术的继电保 护管理件。但是由于目前电网公司内部应用系统较多，同时各系统异构的情况比较 普遍，阻碍了电网公司内部和电网公司内部各部门之间的数据共享和交互。 文献 1 、 2 探讨了继电保护信息管理系统图形化平台的实现，分析了继电保 护图形平台的一、二次图纸、数据结构、拓扑辨识等核心问题。根据对继电保护图 形平台的特点分析提出了基于继电保护图元的设计方法以及图形与数据的智能关 联思想，并依此对继电保护图纸进行模块分解、定义和存储。其中提到了两种绘制 图形的方法：一种是自己设计绘图系统，利用点线的组合绘制各种元件如继电器和 断路器等；另外一种是利用现在通用的各种c a d 和c a m 软件如a u t o c a d ，或者是基 于地图的信息管理系统如m a p i n f o ，来定制和绘制各种图元进而形成整个图纸系统。 文献 3 介绍了工作流管理技术的发展历程、基本概念、参考模型，并采用c s 模式和w o r k f l o w 开发工具，开发了基于i n t r a n e t 网络标准的两票调度系统。该文 阐述了系统中工作流的特点，即系统能够自主选择正确的工作流向，并自动分配给 相应机构的相关人员来完成，建立了系统的总体结构、各功能模块及其工作流相关 模型，并完成了模型的实例化。 文献 4 、 5 利用微软的工作流框架技术w w f ( w i n d o w sw o r k f l o wf o u n d a t i o n ) 开发了基于m s n e t 平台的继电保护定值管理系统。利用p e t r i 网对定值管理流程 建模，利用可达图分析验证所建模型的正确性和合理性，并给出了基于w w f 模型驱 动、面向组件实现所建定值管理工作流模型的可视化设计方案。 文献 6 、 7 、 8 指出目前国内的电力公司大多有几个异构的电力信息系统， 各系统相互独立，具有很强的独立性和“自治性 ，但存在各系统间资源不能共享， 信息不能交换的问题。文献 6 提出了基于c o r b a 的异构电力信息集成与数据交换 的方法。文献 7 介绍d p m s 与p s m s 两个异构系统间调度数据交换所采用的关键技 术w e bs e r v i c e 与x m l ，详细论述了交换的设计与实现过程。文献 8 定义了一 种数据转换组件，该组件将基于x m l 的数据直接转换和将x m l 文档作为中间数据的 间接转换相结合。 文献 9 研究了在需要穿越物理隔离器的情况下，如何实现安全、稳定、可靠、 高效的数据传输。为获得较高的效率，采用u d p 通信协议进行正、反向文件传输， 并针对u d p 传输的特点设计了e 格式头文件作为传输载体，在其上附加数据文件以 提高安全性。文献 1 0 以文件交换为基础，提出以e 语言结合x m l 文件，采用松散 耦合的方式实现了调度在可视化系统与e m s 系统的数据交换，成功解决了两个系统 模型一致性、数据一致性以及数据实时性问题。 2 华北电力大学硕士学位论文 文献 1 1 提出了一种基于w e b 的继电保护专业远程分布式信息管理系统的设计 方案。该系统采用a s p 和a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 设计，不仅具有普通桌面信 息管理系统的功能，而且可以通过局域网、公用电话网等各种数据通讯方式，将整 个系统的管理、维护工作分散给各层的职能部门，做到了分布管理、责任明确、数 据共享、格式统一。 文献 1 2 简要介绍了数据平台的设计思想、总体结构、功能和实现的关键技术。 对继电保护数据的标准结构进行了研究，标准结构是数据平台的数据库定义，异构 系统实现数据访问和不同地域继电保护部门实现数据交换的基础，并对该数据平台 的数据库可扩展性进行了研究，介绍了使数据库可扩展设计方法和数据库的静态分 配策略。最后，介绍了在i n t e r n e t 网络环境下基于x m l 的继电保护数据交换流程。 