（计算机应用技术专业论文）企业数据交换平台的设计与实现.pdf

华北电力人学硕l 学位论文 摘要 随着社会的发展，电能已经成为现代人类中不可缺少的重要能源，人们对电能 质量的关注程度越来越高。但是对电能质量的监测与分析没有统一的标准，电能质 量各系统之间数据存储格式和数据输出格式的不兼容使得数据难以交换。本文就是 针对电力企业中的这种情况，在n e t 平台上以i e e e 标准委员会提出的电能质量数 据交换格式p q d i f 为基础设计开发了数据交换平台，实现了数据的共享。此平台不 仅实现了c s 体系结构的数据交换，还可通过b s 结构在页面上实现格式的转化， 完成二次数据交换。通过此数据交换平台，电力企业可对大区域范围内电能质量进 行集中监测和综合分析，为电能质量的治理提供科学的决策依据，从而改善电能质量， 以保障人民的生活质量及国民经济各行各业的正常生产。 关键词：数据交换平台，电能质量，n e t 框架，p q d i f a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y , e l e c t r i c a lp o w e rh a sb e c o m ea l li n d i s p e n s a b l ea n d i m p o r t a n te n e r g yi nm o d e mh u m a n s ，a n dp e o p l ea r ep a y i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt op o w e r q u a l i t y h o w e v e r , t h e r ea r en o tu n i f i e ds t a n d a r d so fm o n i t o r i n ga n da n a l y z i n gp o w e rq u a l i t y t h ei n c o m p a t i b l eo fd a t as t o r a g ef o r m a t sa n dd a t ao u t p u tf o r m a t sb e t w e e nv a r i o u ss y s t e m so f p o w e rq u a l i t ym a k e si td i f f i c u l tt oe x c h a n g ed a t a i nr e s p o n s et ot h i ss i t u a t i o no fe l e c t r i c a l e n t e r p r i s e ，t h ed a t ae x c h a n g ep l a t f o r mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e du s i n gt h e n e tp l a t f o r mi n t h i sp a p e r , b a s e do np q d i fw h i c hp r o p o s e db yi e e es t a n d a r dc o m m i t t e e , a n di ti m p l e m e n t s d a t as h a r i n g t h ep l a t f o r mn o to n l ya c h i e v e sd a t ae x c h a n g eo fc sa r c h i t e c t u r e ，b u ta l s oc a n a c c o m p l i s hf o r m a tc o n v e r s i o nt oc o m p l e t et h es e c o n dd a t ae x c h a n g et h r o u g hb sa r c h i t e c t u r e t h r o u g ht h ed a t ae x c h a n g ep l a t f o r m ，e l e c t r i c a le n t e r p r i s e sc a nd oc e n t r a l i z e dm o n i t o r i n ga n d c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fp o w e rq u a l i t yw i t h i nal a r g ea r e a , t op r o v i d es c i e n t i f i cs u g g e s t i o n s f o rt h ep o w e rq u a l i t ym a n a g e m e n t t h e nt h e yc a ni m p r o v ep o w e rq u a l i t yt og u a r a