（计算机应用技术专业论文）电力负荷管理系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 电力负荷管理系统是运用通信技术、计算机技术、自动控制技术对电力负 荷进行监控、管理的综合管理信息系统。随着电力负荷管理系统应用的不断深 入，负荷管理具有图形系统、数据实时发布、系统之间的互操作性等一些新的 特点，为了适应这些新的要求，在分析传统的电力负荷管理系统设计架构的基 础上，根据国家电网公司最新颁布的q g d w l 2 9 - 2 0 0 5 电力负荷管理系统通用 技术条件，论文着重研究了基于a j a x s v o 的电力负荷管理系统。在实现了电 力负荷数据采集的基础上，本系统还体现了以下特点： i 、针对图形系统的需求，论文研究t s v o 技术在电力图形系统的可行性， 并给出图形系统的体系结构，针对多用户环境下的图形编辑工作。论文还详细 阐述了实现了基于a j a x 引擎的具有协同设计的电力图形系统。 2 、针对数据实时发布的特点，尤其是在w e b 环境下，为了解决实时刷新时 页面闪烁的问题，应用了具有异步通信机制的a j a x 技术，同时结合d o m 操作， 将电力负荷参数引入s v g 图形中，实现了图形数据一体化的效果。 3 、针对系统之间的互操作性的特点，考虑s v g 基于“l 的特征，以及电力 负荷参数在客户端和服务器之间以x m l 文档形式传输的特点，通过应用w e b 服 务技术，能够实现不同系统之间的互操作性。 最后论文探讨电力负荷管理系统进一步的研究方向。 关键宇：负荷管理：电力图形系统；a j 觚：s v g a b s t r a c t p o w e rl o a dm 粕a g e 嗍1 ts y s t e mi sas y n t h e s i sm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ， w h i c hu s ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y , a n da u t o m a t i cc o n t r o l t e c h n o l o g yt om o n i t o ra n dm r n a g ep o w e r1 0 a c t a st h ed e v e l o p m e n to fp o w e rl o a d m a n a g e m e n ts y s t e m , i ts h o w su ps o m en o wc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sg r a p hs y s t e m , i s s u i n gr e a l - t i m ed a t a , a n dm u t u a lo p e r a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s i no r d e rt o m e e tt h e s en e wr e x l u c s t s ，t h i sp a p e rs t u d i e se m p h a t i c a l l yt h ep o w e rl o a dm a n a g e m e n t b a s e do nt h ea j a x s v qw h i c hb a s e do nt h es t u d yo f t h ed e s i g no f t r a d i t i o n a lp o w e r l o a dm a n a g e m e n ts y s t e m , a c c o r d i n gt ot h el a t e s tq g d w l 2 9 2 0 0 5p o w e rl o a d m a n a g e m e ms y s t e ms p e c i f i c a t i o n ，p r o m u l g a t e db yn a t i o n a l e l e c t r i cn e t w o r k c o m p a n y e x c e p tr e a l i z i n gt h ep o w e rl o a dd a mc o l l e c t i n g ，t h es y s t e mh a ss o m eo t h e r c h a r a c t e r i s t i c sa sf o l l o w ： 1 i nl i g h to fg r a p hs y s t e m ，t h ep a p e rs t u d i e st h ef e a s i b i l i t yo fa p p l y i n gs v g t e c h n o l o g yt op o w e rg r a p hs y s t e m ，a n ds h o w st h es t r u c t u r eo ft h eg r a p hs y s t e m , w h i c hi sw e l la d a p t e at ot h eg r a p h i ce d i t o ru n d e rm u l t i - 嘲e n v i r o n m e n t t i i i sp a p e r a l s oe l a b o r a t e st h ep o w e rg r a p hs y s t e mw h i c hc a nc o o p e r a t ew i t ho t h e rd e s i g n e r u n d e ra j a xe n g i n e 。 