文献 1 3 、 1 4 采用b s 三层结构，利用i n t r a n e t 网络资源，由服务器完成 对信息的全部处理，客户端实现免维护，完成了对保护设备的基础数据、生产业务、 文档资料、报表及统计分析的系统管理。 文献 1 5 论述了针对继电保护管理信息量大、类型多等特点，提出了以浏览器、 w e b 服务器和数据库服务器构成的继电保护信息管理系统。采用j a v a 技术结合 w i z c o t l 的网络功能，实现了一种基于w e b 浏览器方式的、跨平台的图形化信息系统， 利用网络进行继电保护的定值、缺陷、周校等复杂工作的智能化管理。另一方面， 随着计算机网络技术和分布式数据库技术的迅速发展，工作流技术的日臻成熟，工 作流技术在电力企业中的应用受到越来越多的重视。 文献 1 6 采用j 2 e e 三层软件构架体系，以组件化、对象化的开发模式为总的 设计开发原则，使用m v c 模式进行了详细的系统结构设计，并利用s t r u t s 、h i b e r n a t e 等框架与j b p m 框架结合起来进行具体实现电力固定资产管理系统的开发。 从目前的文献资料来看，继电保护管理信息系统的研究开发已经取得了很多成 果，但是由于继电保护专业工作流程的多样性，继电保护设备的发展、对继电保护 工作要求的变化，继电保护管理信息系统的研究开发还待进一步的发展。随着电力 系统信息化工作的深入开展，如何实现各应用系统数据整合，解决数据的唯一性、 共享性，消除信息孤岛，是电力企业进一步提升信息化程度的最大难题之一。电力 系统数据共享和交换问题的研究已经取得了很多成果。不同系统的数据交换方案也 不同，其中交换方案中使用国际通用x m l 格式较多。e 语言是专门为电力系统设计 描述语言，因此e 语言文件格式的数据交换研究也有逐渐多了起来n7 】n 引。 1 3 本文主要工作 参考现有继电保护统计系统和目前数据交换共享的设计思想，本文提出两个主 要研究内容：其一是设计继电保护统计分析及运行管理系统( 以下简称本系统) 3 华北电力大学硕士学位论文 的数据交换方案，实现本系统数据开放性。其二是研究本系统的升级与改进。 本文所做的主要工作如下： ( 1 ) 本文结合实际需要，综合运用了e - r 设计方法、第三范式设计方法以及反 规范设计方法三种方法，设计了本系统的数据库。 ( 2 ) 完成了继电保护统计分析及运行管理系统的开放性设计。本文选择使用e 语言作为中间数据交换格式，设计了本系统与e x c e l 文件和e 语言文件之间的数据 接口，解决了本系统和继电保护统计系统、o m s 系统、d m i s 系统以及本系统上下 级数据库之间的数据交换问题。 ( 3 ) 完成了系统的升级改进。利用新平台的技术优势，升级系统开发平台到 v i s u a lf o x p r o9 0 ；对报表功能进行了改进；将系统数据库升级为局域网共享模 式，解决本地系统的数据共享问题。 所改进的继电保护统计分析及运行管理系统已投入现场运行，效果良好。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章系统开放性的数据基础 现代信息系统大多是以数据库为核心，利用数据库技术来帮助管理信息，实现 数据的收集、整理、存储、检索、更新、加工与传递等操作。因此，对于一个软件 系统的开发来说，数据库设计是否成功是一个项目成败的关键。数据库设计是指针 对于一个给定的应用环境，以规范化理论为依据，实体间的关系为基础，建立实体 结构及其相互关系的技术，是信息系统开发和建设中的核心技术n 引。其目的是有效 地存储数据，满足各种用户的应用要求。系统最终是否能被用户接受，数据库设计 是至关重要的。 2 2 数据库设计理论和方法 2 2 1 规范化理论h 捌 数据库设计规范化理论是研究如何将一个不好的关系模式转化为好的关系模 式的理论，规范化理论是围绕范式而建立的。