n t e et h e p e o p l e sl i f eq u a l i t ya n dt h ep r o d u c t i o no fn a t i o n a li n d u s t r i e s h ew e i - s h a n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f q il i n h a i k e yw o r d s ：d a t ae x c h a n g ep l a t f o r m ，p o w e rq u a l i t y , n e tf r a m e w o r k , p q d i f 1 2 2 国内研究现状4 1 3 论文研究的主要内容4 第二章数据交换平台相关技术研究6 2 1 数据交换平台的相关技术6 2 1 1x m l 技术研究6 2 1 2 n e t 技术介绍一8 2 2p q d i f 研究9 2 2 1p q d i f 的优点1 0 2 2 2p q d i f 的结构1o 2 2 3p q d i f 数据实例1 5 2 2 4p q d i f 的压缩规则1 6 2 3 本章小结1 7 第三章企业数据交换平台的设计1 8 3 1 数据交换平台的物理结构1 8 3 2 数据交换平台的逻辑结构1 9 3 3 数据库设计2 1 3 4 数据交换2 3 3 5 本章小结2 3 第四章企业数据交换平台的实现2 4 4 1p q d i f 文件的解析2 4 4 1 1p q d i f 文件解析的依据2 4 4 1 2p q d i f 文件的结构解析2 6 4 1 3p q d i f 文件的内容解析3 0 4 2 数据压缩存储3 3 4 2 1 数据压缩一3 3 华北电力人学硕士学位论文 4 2 2 数据存储3 5 4 3 数据解压缩3 8 4 4 数据展示及格式转化一3 9 4 4 1 数据展示3 9 4 4 2 数据格式转化4 1 4 5 本章小结4 6 第五章 总结与展望4 7 5 1 论文完成的主要工作4 7 5 2 下一步的工作4 8 参考文献4 9 致 谢5 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 3 随着企业计算机水平的不断提高，根据业务的需要建设了很多的应用系统，企业内 不同系统间信息共享的要求不断加强。如经营分析系统中的经营分析报表、综合查询系 统中的数据查询服务等，希望能实现应用集成，最后统一由综合管理系统来展现；同时 企业希望通过总部的综合管理系统与各省分公司的系统能够互联互通实现全公司的统 一管理，如总部能迅速下达行政指令到各省分公司，各省分公司也可以访问总部共享的 信息【1 1 。 ( 2 ) 可靠传输问题 在应用系统中，根据实际工作需要，经常要进行数据交换以实现协同工作，比如公 文流转、决策分析报告、人事任命函等，都需要从一个系统传递到另一个或者多个系统， 但由于网络线路不稳定等原因，经常会出现报文丢失或公文的重复接收等情况，由于这 些是用户的重要业务数据，用户对此的可靠性要求同益增强【i 】。 ( 3 ) 异构数据交换 通过收集、整合来自各业务系统或者分散的前端设备的异构数据，可实现异构 数据的共享，对业务数据进行预处理，并以业务分析模型组织预处理后的数据，最 终建设成为企业的数据中心，以一致、统一的方式向管理信息系统提供数据分析支 持。 本文中的数据交换平台是围绕电能质量异构数据进行。 电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用各方面的权益。优良的 电能质量对保证电网和用户的电气设备的安全经济运行，保障国民经济各行各业的 正常生产，提高产品质量和人民生活质量都具有重要意义【引。因此，电能质量的分 析、控制、治理十分重要。 华北电力人学硕+ 学位论文 所谓电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质【3 】。理想状态的 公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系 统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差1 2 0 0 。但由于系统中的 发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完 善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生 了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念【3 1 。 从不同角度理解，通常电能质量包括：电压质量、电流质量、供电质量、用电 质量等几个方面【2 儿4 1 。分析、控制、评估电网的电能质量主要依据以下几个指标： 电压偏差、频率偏差、电压不平衡度、谐波、电压闪变等稳态指标；电压暂降、短时中 断和过电压等暂态指标。 