2 f o rt h ec a s et h a ti s s u i n gr e a l t i m ed a t a , e s p e c i a l l yi nw e be n v i r o n m e n t , w h e nt h er e a l - t i m ed a t ar e n o v a t e s , t h ep a g ef l a s h e s i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e mt h i s s y s t e ma p p l i e sa j a xt e c h n o l o g yw i t ha s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m c o m b i n e sw i t hd o m o p e r a t i o n i ti n t e g r a t e st h ep o w e rl o a dp a r a m e t e r sw i t ht h es v g g r a p h , a n da c h i e v e st h es y n t h e s i so f g r a p ha n dd a t a 3 i nv i e wo fm u t u a lo p e r a t i o nb e t w c e l ld i f f e r e n ts y s t e m s ，c o n s i d e r i n gs v g b a s e do nx m l ，a n dt h ed a t ao fp o w e rl o a dt r a n s m i t t i n gb c t w e e l lc o s t b i n e r sa n d s e r v e r sb yx m ld o c u m e n t , o t h e rs y s t e m sc a nr e a l i z em u t u a lo p e r a t i o nb e t w c e n d i f f e r e n ts y s t e m sb ya p p l y i n gw e bs e r v i c et e c h n o l o g y l a s t l y , t h ep a p e rd i s c u s s e st h ef u r t h e rr e s e a r c ha b o u tp o w e rl o a dm a n a g e m e n t s y s t e m k e y w o r d s l o a dm a n a g e m e n t p o w e r c r c a p hs y s t e ma j a x s v g - i i - 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名：垄丝兰垒日期：! ! l 年上月生日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名：至丝日期：三! z - 年三月二生日 导师签名：糍砥圾 日期；掣年三月堑日 第1 章绪论 随着计算机软硬件技术的迅猛发展和个人计算机的日益普及，计算机用户 不仅希望所用的软件具有强大的功能，而且还要求软件具有良好的可操作性和 舒适度。当前国内运行的大多数电力负荷管理系统的人机界面比较单一，基本 上只通过表格、文本来反映监测信息，而不能灵活生动的反映电力终端设备状 况及其变化，但是随着电力营销及需求侧管理技术的发展和管理的创新，电力 负荷管理系统已成为电力营销与客户服务工作的重要组成部分，改善电力负荷 管理系统的人机界面，提高电力负荷管理系统数据的利用效率是本文主要论述 的重点。 1 1 国内外研究现状 电力负荷管理系统是电力负荷控制系统的升级产品，包含主站软件和电力 终端两大部分，是以计算机应用技术、数字通信技术、电力控制技术为基础的 大型信息采集处理和实时监控系统。其中主站软件集电力负荷管理和现场客户 服务功能于一身，是供电企业监控用户用电情况、提高需求侧管理水平的新一 代远程监控装置。作为电力公司的综合管理信息系统的组成部分，在面向客户 服务、开拓电力市场、增加电力销售和电费回收服务以及提高营销管理现代化 水平等方面提供了一种有效的技术和管理手段【l 捌。 