规范化理论认为，一个关系数据库中 所有的关系，都应满足一定的规范( 约束条件) 。规范化理论把关系应满足的规范要 求分为几级，满足最低要求的一级叫做第一范式( 1 n f ) ，在第一范式的基础上提出 了第二范式( 2 n f ) ，在第二范式的基础上又提出了第三范式( 3 n f ) ，以后又提出了 b c n f 范式，4 n f ，5 n f 。范式的等级越高，应满足的约束集条件也越严格。规范的每 一级别都依赖于它的前一级别。 ( 1 ) 第一范式( 1 n f ) ：这种校验删除所有重复组，一个重复组是一个记录中的 一组属性，它多次不定量地出现在每个记录中。简单地说，1 n f 就是要删除重复组。 ( 2 ) 第二范式( 2 n f ) ：指其中含有组合主关键字，所有的非主关键字必须完全 依赖于主关键字。这种校验仅仅需要查找何处含有一个组合主关键字，能够产生一 个非关键字属性正好依赖于部分组合关键字的错误，我们将其称为依赖。简单地说， 2 n f 就是要删除部分依赖。 ( 3 ) 第三范式( 3 n f ) ：覆盖了非主关键字属性间的依赖情况，在第三范式中非 主关键字属性间不存在函数依赖。简单的说，3 n f 就是删除非关键字依赖。 ( 4 ) 第四范式( 4 n f ) - 一般应用于多值依赖的情况下，包含一个复合关键字， 简单的说，4 n f 就是删除多值依赖。 ( 5 ) 第五范式( 5 n f ) ：当且仅当一个表无损分解且全部将该表具有的候选关键 字作为其候选关键字时，才符合第五范式。简单的说，如果4 n f 后，仍存在一种能 5 华北电力大学硕士学位论文 够拆分表的方法，而且没有数据损失，则处理之。 在一个实体集内，各属性之间的关系有5 种范式，般来讲，范式越高，数据 的冗余度越小，独立性越大，可操作性与可修改性也越好。但在实际应用中，并非 规范化程度越高越好，因为随着范式增高，数据间关系趋向简单，必然引起数据文 件急剧增多，加长查找途径，提高联结代价，反而降低访问的效率。为此，本文数 据库关系模式规范化的最高目标定为第3 范式。 2 2 2 反规范设计方法 数据库设计过程中，有时为了提高某些查询或应用的性能而破坏规范规则，即 反规范。在进行反规范操作之前，要充分考虑数据的存取需求、常用表的大小、一 些特殊的计算数据的物理存储位置等。为了使数据库系统能够满足未来功能升级需 要，必须在设计过程中充分考虑使用反规范的冗余技术。 常用的反规范技术有增加冗余列、增加派生列、重新组表和分割表。 ( 1 ) 增加冗余列是指在多个表中具有相同的列，它常用来在查询时避免连接 操作。 ( 2 ) 增加派生列指增加的列来自其它表中的数据，由它们计算生成。它的作 用是在查询时减少连接操作，避免使用集函数。 ( 3 ) 重新组表指如果许多用户需要查看两个表连接出来的结果数据，则把这 两个表重新组成一个表来减少连接而提高性能。 ( 4 ) 有时对表做分割可以提高性能。表分割有两种方式：水平分割，根据一 列或多列数据的值把数据行放到两个独立的表中。垂直分割，把主码和一些列放到 一个表，然后把主码和另外的列放到另一个表中。 2 2 3 数据库设计方法 科学的设计方法有助于设计出符合具体要求的数据库。以下是几种常用的设计 方法。 ( 1 ) 新奥尔良( n e wo r l e a n s ) 方法 该方法把数据库设计分为若干阶段和步骤，并采用一些辅助手段实现每一个过 程，运用软件工程的思想，按一定的设计规程用工程化方法设计数据库。 ( 2 ) 基于e - r 模型的数据库设计方法 该方法用e - - r ( e n t i t y r e l a t i o n s h i p ) 模型来设计数据库的概念模型，是数据库 概念设计阶段广泛采用的方法。 ( 3 ) 3 n f ( 第三范式) 的设计方法 该方法以关系数据理论为指导来设计数据库的逻辑模型，是设计关系数据库时 6 华北电力大学硕士学位论文 在逻辑阶段采用的一种有效方法。 ( 4 ) 对象定义语言( o b j e c td e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 方法 这是面向对象的数据库设计方法，该方法用面向对象的概念和术语来说明数据 库结构，对象定义语言可以描述面向对象数据库结构设计，可以将其直接转换为面 向对象的数据库。 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据 库及其应用系统，有效存储数据，满足用户信息要求和处理要求。如图2 - 1 给出数 据库设计的一般步骤。 r 一 需求分析阶段 j i _ 概念结构设计阶段 逻辑结构设计阶段 l 物理结构设计阶段 r l 数据库实施阶段 阶段 土 设计概念结构 上 设计逻辑结构 01 = 数据模型优化 7 l 、 满 噙意 7 尸 设计物理结构 不 工 满 评价设计、性能预测 音 恧 哦 物理实现 0 一 试验性运行 4 、 满 一 生 意 萝 j 满意 ( 使用、维护数据库) 图2 - i 数据库设计流程图 数据库设计中需求分析阶段综合各个用户的应用需求( 现实世界的需求) ，在概 念设计阶段形成独立于机器特点、独立于各个d b m s 产品的概念模式( 信息世界模 型) ，用e - r 图来描述。在逻辑设计阶段将e r 图转换成具体的数据库产品支持的 7 华北电力大学硕士学位论文 数据模型如关系模型，形成数据库逻辑模式。然后根据用户处理的要求和安全性的 考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图( v i e w ) 形成数据的外模式。在物理设计 阶段根据d b m s 特点和处理的需要，进行物理存储安排，设计索引，形成数据库内 模式。 2 2 4 数据库设计应注意的问题 对于一个应用系统，数据库设计的合理与否，会直接影响系统实际运行的性能。 因此在数据库设计阶段，需要对对象命名、索引等进行合理的使用与设计。本文在 设计中注意了以下几个问题： ( 1 ) 对象命名的规范性 不同的数据库产品对对象的命名有不同的要求，因此，本系统数据库中的各种 对象的命名，后台程序的代码编写都采用大小写敏感的形式，各种对象、文件命名 长度均不超过3 0 个字符，这样便于本系统适应不同的数据库。 ( 2 ) 索引( i n d e x ) 的使用 创建索引一般有以下两个目的：是维护索引列的唯一性：二是快速访问表中 数据。大型数据库有两种索引即簇索引与非簇索引，一个没有簇索引的表是按堆结 构存储数据，所有的数据均添加在表的尾部。而建立了簇索引的表，其数据在物理 上会按照簇索引键的顺序存储，一个表只允许有一个簇索引，因此，根据b 树结构， 可以理解添加任何一种索引均能提高按索引列查询的速度。但也会降低插入、更新、 删除操作的性能，尤其是当填充因子( f i l lf a c t o r ) 较大时。所以本系统对索引较 多的表进行频繁的插入、更新、删除操作时，建表与索引时设置了较小的填充因子， 方便在各数据页中留下较多的自由空间，减少页分割及重新组织的工作。 ( 3 ) 数据的一致性和完整性 为了保证数据库的一致性和完整性，设计人员往往会设计多个的表间关联 ( r e l a t i o n ) ，尽可能地降低数据冗余。表间关联是一种强制性措施，建立后，对父 表( p a r e n tt a b l e ) 和子表( c h i l dt a b l e ) 的插入、更新、删除操作均要占用系统开 销，另外，最好不要用i d e n t i f y 属性字段作为主键与子表关联。如果数据冗余低， 数据的完整性容易得到保证，但增加了表间连接查询的操作。本系统数据库为了提 高系统的响应时间，增加了一些数据冗余。本系统还使用r u l e 和c h e c k 来防止系 统操作人员误输人而造成数据的错误。