电能质量的监测和分析是改善和治理电能质量的前提条件，只有及时、准确地 监测到电网中重要站点的电能质量指标数据，并对其进行分析评估，才能提出合理、 有效、准确的治理措施【5 儿引。因此，电能质量监测和分析相关技术已经成为人们的 研究热点【7 】【8 1 。 近年来，由于电能质量的改善与治理普遍受到电网公司的重视，各级供电企业 在电能质量污染严重的地方，如电气化铁路、炼钢厂等；在电能质量敏感的地方， 如电子芯片生产厂、汽车制造厂、医院等；在新能源接入的地方，如风能机组、光 伏发电等，安装部署了电能质量监测仪器，形成了各区域电网的电能质量在线监测 网络，实现了对电能质量污染源、电能质量敏感源以及新能源的电能质量指标数据 的实时监测。通过电能质量监测网可以将电能质量指标数据及时上传汇总。 电能质量分析评估系统通过对电能质量监测网络监测到的指标数据采集、解 析、计算处理、结果存储等环节，形成电能质量数据中心。在此基础上，实现对稳 态指标和暂态指标的分析、对新能源接入条件下对电网电能质量影响的分析以及对 电能质量进行综合等级评估等各种电能质量分析功能。 与电能质量在线监测网络实现点到点远程监测不同，电能质量分析评估系统可 以将电能质量监测网中各个监测点历史数据进行汇总分析，实现对不同区域电网、 不同电压等级、不同监测点在不同的时间区间( 同、周、月、季、年) 的电能质量各 种指标数据的变化趋势的分析，从而实现从不同侧面了解电压质量和电流质量以及 系统整体运行的质量状况，对电能质量可能造成的危害、影响程度和影响范围做出 判断，从而为电力公司对电能质量的改善和治理提供科学的决策依据。 经过几年的努力，国家电网公司、南方电网公司的各级电力企业逐步建立完善 了规模不一的电能质量监测网络，在电网的高效运行、优质服务方面发挥着重要作 用。随着智能电网建设的推进，整合电网系统中的数据，优化电网的管理，将电网 提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、 可用性和综合效率已经成为电网发展建设的重要目标。 2 华北电力人学硕+ 学位论文 对电能质量监测网中的电能质量指标数据进行收集、预处理计算、存贮，形成 电能质量数据中心；对电能质量数据进行智能综合分析、可视化结果展示，实现电 能质量综合分析评估，已经成为构建电能质量监测分析管理平台的典型解决方案， 也是实现电能质量管理的重要技术手段。 数据交换是构建电能质量监测分析管理平台的重要环节，为了实现监测网的设 备上采集到的异构数据的共享，必须建立电能质量数据交换平台，实现电能质量数 据的共享。这里的数据交换包含两个环节。其一，分布在电能质量监测网中各个监 测点的监测设备来自不同厂商，它们采集的数据格式不同，数据通信规约各异，界 面风格和操作方式不一致，无法将这些异构的数据进行统一、一致的分析处理，因 此，必须将监测设备采集的数据进行数据交换，形成统一、一致的数据格式，形成 电能质量数据中心，服务于智能综合分析【9 】【】；第二次数据交换发生在将统一数据 格式的电能质量数据中心的数据文件进行解析，形成综合分析的数据库。电能质量 内容广泛，涉及稳态和暂态等多种指标。电能质量数据除了包含基本的电压和电流 实时波形数据外，还包含计算生成的稳态指标数据和电能质量事件数据，根据不同 的电能质量分析需求，需要抽取不同的电能质量指标数据，进行计算处理，将实现 不同分析功能的数据进行存贮管理，实现各种指标分析、趋势判断以及等级评估等。 通常情况下，第一次数据交换由电能质量监测设备厂商实现；第二次数据交换 由电能质量分析系统开发者完成，即电能质量数据交换平台。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 为了实现不同电能质量监测设备厂商采用统一的数据指标体系，作为数据采 集、交换和分析标准，i e e e 标准委员会提出了一种电能质量数据的交换格式 p q d i f ( p o w e rq u a l i t yd a t ai n t e r c h a n g ef o r m a t ) 1 1j 。这个格式完全独立于监测设备的 软、硬件，不仅可以较好地解决多数据源数据兼容问题，还可以实现电能质量物理 属性的多角度观察功能，满足了电能质量监测技术的发展需要，为分析电网的电能 质量问题以及实现电能质量管理和分析系统提供了一个很好的平刽4 】【1 1 1 。 电能质量监测网数据库管理软件p q v i e w 是目前国外电力企业中建立电能质量 监测网时使用最多的专业软件。该软件所有权为美国电力士公司和美国电科院共同 拥有i l 引。p q v i e w 是一个数据库应用软件，其设计的目的是存储和分析大容量的与 电能质量相关的干扰和稳态测量数据。具有多种数据管理工具的特点使其可以快速 对测量数据进行定性分类。p q v i e w 还包含有统计分析和绘图工具，可对电力系统 中单点或多点进行分析。p q v i e w 支持i e e e 的电能质量数据交换格式( p q d i f ) 作为 3 一 华北电力人学硕士学位论文 输入数据源。 