过去电力负荷控制系统根据计划用电的需要，具有“不超不限，谁超谁限” 以及“控制到户”等功能，这在严重缺电的情况下，对保证人民生活正常用电发挥 了重要作用，但是随着供需矛盾的缓解以及市场的开拓，电力负荷控制系统的“控 制”功能相对减弱，开始逐渐演变为电力负荷管理系统。 电力负荷控制技术首先在欧洲得到广泛的应用。英国2 0 世纪3 0 年代开始 音频电力负荷控制技术的研究；日本6 0 年代开始研究电力负荷控制技术，从欧 洲引进制造技术；美国7 0 年代开始重视电力负荷控制技术的发展，不仅从西欧 弓l 进了音频电力负荷控制系统设备的制造技术，而且着手研究和发展无线电力 负荷控制技术。目前世界上已经有许多国家使用了各种不同类型的电力负荷控 制系统。发达国家使用电力负荷控制装置，已有六十多年的历史，是在不缺电 的情况下发展起来的。电力负荷控制技术己成为国际上一项具有大量使用经验 的成熟的实用技术。发达国家使用这项技术的主要目的是改善电网负荷曲线， 削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电设备投资的效益，推迟电力 设施的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧 管理和对电力市场的技术支持。 我国从1 9 7 7 年底开始了电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为 几个阶段： ( 1 ) 1 9 7 7 年一1 9 8 6 年为探索阶段，研究了国外电力负荷控制技术所采用的各 种方法，并自行研制了音频、电力线载波和无线电控制等多种装置。 ( 2 ) 1 9 8 7 年一1 9 8 9 年为有组织的试点阶段，主要试点开发国产的音频和无线 电负荷控制系统，分别在济南、石家庄、南通和郑州安装使用，都获得了成功。 ( 3 ) 1 9 9 0 年一1 9 9 7 年是全面推广应用的阶段，经过7 年多的努力，全国已有 近2 0 0 个地( 市) 级城市供电系统建立了规模不等地负荷控制系统，还有部分县级 城市也开展了这项工作。 随着电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建立正 常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面，而且系统还增加了用电管理 的功能，包括用电信息管理、远程抄表、用电信息服务等功能。这些扩展的功 能，提高了电力负荷控制系统的经济价值和生命力，在系统的数据处理方面也 打破了以前的局限性，扩展了网络功能。为了更确切地表述这个系统，电力负 荷控制系统遂更名为电力负荷管理系统。目前，电力负荷管理中心可以通过数 据库与不同的系统进行网络联结，将负荷管理系统的大量数据信息送到电力系 统的管理网、调度网、营业网等，对于电网管理的科学化和现代化，这些都是 不可或缺的【3 - 5 1 。 国外发达国家是在实现工业化以后进行信息化建设的，管理流程和数据处 理流程都比较规范，而中国则是工业化和信息化建设同时进行，一次要迈两个 台阶。同时，国内正处在市场经济的初期发展阶段，管理方式变化较大，这就 要求电力负荷管理系统能更为方便地改动和升级。 1 2 存在的问题及解决方案 随着电力负荷管理系统通用技术条件的最新颁布，电力负荷管理系统成为 电力系统应用软件研究开发的热点问题。目前用电现场管理、电力营销管理技 术等均具有成熟研究成果，为提高规划分析电力相关工作的水平发挥了重要作 用，但是在实际使用中其效率还受以下几个方面因素的制约。 首先电力负荷管理系统的图形系统问题。人机交互界面不友好，普遍没有 图形化界面，既影响工作效率，又不能根据最新的计算结果及时更新图形结构 与数据。图形作为工程中最简洁的语言，由于图形系统采用可视化的方式，能 够为计算机用户提供更为快捷、有效的服务而成为人机交互的重要手段。针对 电力行业而言，现有电力应用软件的图形子系统存在着以下一些问题【6 j ： ( 1 ) 自行开发底层图形模块，造成代码编制量大，相应维护工作量也大，开 发周期太长； ( 2 ) 图形功能有限，灵活性差，无标准输入、输出接口，与标准图形系统交 互困难： ( 3 ) 面向特定数据库，维护困难，跨平台的能力不足。 电力负荷管理系统也存在类似的问题，甚至大多数电力负荷管理系统只是 采用报表来管理和发布数据，很大程度上限制了用户的直观感受，不能满足工 作的需要。 其次就是应用系统之间的互操作性问题。目前，大部分电力负荷管理系统 对多应用的支持有欠考虑。一般来说，对多应用的支持表现在如下几个方面： ( 1 ) 应能方便地切换，观察不同应用系统当前的实时数据； ( 2 ) 应能灵活地适应不同应用显示数据的不同需求； ( 3 ) 应能灵活地适应不同应用交互界面的需求。 但是大多数电力负荷管理系统采用的做法是在平台开发人员的帮助下，各 应用系统的开发商将自己的操作界面程序嵌入图形系统程序。这样做有很多弊 病： ( 1 ) 图形系统程序随着各应用界面的嵌入，代码量越来越大，不易维护图形 系统的版本； 东北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 图形系统运行发生错误时，不易区分到底是平台的问题还是应用的问题； ( 3 ) 由于必须协助各应用的开发，平台开发人员的任务加重； ( 4 ) 由于各应用的开发人员必须阅读图形系统的代码，才能加入自己的界 面，也增加了应用开发人员的负担。 