需要注意的是，约束对数据的有效性验证要 比规则快。所有这些，在设计阶段根据本系统操作的类型、频度加以均衡考虑。 8 华北电力大学硕士学位论文 2 3 系统数据库设计 2 3 1 数据库设计原则 数据库是需要管理的全部相关数据的集合，这个集合长期存储在计算机内，是 有组织的、可共享的和被统一管理的。在数据库中不仅要反映出数据本身的内容， 还要反映数据之间的关系，用数据模型将具体事物转换成计算机能够处理的数据。 常用的模型有层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型和面向对象数据模型。 其中，关系模型占主要地位，近9 0 数据库都采用关系模型 z 4 l z s 数据是运行管理系统的核心，本系统数据库的设计在满足继电保护统计分析及 运行管理系统功能需求的前提下遵循以下原则： ( 1 ) 因本系统数据量小，允许部分数据冗余，从而有利于系统开发和使用。 ( 2 ) 满足数据库的一致性、完整性和可伸缩性。 ( 3 ) 保证设计的规范化和结构化。 ( 4 ) 满足系统的可维护性与可扩充性的要求。 2 3 2 本系统数据库设计 本系统数据库设计综合运用了e r 设计方法、第三范式设计方法以及反规范设 计方法三种方法。在数据库的不同设计阶段应用不同的设计方法，但是各设计方法 在设计过程中又有一定的交叉。本小节首先说明数据库概念设计阶段的e - r 模型设 计，然后详细说明数据库物理结构设计。 本文的e r 模型设计过程是：先确定系统中整体结构中的实体，并建立它们之 间的联系，最后确定各实体的属性。 在数据库逻辑结构设计阶段主要应用规范化理论，本文使用第三范式作为数据 库设计方法。根据系统开放性和系统应用需求，本系统的数据库设计过程中还使用 了反规范设计方法。这里用到的反规范设计的具体方法有增加冗余列和增加派生列 等，这些方法的应用将在结构设计中具体举例说明。 2 3 2 1 本系统e - r 模型 e r 图提供了表示实体( 即数据对象) 、属性和联系的方法，用来描述现实世界 的概念模型。 构成e - r 图的基本要素是实体、属性和联系，其表示方法为： 实体：用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来；多值属性由双 线连接；主属性名称下加下划线。 9 华北电力大学硕士学位论文 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起 来，同时在无向边旁标上联系的类型( 1 ：l ，l ：n 或i l l - n ) 。 图2 - 2 系统整体的实体一联系图 华北电力大学硕士学位论文 本系统数据主要包括一次设备参数信息、二次设备信息、相关统计信息记录。 本系统主要任务为统计分析，所以数据库的设计主要考虑统计信息的完整性和一致 性。根据系统需求分析，本文设计的系统整体实体一联系图如图2 2 所示。系统的 部分实体一联系图如下图2 3 所示。 2 3 2 2 结构设计 物理结构设计即是设计数据库在物理设备上的存储结构与存取方法。本系统的 数据物理结构设计基于v i s u a lf o x p r o 建立，下面列举了主要的几个表结构。在数据 库各表设计中都尽量满足第三范式要求。但是为了系统编程实现简便，在各表的设 计中又不完全满足第三范式。这里还应用了反规范方法，在一些表中加入冗余信息。 表2 - 1 给出变压器参数表，这是一次设备参数的典型表，主要包含一次设备的 一些基本信息。一次设备参数表设计都满足3 n f ，这些表都是为二次设备信息和统 计服务的。表2 2 是保护配置表，它是系统中比较重要的表，从e - r 图中就可以看 出，它与很多表都有直接联系。它不完全满足3 n f 。为向上级单位上报此信息表时 仍然具有统计意义，在这个表中加入了一些冗余列，同时也是为与o m s 等系统共享 此信息提供了便利，以满足了开放性的要求。