1 2 2 国内研究现状 近年来，无论是电力系统还是电力用户都开始重视电能质量的研究。电能质量 监测网和电能质量分析评估系统也在各级电力企业逐步建立起来。 电能质量监测设备厂商，在监测网络建设初期，基本都是各自独立，互不兼容， 也就是说第一代国产电能质量监测设备基本都不兼容，无法实现统一格式要求。随 着电能质量监测网建设规模的扩大和电能质量综合分析评估需求的压力，电能质量 监测设备厂商都已经实现了将采集数据转换成为p q d i f 格式，并且，可以对第一代 产品进行升级改造实现数据格式统一。 当电能质量监测网建设成熟后，国内电力企业逐步开展电能质量的综合分析与 评估，为电能质量综合治理提供决策依据。最近两三年，有关网省电力公司在电能 质量监测网络的基础上，开始搭建电能质量综合分析评估系统。他们的解决方案基 本是利用现有的电能质量监测网，采集、整合电能质量指标数据，形成p q d i f 格式 的数据文件，上传汇总到电能质量综合分析评估系统平台，利用美国电科院的 p q v i e w 软件进行分析评估。 实践中，这种模式遇到如下问题：( 1 ) p q v i e w 软件功能丰富，但过于专业化， 更适合于电能质量专业研究人员使用，难于满足各级不同管理岗位人员对电能质量 的分析应用；( 2 ) p q v i e w 软件主要用于稳态指标和事件信息的分析查询，对于电能 质量智能综合等级评估、系统谐波与用户谐波分析、扰动类型分析以及新能源接入 对电网电能质量影响分析无法实现。也就是说，p q v i e w 无法适应不断增加的应用 需求；( 3 ) p q v i e w 软件价格昂贵，推广普及难以实现。 构建自主知识产权的电能质量分析评估软件意义重大，实现将p q d i f 数据文件 解析、计算处理、存贮管理，形成电能质量数据中心是关键。 1 3 论文研究的主要内容 本论文结合开发电能质量智能分析系统实际科研课题，研究了企业数据交换平 台的相关软件技术及实现方法，分析了电能质量监测网中的p q d i f 数据格式特征， 提出了通过对p q d i f 数据解析、压缩、存储管理，建立电能质量数据交换平台的实 现方法，形成电能质量数据中心，实现电能质量指标分析和结果展示功能。 论文完成的主要工作：( 1 ) p q d i f 数据解析；( 2 ) 解析数据的压缩、存储管理、解 压缩；( 3 ) 数据展示及格式转换( e x c e l 、x m l 等格式) 。 论文的组织如下： 第一章是引言部分，介绍了本课题的研究背景及意义，主要是围绕电能质量异 4 华北电力大学硕士学位论文 构数据交换在国内外的发展和研究现状进行了说明。 第二章对本课题所用到的技术和标准做了比较详细的介绍，包括数据交换平台 普遍用到的技术，如x m l 技术以及开发技术，还包括p q d i f 标准，如p q d i f 的优 点、结构、压缩规则，p q d i f 是解决电能质量监测设备采集的异构数据所制定的统 一格式。 第三章是对企业数据交换平台的总体设计，包括物理体系结构、逻辑体系结构、 数据库的设计，还说明了数据交换平台中的数据交换方式，使用c s 结构与b s 结 构结合的方式实现了数据的两次转换。 第四章主要讲述企业数据交换平台的实现，详细说明了各个模块的实现过程， 包括p q d i f 文件的解析依据、p q d i f 文件的解析过程( 结构解析、内容解析) 、数据 的压缩存储、数据的解压缩以及数据的展示与二次转换。 第五章为全文的总结与展望，总结了本文所做的工作，并指出了今后还要继续 努力的方向。 5 华北电力大学硕士学位论文 第二章数据交换平台相关技术研究 2 1 数据交换平台的相关技术 传统的数据交换方案是一个个直接的“点对点”的数据链接，并且需要定制开 发以实现系统之间的“会话”。随着新系统的不断增加，直接的定向连接和定制开 发的情况会急剧增加，这最终将成为信息流动和系统维护的瓶颈。 在数据交换领域中，没有标准的部件式交换的代价是高昂的，相同的数据分析 处理模块在很多应用中被重复地撰写，可能只是为了将某一数据源的数据转换到各 个不同的目标数据源中去。由于没有中间标准，各个系统的实现人员也几乎不可能 将代码重用，昂贵的数据交换代价使得数据源只能散乱孤立地存在。因此，通用的、 分布式的网络数据交换平台也就产生了。 网络数据交换平台能够提供数据服务，使得不同的系统不会受到数据的物理位 置的影响，也不会受到需要存取数据信息的应用个数的影响，对于每一个系统也不 需要进行特别的定制处理就能完成数据的交换。本文中的电能质量数据交换平台就 是属于网络数据交换平台。 目前，国内外的大部分数据交换共享系统还是使用传统的方式，每个系统按照 自己的标准设计，没有良好的复用性和扩展性，每个系统都要独自完成三个层次的 设计，不仅浪费了大量的时间和精力，而且不可避免会产生很多的漏洞，不利于数 据的安全【l3 1 。在本文中，用到了x m l 技术，这种方法节约了大量时间和精力，也 提高了安全性。