从软件工程的角度看，图形系统作为平台的一部分，应该与各应用系统是 相互独立的，其代码不应该揉入各应用系统的代码。 最后就是基于w e b 的数据实时发布问题。目前的电力负荷管理系统，数据 应用主要以c s 方式为主，需要在客户端安装应用软件，而系统所采集的数据 应用遍布电力生产、营销等多个部门，使用者众多，有公司领导、供电局领导、 各部门的专责、基层班组等。如果采用c s 结构将在每个用户终端上均要安装 客户端软件，工作量大，以后的运行维护更为困难，客户端软件的升级及版木 控制也成为问题。采用b s 结构可以做到易于被使用者接受、操作简单、系统 是可维护的、可管理的、易于升级的。但是能否满足应用的需要、能否实现、 响应速度如何、现有设备的性能是否胜任等都还是一个未知数。 前述问题的关键就在于不同产品之间一个统的标准。国际电工委员会第 5 7 技术委员会在9 0 年代针对e m s 系统提出了i e c 6 1 9 7 0 标准系列，其中对于电 网模型信息的交互已明确提出了一个c i m 标准，而对于图形互操作性的研究才 刚刚开始。图形交互格式目前还没有成熟的国际标准，i e c 6 1 9 7 0 仅仅推荐采用 s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c ) 标准规范。由于s v g 是w 3 c 组织2 0 0 2 年推出 的网络标准，不受单一的公司控制，具有广泛的应用基础，利用s v g 技术开发 的图形系统能够解决图形系统的多样化问题。目前在互联网世界的数据交换上， x m l 起着举足轻重的作用。根据s v g 基于) 0 m 。的特性，同时能够成功解决不 同电力系统软件之间的互操作问题1 7 4 0 j ，再结合a j a x ( a s y n c h r o n o u sj a v a s c r i p ta n d x m l ) 技术的数据异步传输特性，这为电力行业的实时数据的动态发布提供了一 种良好的解决方案。 1 3 课题研究的主要内容 本课题主要研究对象是通过g p r s 网络传输的实时数据一电力负荷参数， 根据i e c 6 1 9 7 0 标准系列，在对电力负荷管理系统研究的基础上，设计了基于 - 4 - 第1 章绪论 a j a x s v g 的电力负荷管理系统，目前所研究的主要内容如下： ( 1 ) 熟悉电力负荷管理系统的实际需求和数据库设计中的模式，按照模式的 应用环境，利用数据库设计工具p o w e r d c s i g n e r ，从概念数据模型到物理数据模 型，逐步设计符合系统要求的数据库。 ( 2 ) 熟悉w 3 c 组织2 0 0 2 年推出的s v g 图形标准，根据s v g 基于x m l 的特 征，采用j a v a s c r i p t + s v g 实现电力图形系统的编辑功能，使其满足电力接线图 设计的基本要求。进一步结合j a v a s c r i p t 的d o m 以及a j a x 技术，实现多用户环 境下的协同设计功能，提高图形编辑系统的效率。 ( 3 ) 根据电力负荷管理系统对数据管理的实时性要求，分析i j 觚在网络交互 中的异步传输方式，进而解决在w e b 环境下对数据的发布问题，以及系统和数 据的耦合问题，改善不同m i s 系统之间的互操作性。最后使用v i s u a ls t u d i o n e t 2 0 0 5 平台，采用基于a j a x 技术的a t l a s 框架和水晶报表，实现电力负荷管理系 统的数据管理和发布功能。 1 4 论文结构 本文的主要内容安排如下： 第一章：分析了当前多数电力负荷管理系统在w e b 上的矢量图形模块、互 操作性和数据实时发布方面的缺陷，根据i e c 6 1 9 7 0 标准系列，总结了提出基于 a j a x s v g 的电力负荷管理系统的必要性。 第二章：在简述系统的数据流程基础上，设计出电力负荷管理系统的系统 架构，并详细阐述了图形系统的多层结构，为本文后面的研究奠定了基础。根 据最新颁布的国家电网公司企业标准电力负荷管理系统通用技术条件，本章 还给出系统需要实现的功能。 第三章：首先简要介绍p o w e r d e s i g n e r 工具和系统的e - r 图设计，然后详细 论述在数据库设计过程中应用的四种模式，根据这些模式，利用p o w e r d e s i g n e r 工具设计电力负荷管理系统的数据库，并结合相关图例进行补充，最后总结数 据库设计过程中的经验。 第四章：探讨电力负荷管理系统中图形系统的体系结构，并指出图形系统 的编辑模块、发布模块的设计思路，论述s v g 在电力图形系统的可行性和优越 性。进一步结合a j a x 技术，完善协同设计模块的具体方案。 第五章：数据是应用系统的中心，首先讲解从电力负荷终端获取数据源的 过程，然后讲述在w e b 环境下实现实时显示数据的思想，并简述电力负荷管理 系统的报表统计模块，最后探讨了不同系统之间的互操作问题。 