表2 - 3 是事件记录表，它是统计用到 的主要表之一，此表也需要上报上级单位。在这个表中增加了一些派生列，比如线 路重合闸成功次数( x l c h z c g c s ) 、应录波次数( y l b c s ) 等，这些列的增加使得事 件记录更加直观，减少了不必要的连接。表2 - 4 是保护动作表，这个表也用到反规 范设计方法，在这个表中加入大量的冗余信息列。例如：保护型号( b h x h ) 、制造 厂家( z z c j ) 、通道类型( t d l x ) 、维护单位( w h d w ) 等。这些冗余列有两个作用： 一是在统计过程中可以减少查询连接时间，达到节约运行时间目的；二是在上报后 上一级单位可以在本单位的系统上直接识别、进行统计分析，增强了系统容错性。 表2 - 5 是保护缺陷表，这个表和保护动作表一样是增加了一些冗余列，它们的用途 也是一样的。在统计中使用频繁的表大多用到了反规范设计方法，这些冗余列的增 加在系统的开发和使用中起到了重要的作用。在数据库设计中增加冗余信息，不仅 仅是为了提高本系统的查询效率，更重要的是为满足本系统开放性需求，实现上下 级数据的传输共享和与o m s 等系统的数据交换。 此外还有本文还设计了通用表、保护功能表、电网简称表、单位信息表、维护 单位表、运行单位表、管辖单位表、厂站参数表等，在此就不一一列举。 华北电力大学硕士学位论文 表2 - i 变压器参数表 字段 标题类型大小备注 b h编号 c1 0 主键 b y q m c 变压器名称 c3 0 c z 田【c 厂站名称 c3 0 d y a j l 电压等级一 c 4 高压侧电压高压侧电压 d y d j 2 电压等级二 c4 中压侧电压低压侧电压 d y a j 3 电压等级三 c4 低压侧电压 d容量 n1 0 - 2 s 肺z是否发变组 l1 是、否 卷数 nl j s s f i c y x 是否退出运行 ll b z 备注 c3 0 0 表2 - 2 保护配置表 字段标题类型大小备注 b h 编号 c1 6 主键 y c s b m c 一次设备名称 c6 4 一次设备的调度名 y c s b i x 一次设备类型 c2 0 按评价标准规定 d w j c 电网简称 c1 6 网级和省级电网简称 c z m c厂站名称c 3 0 设备所在厂站的调度名称 a y a j 电压等级 c4 d d d w 调度单位 c3 0 各级调度机构简称 b h l b保护类别 c3 0 按评价标准的规定 b h x h 保护型号 c3 0 装置的型号，按标准填写 b h x h 2 保护型号二 c3 0 b h x h = “其它”时填写 t d l x 通道类型 c2 0 按评价标准 z z c 3制造厂家 c3 0 根据b h l b 和b h x h 的值自动从 z z c j 2 制造厂家二 c3 0 b h c s 表读取。 b h l ) 【 保护类型 c3 0 b h f l 保护分类 c1 0 d d m m 调度命名 c1 2 8 保护设备的调度命名 b h g n f l 保护功能分类 c3 2 按评价规程标准，分为主保 护、后备保护等 l j b b 软件版本 c2 0 装置版本号 1 2 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 3 事件记录表 字段标题类型大小备注 s j b h 事件编号c1 6 主键 s b d w 上报单位 c3 0 s j r q 事件日期时间d a t e t i r n e8 s j l x 事件类型 c3 0 故障、无故障非管辖区故障 g z s b l x 故障设备类型c2 0 按评价规程标准，分为线路、 母线、发电机等 g z l x 故障类型 c 5 0 按评价规程标准，设备类型不 同，故障类型不同 g z x z 故障性质 c2 0 