另外，本文的数据交换平台使用n e t 技术进行开发的，以下对这两 种技术进行介绍。 2 1 1 x m l 技术研究 可扩展标记语言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 ) 是w 3 c 定义的一个规范， 它定义了用于定义标记语言的语法。x m l 定义了使用标记来组织文档结构的语言， 这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。它也是元标记语言，即定义 了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言【1 4 】。它 可以被描述成标准通用语言s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) 的一个 子集，但是x m l 比s g m l 简单，因此撰写一个x m l 文档也比较容易。 ( 1 ) x m l 基本概念 x m l 是一种简单的面向多种应用的、与平台无关的并被广泛应用的标记语言。 x m l 最开始是针对w e b 应用提出来的，通过在文档中增加相应的标记说明数据的含 6 华北电力人学硕士学位论文 义，而不是说明如何显示。x m l 实际上是一种定义语言，使用者可以自由定义标签， 如 、 等，并且能够通过元素之间的嵌套包含来体现层次结构【1 5 】【16 1 。 x m l 有以下几个特点： 1 ) 纯文本：几乎任何工具都可创建和编辑x m l ，使得程序可以更简单，从而提 供了从配置文件到企业级数据仓库的可扩展性。 2 ) 基于内容的数据表示：x m l 提供了一种功能强大、灵活高效地表达数据内容 的方法，处理程序容易理解标记的含义，具有自描述性。 3 ) 易于处理：x m l 对格式的定义严格，具有层次结构，而且与具体的平台及系 统无关。 x m l 和数据库之间是互补的关系，在不同的场合具有不同的优势。数据库是数 据存储的地方，与平台相关，而x m l 更适合于动态的数据传输和交换，与平台无 关。随着数据库技术的蓬勃发展，各应用系统间的数据交换日渐频繁，大量的人力 物力消耗在这个方面。对双方的数据库体系的同时掌握成为了实现数据交换的前 提，而利用x m l 作为数据通道就很容易克服这个问题。由于x m l 的自定义性及可 扩展性，它足以表达各种类型的数据，作为独立于平台和设备的结构化数据表达方 式，它有效地实现了计算机之间的对话，因此被广泛用在数据交换、w e b 应用、数 据集成和数据共享等应用中f 1 7 】。 ( 2 ) x m l 与数据交换 x m l 技术在数据交换格式方面显示了其独特的优点，主要有： 1 ) 内容与形式分离 x m l 文档中标记包含了特定的信息，这些信息对于数据的检索、描述和处理有 着巨大的意义。改变数据的表现形式时只需要修改从x m l 中分离出来的专用于定 义数据表现格式放入文档即可【l 引。 2 ) 良好的可扩展性： x m l 允许各个不同的行业根据自己独特的需要制定自己的一套标记，同时，并 不要求所有浏览器都能处理成千上万个标记，同样也不要求一个标记语言能够适合 各个行业各个领域的应用，这种具体问题具体分析的方法更有助于标记语言的发 展。 3 ) 便于异构系统之问信息传输 不同企业、不同部门中往往存在着许多不同的系统，x m l 可以用作各种不同系 统之间的交流媒介，是一种非常理想的数据交换语言。 4 ) 可以在网络上传递对安全性要求较高的数据 x m l 丰富的格式语言可用来描述不同类型的数据，例如信用证、贷款申请表、 保险单、各种发票等。结构化的x m l 文档送至w e b 的数据可以被加密，并且很容 易附加上数字签名【1 9 】。 7 华北电力人学硕十学位论文 概括来说，x m l 技术在数据交换方面的优势有【2 0 】： 使用了x m l 规范，使平台具有良好的通用性、扩展性； 良好的可移植性； 不影响参与数据交换的各个系统的自治性； 满足一定的实时性要求。 x m l 提供了一种连接关系数据库和面向对象数据库以及其他数据库管理系统 之间的纽带，其文档本身节点是一种有若干节点组成的属性结构，这种特点使得数 据更适宜于用面向对象格式来存储，同时也有利于面向对象语言( c + + 、j a v a 等) 调 用x m l 编程接口访问x m l 节点【2 。关系数据库和面向对象数据库首先需要将数 据从数据库中提取出来，经过转换为x m l 数据形式或直接以x m l 数据形式发布到 网上( 局域网或i n t e r n e t 网) ，然后相互交换数据，经应用层系统处理后再转存入库。 正是由于x m l 本身具有的这些特性，使得x m l 成为目前多数据交换平台的首选。 ( 3 ) x m l 在电能质量数据交换中的应用 在电能质量数据交换平台中使用x m l 进行数据交换时，是将不同数据表中的 基础数据按照各自统一的格式，转化为x m l 文档。因为只要数据交换中各参与方采 用统一的x m l 标签和格式生成x m l 文档，不同应用系统中不同语言编写的应用程序 就可正确识别和解析文档中的数据，实现数据的动态交换。 