最后总结了全文工作，并且对未来的研究方向进行了展望。 第2 章系统架构设计 第2 章系统架构设计 2 1 概述 根据上一章所介绍的，电力负荷管理系统是在n e t 框架下，采用a j a ) 【和s v g 技术实现的。n e t 框架是一种新的计算平台，它简化了在高度分布式i n t e m e t 环 境中的应用程序开发，s v g 是w 3 c 组织推出的新一代基于x m l 的开放的矢量图 形描述语言，a j a x 是d a g o o g l e 推广而变得炙手可热的，与传统的w e b 应用相比， a j a x 的异步通信机制改善了w 曲程序的用户体验。 2 1 1 n e t 体系结构 m i c r o s o f t n e t 是一项革命性的技术框架，其核心技术包括x m l 、分布式 计算、组件技术、即时编译技术等。x m l 奠定了新一代电子数据交换的标准， 正是数据交换使网络计算成为可能；分布式计算是网络的本质；组件技术是软 件技术多年来的发展成果，它使程序设计人员从大量的a p i 编程中解放出来， 以采用面向对象和面向组件的技术来解决软件问题；即时编译技术使应用程序 在运行时，能够根据主机的硬件和软件环境进行代码优化，并简化代码发放的 过程。图2 1 给出n e t 框架的体系结构。 - 7 - 从图2 - l 可以看出通用语言运行时以及它所提供的一组基础类库构成 了n e t 框架的基础。在开发技术方面，n e t 框架提供了全新的数据库访问技术 a d o n e t 以及网络应用开发技术a s p n e t 和桌面应用开发技术w i n d o w s f o r m s = 在开发语言方面，n e t 提供了v b 、v c + + 、c 捍、j s c r i p t 等多种语言支 持；而v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 5 则是全面支持n e t 的最新开发工具。 2 1 2s v g 技术 s v g 是w 3 c 组织推出的一种开放标准的文本式矢量图形描述语言。使用 s v g 可以在网页上显示出各种各样的高质量矢量图形，包括图像处理中常见的 许多功能，如图形、文字、动画、色彩、滤镜效果等，最关键的是，s v g 完全 用普通文本来描述。也就是说，这是一种基于文本的图形格式，并且s v g 是基 于x m l 语言的，所以可扩展性很强，并能够描述任意复杂的图形。 s v g 的主要特点表现如下【1 2 】： ( t ) s v g 是基于x m l 标准，x m l 是公认的新一代网络标记语言，它突破了 h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内容更丰富、更复杂，但又更易于组成 一个完整的信息体系。s v g 作为w 3 c 推荐的公共标准，其本质上是x m l 的一 个应用，这使得s v g 与当前已有的和未来的其他x m l 应用之间存在着天然的 交融，从而使这些技术和应用之间的协作变得十分简单。 ( 2 ) s v g 是一种矢量图形语言，矢量图形由线框和填充构成，由计算机根据 矢量数据计算后绘制而成，相比于位图图像，s v g 可以任意缩放，而不影响图 形的质量；其次s v g 是文本式矢量图形，文件尺寸小；最后s v g 图形具有一 个1 6 0 0 万色彩的调色板，支持i c c 标准、r o b 、线性填充和遮罩等，具有超强 色彩控制能力。 ( 3 ) s v g 是纯文本的图像格式，s v g 文件是基于纯文本格式的。易于手工编 写，也可以由程序语言如c + + 、a s p 、j a v a 等动态生成，其基于纯文本的特性， 使它具备了像文字信息一样的可检索性，从而大大扩展图形数据的网络共享范 围，将使人们对w e b 图形检索的梦想成为现实。 ( 4 ) s v g 支持交互，包括s m i l ( s y n c h r o n i z e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o nl a a g u a g e ) 和j a v a s c r i p t ，从而将图片和交互这两个以前在w e b 领域毫不相关的概念统一起 - 8 - 第2 章系统架构设计 来，使得图形上的灵活交互成为可能。s v g 的文档对象模型d o m ( d o c u m e m o b j e c tm o d e l ) 将文件分解为独立的元素、属性和注释等，允许脚本语言访问所 有元素及其属性，并对大量事件句柄如o n m o u s e o v c r ( g 标移动) 和o n c l i c k ( 标单 击) 等定制响应，从而实现对自身或对其他元素的控制，并方便地制作s v g 动画。 由于具有良好的兼容性，脚本语句能对一个页面中的h t m l 和s v g 同时作用， 实现功能强大的动态交互。 ( 5 ) s v g 内嵌动态字体，可以实现复杂的排字控制，而且可以嵌入字体或者 使用系统字体以获得高品质和更专业的文本显示效果。s v g 中的字符集支持国 际化，不论何种语言都能够正常显示。