瞬时性故障、永久性故障 c z m c厂站名称 c 3 0 发生故障的厂站 c z m c 2 厂站名称二 c3 0 发生故障的厂站2 g z q c s j l 故障切除时间一 n 1 0 g z q c s j 2 故障切除时间二 n1 0 b d z j i 距离厂站一距离 n4 对于线路故障 表2 _ 4 保护动作表 字段 标题 类型大小备注 b h d z b h 保护动作编号 c3 一次事件中保护动作编号 c z n l c厂站名称c3 0 b h l b 保护类别 c3 0 , t y d j 电压等级c 4 与保护配置表对应，自动生 b h x h 保护型号 c3 0 成 z z c j 制造厂家 c3 0 r j b b 软件版本c 2 0 t d l x 通道类型 c2 0 b h m c调度命名c1 2 8保护的调度命名 b h g n f l 保护功能分类 c3 2 按评价规程标准 b h 朗 保护功能c 3 2 b h d z p j 保护动作评价 c2 0 分为正确、误动、拒动 b h b z q d z y y保护不正确动作 c 1 2 8 按评价规程标准规定 原因 z r b m 责任部门 c1 2 8 z r f l 责任分类c 1 2 8 s c a q j y s j 上次定期检验时 d8 间 s b w h d w 运行单位 c3 0 1 3 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 5 保护缺陷信息表 字段标题 类型长度备注 d d d w调度单位 c3 0 s b w h d w 运行单位 c 3 0 b h编号 c1 6 主键 c z f n c 厂站名称 c3 0 d y d j 电压等级 c4 b h l b保护类别 c 3 0 b h x h保护型号 c2 0 d d m m调度命名 c1 2 8 z z q 制造厂家 c3 0 q x y y 缺陷原因 c1 2 8 q x f s s j 缺陷发生时间 d a t e t i m e8 q x x c s j 缺陷消除时间 d a t e t i m e8 q x l j s j 缺陷累计时间 c3 0 x x 小时x x 分钟 q x c d 缺陷程度 c1 0 危机、严重、一般 q x f l 缺陷分类 c3 0 运行时缺陷、检修时缺陷 y y j c l q k 原因及处理情况 备注2 5 6 b h s f i e保护是否退出 l1 t c s j 退出时间 d a t e t i m e8 h f s j 恢复时间 d a t c t i m e8 t c y x s j 退出运行时间 n8 s b s j 上报时间 d a t c t i m e8 系统自动填写 y s b 已上报 ll 2 4 小结 本章详细阐述了数据库设计的理论和方法，并结合实际需要，在数据库设计过 程中考虑了系统数据开放性要求，综合运用了e r 设计方法、第三范式设计方法以 及反规范设计方法三种方法，设计了本系统的数据库，为下一章系统开放性的设计 与实现做好了准备工作。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 第三章系统开放性方案的设计与实现 3 1 引言 当前电力企业应用系统的一个显著特点是异构性，企业网中可能有主机、工作 站、p c 机，而且可能采用不同的操作系统和通信协议。随着电力工业的发展，特别 是解除管制、增加竞争力的电力市场的出现，对电力企业应用系统中各种基础信息 的共享的要求也随之提高。而目前电力企业应用系统的开发设计中，从目前实际应 用的情况来看，这些分析计算和管理软件也是各自独立开发，依据各自系统的需要 自行建立私有的数据模型，不仅导致了相同的电网参数、设备参数等信息在各自系 统中重复构建，数据大量冗余，数据的一致性难以保证，也严重地阻碍了各应用间 的数据信息共享和交换。 