2 1 2 n e t 技术介绍 本文的开发平台选择n e t 平台，开发工具选择v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ，以a s p n e t 、 a d o n e t 作为开发技术，c 撑作为开发语言，实现数据交换的任务。下面简单介绍 有关n e t 的技术。 v i s u a ls t u d i o n e t 是一套完整的开发工具，用于生成a s pw e b 应用程序、x m l w e bs e r v i c e s 、桌面应用程序和移动应用程序。对于n e t ，微软的定义是：用于构 架、配置、运行网络服务及其他应用程序的开发环境【2 2 1 。v i s u a lb a s i c n e t 、v i s u a l c + + n e t 、v i s u a lc 撑n e t 和v i s u a lj 撑n e t 全都使用相同的集成开发环境( i d e ) ， 该环境允许它们共享工具并有助于创建混合语言解决方案。另外，这些语言利用 了n e tf r a m e w o r k 的功能，此框架是支持生成和运行下一代应用程序和x m lw e b s e r v i c e s 的内部w i n d o w s 组件，其组成结构图如图2 1 所示【2 3 1 。 n e tf r a m e w o r k 是微软公司推出的完全面向对象的软件开发与运行平台。n e t f r a m e w o r k 具有两个主要组件：公共语言运行库( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ，简称 c l r ) 和n e tf r a m e w o r k 类库( b a s ec l a s sl i b r a r y ) 2 4 】。 公共语言运行库是。n e tf r a m e w o r k 的基础，它在组件的运行时和开发时操作中 都起很大的作用，为多种语言提供了一种统一的运行环境。公共语言运行库可以看 8 图2 1 n e tf r a m e w o r k 组成结构图 n e t 框架是目前网络应用开发的主流平台。n e t 框架具有以下优点【2 5 】：基于 公认的w e b 平台标准；n e t 的类库可以供各种语言调用( 具有通用性) ；使用层次 化的命名空间( h i e r a r c h i c a ln a m e s p a c e s ) 对类进行管理；统一的编程模式，多语言支 持，与开发语言无关；内置的w e bs e r v i c e s 等等。 2 2p o dif 研究 本文中的数据交换平台的数据来源是p q d i f ( p o w e rq u a n t i t yd a t ai n t e r c h a n g e f o r m a t ，电能质量数据交换格式) 文件，它是由i e e e 标准委员会提出的，就是为了 解决电能质量中的异构数据问题而制定的统一数据指标体系。其设计思路是完全独 立于监测设备的软、硬件，构筑一个通用的与平台、语言无关的技术层，不仅可以 较好的解决多数据源数据的兼容问题，还可以实现电能质量物理属性的多角度观察 9 华北电力大学硕+ 学位论文 功能，满足了电能质量监测技术的发展需要【4 1 。 2 2 1p o dif 的优点 ( 1 ) 把电能质量数据标准化为同一种格式，使电能质量的管理和分析变得简单， 可将原来多对多的数据关系减少到一对多。 ( 2 ) 结构灵活，使用了物理层、逻辑层相分离，以及全球唯一标识符g u i d 的方 法，大大提高了数据信息检索的速度，满足了对电能质量海量数据的管理需求。 ( 3 ) p q d i f 本身就是紧凑的二进制结构，同时加入了开放的z l i b 压缩方法，该 方法设计自由，可以在任何计算机和操作系统下使用，所以p q d i f 的压缩性能更强 大，易存储。 ( 4 ) 允许在不同厂商的设备或不同的仪器模块中移植数据，使用户可以在一个电 能质量监测系统中使用不同的设备进行协调工作。 ( 5 ) 在很大的范围内兼容不同的仪器种类，并且可以随着通用品牌的监测仪器的 发展而升级。 2 2 2p o dlf 的结构 电能质量数据交换格式p q d i f 是一种平面文件结构。它由一系列逻辑相关的记 录链接而成，在每个记录中包含一系列元素，它们定义了记录的内容。p q d i f 文件 结构分为物理层和逻辑层。物理层描述文件的物理结构，使用标识识别文件的特定 元素，它并不关心实际被储存的内容；逻辑层使用物理层定义的结构，利用特定标 识在文件中建立元素，描述逻辑关系【2 6 】。 p q d i f 的物理结构 p q d i f 的物理结构就是指p q d i f 的物理组成方式【2 7 】。一个典型的p q d i f 文件 是由一系列的记录组成，各记录之间是通过链接关系联系起来的，这种链接关系是 在每个记录的记录头中表明的。