它内嵌了图像中所出现的文字的字体形 状，用户不需要完全下载所有的字体文件。这对于中文用户来说相当便利。 如前所述，s v g 文档作为一种规范的x m l 文档，能够很好地与w 3 c 其他 开放标准如d o m 、c s s 、x s l 、x l i n k 、x p o i n t e r 、s m i l 、h t m l 、x h t m l 等 进行协同工作，简化异质系统间的信息交流，方便数据库的存取，并且s v g 可 以很方便地通过j a v a s c r i p t 和x m l 的d o m 动态生成图形，更重要的是s v g 是 w 3 c 制定的网络标准，不受单一的公司控制。 2 1 3a j a x 技术 a j a x 是异步j a v a s c r i p t 和x m l 的英文缩写。首先a j a x 并不是一种新技术， 而是如同粘合剂一样，结合d o m 、c s s 和x m l h t t p r e q u e s t 对象等独到之处而 形成的新技巧。这样通过使用x m l h t t p r e q u e s t 对象与服务器进行异步通信，根 据用户提交的条件获取相应的数据，通过j a v a s c r i p t 操作d o m 来更新用户界面。 根据图2 - 2 和图2 3 的比较，我们可以看出传统w e b 应用机制和a j a x 下的 w 曲应用机制的区别。在传统的w e b 应用中，用户的会话状态都保留在服务器 上，用户在会话中看到的是一系列的页面，但是每次页面的切换不可避免与服 务器进行一个往返操作。然而对于每一次请求，客户端都要把页面内容和数据 混合发送给服务器，同样服务器端也是如此。但是实际服务器需要响应的仅仅 是整个文档中很小一部分的数据。不过a j a x 改变了这种现状，它把一部分应用 逻辑从服务器端移动到浏览器端，在包含页面内容的初始页面发送给浏览器后， 服务器无需重发，以后每次只需要发送相关的数据就可以了。因此可以看出， 銮j 皇垄奎耋錾圭茎堡鎏銮一一一一 a j a x 下的w e b 应用机制显然要比传统的w e b 应用机制要有效率多了【1 3 】。 图2 - 2 传统的w e b 应用生命周期 2 2 系统架构设计 图2 - 3a j m 应用的w e b 生命周期 2 2 1 数据处理流程 本课题的研究对象是通过g p r s 终端传输的电力负荷参数，一般来说，电 力负荷管理系统从实时数据源采集数据信息，然后这些信息附加在特定的对象 ( 例如报表) 上，以便观察，而本文主要研究将这些信息附加在电力图形系统 第2 章系统架构设计 中的图元上，以图形为信息索引界面，将其所涵盖的信息以直观的形式呈现在 管理者面前。另外它通过对实时数据和历史数据的分析对比达到随时了解设备 状态变化的目的，使设备故障在发生之初即可监测出来。 电力负荷数据管理系统的拓扑图如图2 - 4 所示： l 客户端| i 客户端l l 竺掣l 竺裂 上上 网关 i l电力负荷管理系统 i 图2 - 4电力负荷管理系统拓扑图 从拓扑图中可以看出，网关可以将实时数据源与实时监测系统隔离，使生 产控制系统不受来自外界的干扰，保证生产控制系统的完全稳定运行。g p r s 终 端通过网关将实时数据发送到电力负荷管理系统，由相关模块对数据包进行解 析，最后通过系统的数据接口层，将解析后的数据保存到后端的s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库。而用户的客户端可以通过电力负荷管理系统提供的接口获取实时数据 并以图形界面显示在客户端计算机上，让用户可以随时了解设备状态的变化。 图2 5 是系统的数据流程图，终端和通信处理模块是g p r s 终端的作用域。 虚线框内是本课题的主要研究范围。该图展示了数据在整个系统中的走向，当 实时数据处理模块接收到终端的g p r s 数据包后，按照规定的协议将g p r s 数 东北电力大学硕士学位论文 据包解析后，存储到后端数据库中。这样客户端的用户界面将通过查询命令获 取实时数据，在服务器端对数据进行处理，返回给客户端，显示给用户。除此 之外，主控晃面还可直接调用实时数据处理模块，把设备控制信息封装为g p r s 数据包，实现对g p r s 终端的实时控制，这里的控制主要是拉闸限电、开关控 制等作业手段。 图2 - 5 系统的数据流程图 本系统主要分为两个部分，一个是实时数据处理模块，另一个是w e b , 眼务器 程序设计。图2 6 是对图2 5 的细节化处理过程，描述了数据在服务器程序中的流 程。 图2 - 6 系统的数据处理流程图 第2 章系统架构设计 从图2 - 6 可以看出本系统在接受处理的数据中将对信息进行分类，这样在格 式转换后，如果为设备控制信息类型，将判断是否到达报警界限，肯定的话， 将在用户界面实时显示出来，下一步，将把解析后的数据保存到后端的数据库 中，如果有对数据的操作，管理系统将进行记录输出、报表处理、画面生成和 日志记录等操作。除此之外，操作人员可以通过图形界面对g p r s 终端进行可 视化操作，做到简洁快速。 2 ，2 2 多层体系结构 根据以上处理要求以及多种客户端的显示需求，考虑结构上的简单性，将 整个系统实现为三层体系结构，图2 - 7 展示了系统的架构设计图。 