因此，需要有适应电力系统发展要求的开放式系统结构。电力系统异构信息的 共享是实现电力系统异构环境下分布式应用之间的信息交换、消除“信息孤岛”、 建立更加开放的电力系统的必要途径，是电力工业发展的必然要求汹1 。有利于增强 电力企业软件的模块化和可重用程度，使系统具备良好的可维护性和可扩展性。 3 2 系统开放性的定义 系统的开放性是指系统之间交换信息的能力。最初，信息共享仅仅局限在数据 库领域，以信息整合和基于数据库的系统集成为目的，主要研究数据库模式的整合、 全局视图的建立等等。美国国家科学基金在1 9 9 0 年举行的未来数据库研究会议上， 确立了将“构建异构、自治数据库中支持可控的信息共享与交换的环境 作为未来 数据库研究的关键问题。此后，众多学者对异构数据库的信息共享和交换进行了大 量的研究幢 。 随着计算机技术的不断发展和网络技术的不断成熟，信息共享和交换的研究已 经不再仅仅局限在数据库领域，而是扩展到整个信息系统内部和信息系统之间的协 作，两个或多个系统交换信息并相互使用已交换信息的能力。主要目的是让彼此独 立的、自治的系统能够为跨平台跨系统的信息协作提供支持，其主要研究对象已不 仅仅是数据库，而可以是形形色色的信息源，可以是结构化的数据、非结构化或半 结构化的信息、文件系统和知识库等等位町1 3 列。 3 3 系统开放性方案设计的基本方法 目前异构数据源间数据转换的主要方法有汹3 ： 1 5 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 基于软件工具的转换方法。数据库管理系统一般都提供将外部文件数据 转移到本身数据库表中的数据装入工具，如o r a c l e 提供的将外部文本文件中的数 据转移到o r a c l e 数据库表的数据装入工具s q l + l o a d e r ，利用这些软件工具可简单、 快速地实现数据转换。但这种数据转换程序是特定的、专用的，要求目的数据库必 须是转换工具对应的数据库，且多用手工方式进行转换，数据更新时会带来不同步 的问题，即使人工定时运行转换程序也只能达到短期同步，对应转换的数据库类型 也不多。 ( 2 ) 基于中间数据库的转换方法。在两个具体的数据库之间转换时，依据关 系定义，从源数据库中读出数据通过中间数据库写入目的数据库中。这种方法所需 转换模块少，且扩展性较强，但实现过程复杂，转换时需要大量的空间。 ( 3 ) 基于数据库组件的转换方法。利用d e l p h i 等数据库应用程序开发技术， 通过源数据库与目的数据库组件来存取数据信息，实现直接转换。但若源数据库与 目的数据库对应的数据类型不相同，必须先进行类型的转化，然后双方才能实施赋 值。 针对基于软件工具、中间数据库和数据库组件的转换方法存在的不足，本文采 用了基于中间数据交换格式的数据交换方法，实现本系统与o m s 等系统的数据交换。 而不同系统的数据交换格式一般有自定义格式、可扩展置标语言( x m l ) 格式及e 语 言格式3 种方式。自定义格式可读性和标准性较差，不宜采用；x m l 是国际上通用 的标准；e 语言是国家电力调度通信中心制定的标准。我们在实际应用中发现，x m l 虽然是国际标准，但其对对象的描述效率太低，描写一个对象事例需要几十行，而 随着文件内数据的增加，其解释效率也直线下降，在文件中搜寻相关的内容需要借 助专用工具来完成，给后期的维护带来了一定的困难。引。而e 语言由于在设计时充 分考虑了电力系统的实际需求，不仅继承了x m l 的基本特点和优点，其文件格式较 x m l 也更加简单明了，同时扩充了一些特殊的符号和描述语言，不仅可以高效地描 述电力系统复杂模型，而且对于大数据量文件的解释效率也比x m l 要高。因此，本 文最终选择使用e 语言作为中间数据交换格式。 3 4 本系统开放性方案设计 数据相关性是数据交换的前提。开放性方案设计之前首先要分析与本系统数据 相关