这样我们就可以操作记录结构而不必重写整个文 件，比如对文件中的记录进行添加、删除或重新排序等操作，如图2 2 所示。 1 0 华北电力大学硕十学位论文 图2 - 2p q d i f 标准记录及各种操作 在p q d i f 文件中，每个记录类型都有相同的基础结构，即记录头和记录体两部 分，如表2 1 所示。 表2 1 记录的组成 项日解释 标识符：p q d i f 信息 4 a 1 1 1 4 0 一e 4 9 f - 1 l c f - 9 9 0 0 - 5 0 5 1 4 4 4 9 6 0 0 ) 记 标识：记录类型 标识信息包( t a g c o n t a i n e r ) 录 头 记录头的大小6 4 b y t e 记录体的大小 5 1 2 b y t e 记 录集合：以一个集合开始集合c o l l e c t i o n 体 华北电力人学硕士学位论文 表2 1 记录的组成( 续) 数量1 2 标量：集合元素通过它在记录中的位 元素0 置来标识，与记录头中的标识是相对 标记：t a g f i l e n a m e 类型：向量 应的 物理类型：c l l a r l 链接 计数：1 3 向量：代表一组相同类型的数值 数据：“f i l e n a m e ( 1 ) 记录头 每个记录都有一个具有唯一标识符g u i d 的标准记录头，记录头中指定了该记 录的标签名、记录头大小、记录体大小及与指向下一个记录的绝对链接，还可能记 录其它一些状态信息( 如指出该记录是可激活的还是已删除的) 等。 ( 2 ) 记录体 记录体由一系列元素组成，分为三种类型：集合、标量和向量。集合实质上是 一些标识及与其相关链接组成的数组，属分层结构；标量是一个特定物理类型量的 数值；向量代表一组相同类型的数值。 记录体总是以一个集合元素开始，该元素在记录中的位置被标记为第一个元 素，它是通过记录头中的标签来识别的。因而，记录体由记录头的标签确定。 p q d i f 的逻辑结构 p q d i f 的逻辑结构是由记录的逻辑层次构成的，即以一个容器记录开始，它包 含一个或多个数据源记录；每个数据源记录又包含一个或多个监测设置记录和观测 记录；同时还可以通过定义新的标记来“扩展 记录1 2 8 。记录的顺序是由每个记录 头文件中的绝对链接定义好的。如图2 3 所示。 图2 3 逻辑结构记录 1 2 华北电力人学硕+ 学位论文 很多监测仪器的设置记录能作为特殊的数据源在观测记录的中间出现，这样就 允许改变监测仪器( 结构) 的设置。因此，一些观测数据可以使用监测仪设置记录作 为参数。如果不允许多重设置记录，那么改变了设置后，我们不得不创建一个全新 的数据源。 ( 1 ) 容器记录 容器记录是p q d i f 文件的第一项，也是唯一项，包含了p q d i f 的文件信息， 如表2 2 所示。 表2 2 容器记录的主要标记项 标记项注释 t a g c o n t a i n e r p q d i f 文件中第一项，也是唯一项，用于识别容器记录 t a g f i l e n a m e本地存储p q d i f 的文件名 t a g c r e a t i o n生成p q d i f 文件的时间 t a g v e r s i o n i n f op q d i f 文件的版本信息 t a g c o m p r e s s i o n s t y l e i d 压缩方式，o 不压缩，1 记录体压缩，2 全部压缩 t a g c o m p r e s s i o n a l g o r i t h m i d 压缩算法，一般为1 z l i b ( 2 ) 数据源记录 数据源记录包含了具体某台监测设备的监测类型、厂商信息以及设备信息等， 如表2 3 所示。 表2 3 数据源记录的主要标记项 标记项注释 t a g r e c d a t a s o u r c e 用于识别数据源记录，一般指某台监测仪器 t a g d a t a s o u r c e t y p e l d 测量方式，如手动测量、仪器测量及模拟测量等 t a g v e n d o r l d 厂商信息 t a g e q u i p m e n t l d 监测设备信息 t a g c h a n n e l d e f n s 测量通道层( 通道定义) t a g o n e c h a n n e l d e f n 某条测量通道，可扩展到多条通道 t a g p h a s e i d 相位标示，如a 相、b 相、c 相等 t a g q u a n t i t y t y p e l d 测量类型 t a g q u a n t i t y m e a s u r e d l d 测量值类型 t a g s e r i e s d e f n s 测量通道对心的序列层( 序列定义) t a g o n e s e r i e s d e f n 某条测量序列，可扩展到多条序列 1 3 华北电力人学硕+ 学位论文 表2 3 数据源记录的主要标记项( 续) t a g v a l u e t y p e l d 序列值标示，如最大值、最小值、平均值等 t a g q u a n t i t y u n i t s l d 测量值单位 ( 3 ) 监测设置记录 监测设置记录针对特定的监测设备提供了一系列的配置参数信息。