l 业务表示层 l w e b 浏览器 w 钿d o w sf o r m p d a 移动设备 i千i十l+ j i ，瓴虑田目j 0ji 业方盥用| 云llw 曲s e i 服备器 w e b 应用程序 l i 服务器代理对象i ( a s p n e t ) ： 逻辑处理应用程序 + l f 汕盛特蜒巨+ 数据库接口 图2 - 7 系统架构设计图 业务表示层是各种客户端的u i 界面，w e b 客户端和w i n f o r m 客户端主要是 采用n e tf r a m e w o r k 实现的，而p d a 等移动设备主要使用n e tc o m p a c t 东北电力大学硕士学位论文 f r a m e w o r k 实现的。在业务应用层中，w 曲客户端通过a s p n e t 应用程序直接 与逻辑处理模块连接，而w i n f o r m 客户端和p d a 等移动设备终端主要是通过 w 曲s e r v i c e 的服务器代理对象与服务器处理程序连接，这类客户端最终是以 s o a p 方式封装数据，客户端对它们进行解析。服务器端的逻辑处理程序包括报 表的查询检索、生成、用户绘图文件的保存和x m l 数据的封装解析等等。业务 数据层采用n e t 中的a d o n e t 对象，由于a d o n e t 的高效性在于生成一个 内存数据库，能够实现高效的存储和检索【l 7 1 。 通过上述的流程图和架构设计图，再结合设计模式，使得系统的维护更加 方便。这里采用的设计模式有f a c t o r y 模式、t e m p l a t em e t h o d 模式、o b s e r v e 模 式等。其中f a c t o r y 模式应用在g p r s 数据解析模块，这里主要是用来应对将来 g p l l s 终端的数据格式变换，在f a c t o r y 模式下，系统工作可以达到增加类实现 功能，而不用修改原有应用程序的目的；t e m p l a t em e t h o d 模式主要应用在电力 图形系统的实现中，由于绘图过程的确定，而设计方法的定义有变化的可能性， 在这样的情况下，通过这种设计模式，能够实现动态维护；o b s e r v e 模式主要应 用在报表的显示，这里后台的数据变化都能实时反映到报表中【i 叼。 鉴于电力图形系统在电力负荷管理系统中占有重要的地位，这里将对电力 图形系统的架构设计作专门的探讨。由于本文采用的电力图形系统是基于s v g 技术实现的，电力图形系统一般来说主要包括两方面：编辑模块和发布模块。 编辑模块处理诸如电力接线图等的编辑工作，发布模块解决s v g 图形在w e b 上 的发布f 司题。整个系统的应用架构如表2 - 1 所示，主要是将图2 7 中的业务应用 层进一步划分，使系统结构更加灵活。 表2 - l 同时也给出图形系统中的数据表现形式。由于s v g 也是基于x m l 的，可以看出，图形系统是以x m l 为传输介质，下面对表2 1 做进一步阐述 1 9 , 2 0 1 。 ( 1 ) 用户表示层：主要是指与用户交互的w e b u i 界面，电力图形编辑系统完 全采用s v g 实现，其他页面基本上采用a s p n e t 实现。 ( 2 ) 业务外观层：从用户表示层接受用户的输入，把请求传递到业务规则层， 并将响应返回到用户表示层。主要功能是实现图元的绘制以及各种操作功能的 完成。该层主要为用户表示层提供了处理业务的接口，同时作为隔离层，将用 户界面与各种业务功能的具体实现隔离。该层提供的矢量图形系统用以实现在 g u i 上图元的绘制、连接以及图元各种操作功能的完成。 表2 1电力矢量图形系统的应用架构 表示层 隧灏麓藜誊 。s v g 疑壤 l 业务外观层 | 1 ；囊纂纂蹇爨l s v g 文档i 始x m l 文挡 业务规则层 l 辫爹 | ；。麟瓣折 x m l 文捌) 呲文档 i 数据处理层 隧巍颡蓦酾耪j ：n e tf r a m e w o r k t 一 返回结果 s o l 语句 囊签鼙嚣觳器 二) 数据访问层 一一一、j 囊j 爨雳窭臻：? l 图元数据f lj ( 3 ) 业务规则层：从业务外观层接受请求，根据系统的业务规则处理请求， 并将处理结果传回业务外观层，实现了各种业务规则和逻辑。主要功能是按照 一定的规则对图元进行处理，例如，按照电压等级对图元进行着色。 ( 4 ) 数据处理层：接收客户端的请求后，处理客户端发送过来的数据，将数 据按照一定的规则进行转换后，并向数据访问层的操作提供可靠的数据源，这 里的数据处理主要是s v g 数据与x m l 数据之间的转换。 ( 5 ) 数据访问层：主要解决上层对数据的访问需求，这里数据访问接口采 用n e t 框架下具有断开式连接特征的a d o n e t ，使用a d o n e t 能够满足系统 对数据的安全、快速等要求。 2 3 主站要求 设计一个应用软件之前。我们首先要弄清该软件的要求和功能。中华人民 共和国国家电网公司于2 0 0 5 年1 2 月1 5 日发布国家电网公司企业标准的电力负 荷管理系统通用技术条件，根据电力负荷系统通用技术条件，做了相应的的归 纳总结。 2 3 1 主站环境 主站基本设备包括计算机系统( 前置机、工作站、服务器、存储设备等) 、 专用通信设备、网络设备以及电源等相关设备主站设备应采用标准化设备， 主站配置应满足系统功能规范和性能指标的要求，保障系统运行的实时性、可 靠性、稳定性和安全性，并充分考虑可维护性、可扩展性要求。 计算机系统应为分布式结构，不同的应用可分布于不同的计算机节点上， 关键应用的计算机节点应作冗余配置。操作工作站提供系统人机交互界面，实 现系统监控工作及数据召测、查询等结果显示，并负责系统日常运行维护。服 务器存储负荷管理系统原始数据、分析数据和系统运行数据等。 主站操作系统和数据库管理系统等应采用技术成熟的主流软件。应用软件 应满足系统功能规范要求，保证其开放性能，满足系统应用、维护以及不断优 化、升级的需要，并提供详细的系统应用、维护、接口等技术文档。系统的应 用程序应采用分层结构，提供友好的操作界砸。应用软件系统采用面向对象设 计的方法，应保证系统的稳定性、可修改性和可重用性。 2 3 2 主站功能 下面根据电力负荷管理系统通用技术条件重点阐述基于a j a x s v g 的电 力负荷管理系统具备的几个基本功能1 1 】： ( 1 ) 实时数据采集：数据采集功能通过电话拨号、光纤网络、g p r s 等通道， 连接厂站端的电能量采集终端( 采集器) ，或通过上述通道连接电子式智能电表， 采集各类负荷数据，包括电能量数据、抄表数据、工况数据以及电能质量数据。 生成日、月负荷曲线，总加有功及无功电能量曲线等。 ( 2 ) 数据传输：主站与终端按 电力负荷管理系统数据传输规约一2 0 0 4 ) 进 行数据传输。负荷管理系统与营销系统互联实现双向数据交换功能。系统将采 集到的用户电能量信息、负荷控制状况等提供给客服系统，以备用户查询。根 据实际需要可以向其他系统提供或获取数据，在保障系统安全性的条件下，电 力负荷管理系统应该对外提供标准数据接口。 ( 3 ) 数据处理：主站分析终端上报的数据，发现异常数据和重要事件可按设 置要求告警并显示相应的内容。计算、统计分析功能包括：负荷、电能量统计 分析按地区、行业、线路、自定义群组、单客户等类别，或者按日、月、季、 年或者自定义时间段，进行负荷、电能量的分类统计分析。 “) 事件处理：主站接受终端的告警事件上报并进行处理，同时定期查询终 端的一般事件或重要事件记录，并能存储和打印相关报表。 ( 5 ) 系统管理：系统提供分级权限管理，可进行包括操作系统、数据库、应 用程序三部分的用户设置和权限分配。登陆系统的所有操作员都要经过授权， 进行身份和权限认证。系统提供对终端的管理包括终端档案的录入、终端配置 参数、控制参数和限值参数的设置及查询等。 根据上述所示，结合电力图形系统，本系统的主要功能结构图如图2 8 所示。 图2 8 系统功能结构图 东北电力大学硕士学位论文 从系统需要的功能来看，主要是电能量数据的采集和保存、电力图形的绘 制、电能量的实时监控及统计报表和设备控制这几个方面。为了实现上述功能， 实时数据管理系统可分为通用电力系统图形编辑系统、实时数据分析系统和数 据采集系统三大部分。除此之外，本系统还有完善的日志记录功能，能对用户 的登陆情况、设备操作情况以及异常情况进行全面地记录，方便将来的查询和 管理，这里还包括一种报警信息的纪录。通过系统提供的多功能的负荷监控手 段，可以动态监测用户负荷，并根据需要进行有效控制。除此之外，应该看到， 利用系统良好的数据采集效果和网络特性，还可以进行负荷数据的深层次综合 应用，并达到数据开放和数据共享。 由于电力负荷管理系统的特点，当前的负荷管理软件普遍仅主要实现了电 力负荷管理系统通用技术条件中的应用管理，慢慢演变成了业务操作系统。 而避免了较为复杂难以实现的部分：综合管理功能。按照电力负荷管理系统 通用技术条件中的终端安装、系统验收、运行管理、维护管理等相关规定， 系统除实现上述的业务功能外，还要在管理功能和实用功能方面进行扩展，可 以归纳总结为系统运维管理。只有这样，才能真正实现业务处理流程化、操作 记录无笔化、台帐管理电子化、信息传递网络化，达到业务处理快捷、准确和 规范的目的。 2 4 本章小结 本章首先对开发电力负荷管理系统的技术背景进行概述，然后详细介绍数 据在系统中的流程，并根据数据流程设计系统的多层体系结构，鉴于电力图形 系统在研究中的重要作用，对电力图形系统的架构做进一步的阐述。最后结合 电力负荷管理系统通用技术条件阐述了电力负荷管理系统应该具备的功能， 给出研制系统的功能结构图。 第3 章数据库的设计与建模 一个数据库结构的好坏，直接关系到以后编程的难易程度和软件运行的效 率。数据库设计过程中，首先考虑设计上面的需求，这里数据库的设计需求主 要包括电能量数据设计需求、电力图形系统设计需求、系统日志设计需求、用 户设备管理设计需求和角色权限设计需求等等。在完成对需求的分析后，按照 概念设计、逻辑设计、物理设计这三个步骤，结合规范化处理就可以设计出多 个良好的数据库结构。在设计数据库时，设计过程通常都是从概念层开始的， 在概念层上，无需考虑实际物理实现细节，只是设计出数据库的逻辑结构，图 3 1 展示了数据库的设计过程。 图3 - 1 数据库的设计过程 其次数据库的划分应以它的物理分布