它不是必须 的，但是如果信息( 如给定通道的触发值) 是传输数据的限制条件，则必须创建监测 设置记录，如表2 - 4 所示。 表2 4 监测设置记录的主要标记项 标记项注释 t a g r e c m o n i t o r s e t t i n g s 用于识别监测设置记录，配置参数 t a g e f f e c t i v e 设备开始运行时间 t a g t i m e l n s t a l l e d 设备安装时间 t a g t i m e r e m o v e d 设备停用时间 t a g n o m i n a l f r e q u e n c y 频率 t a g c h a n n e l s e t t i n g s a r r a y 测量通道设置层 t a g o n e c h a n n e l s e t t i n g 各条通道设置 t a g c h a n n e l d e f n l d x与数据源记录中t a g c h a n n e l d e f n s 对应链接 ( 4 ) 观测记录 观测记录用于记录监测数值，如表2 5 所示。 表2 5 观测记录的主要标记项 标记项注释 t a g r e c o b s e r v a t i o n 用于识别观测记录，如一个测量事件 t a g o b s e r v a t i o n n a m e 观测记录名 t a g t i m e c r e a t e 观测记录创建时间 t a g t i m e s t a r t 观测记录开始时间 t a g c h a n n e l l n s t a n c e s 测量通道层( 通道例程) t a g o n e c h a n n e l l n s t 各条测量通道 t a g c h a n n e l d e f n i d x与数据源记录中t a g c h a n n e l d e f n s 对应链接 t a g s e r i e s l n s t a n c e s 测量序列层( 序列例程) t a g o n e s e r i e s l n s t a n c e 各条测量序列 1 4 华北电力人学硕+ 学位论文 表2 5 观测记录的主要标记项( 续) t a g s e r i e s v a l u e s 测量值 ! 2 3p q dif 数据实例 在p q d i f 文件中，各个标记项所处的位置不同，所以在以具体例子来说明 q d i f 文件的结构时，将标记所处的层次也表示出来。各个记录的具体实例如表2 - 6 、 ：7 、2 8 、2 - 9 所示。 表2 - 6 容器记录 层次标记项数值举例 o t a g c o n t a i n e r n a l t a g f i l e n a m ed ：p q d i f n a t i v e i5 p q d i f r w f p q d 1 t a g c r e a t i o n 7 7 1 9 9 92 0 ：4 0 ：5 8 0 0 0 0 0 0 2 17 l t a g v e r s i o n l n f o1 ，5 ，1 ，5 1 t a g c o m p r e s s i o n s t y l e l di d c o m p s t y l e _ r e e o r d l e v e l l t a g c o m p r e s s i o n a l g o r i t h m l d i d _ c o m p _ a l g _ z l i b 表2 7 数据源记录 层次标记项数值举例 0 t a g r e c d a t a s o u r c e n a l t a g d a t a s o u r c e t y p e l di d d s _ t y p e m e a s u r e l t a g v e n d o r l di d v e n d o r e l e c t r o t e k l t a g e q u i p m e n t l di d e q u i p _ e t k _ t e s t p r o g r a m 1 t a g c h a n n e l d e f n s n a 2 t a g o n e c h a n n e l d e f n n a 3 t a g p h a s e l di d - q m - a n 3 t a g q u a n t i t y m e a s u r e d l d i d q m v o l t a g e 3 t a g q u