（电气工程专业论文）石家庄电业局继电保护管理信息系统的开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 1 摘 要 本文结合当今先进的计算机和网络技术以及石家庄电业局继电保护的工作现 状设计了一种基于 web 技术的继电保护管理信息系统采用 d e l p h i软件和 sql server 2000 数据库对系统进行了实用性设计和开发介绍了除了具有对数据的系统 管理对信息进行打印保存查询的功能外本系统利用 web 技术实现了远程的 网络数据传输网上数据信息的查询编辑等功能该软件系统具有易维护易修 改和易扩充的优点为电力企业管理水平的提高和实现经济效益及社会效益的最大 化奠定了坚实基础 关键词继电保护管理信息系统w e b 数据库 abstract relay protection management information system based on web is proposed in this thesis combined with advanced computer and network technology and the operating situation of shijiazhuang power company. an essential design and exploitation was carried out be using sql server 2000 database delphi software as developing and constructing tools. besides data management and saving requiring and printing out the information this system has many functions with the technique of web such as the remote transmission of data networking information inquiry and edit. the system is short in codes and easy to maintain amend and extend. foundation was established in order to improve the management level and realize the maximum of economic and social benefits for the enterprise. liu guoping (power system and its automation) directed by ass. prof. zhang xinguo key words: relay protection management information system web database 华北电力大学工程硕士学位论文 1 第一章 绪 论 1 . 1 选题的背景及其意义 电力系统继电保护的运行管理是一项繁重复杂的工作并需要专业的工作人员来 操作石家庄电业局是河北省的省会局截止到 2 0 0 2 年 9 月 3 0 日石家庄电业局共有 3 5 - 2 2 0 k v变电站 2 1 8座分管的 2 2 0 k v变压器 3 1台总容量 4 1 4 0 m v a 1 1 0 k v变压器 5 0台总容量 1 7 0 2 m v a 送电线路近 5 0 0 0千米系统一旦发生事故将给工农业生产 造成巨大损失同时也影响到社会秩序和人民的正常生活随着电网改造的深入电网 电气距离的缩短越来越多继电保护装置在现场运行而当系统的运行方式发生改变 设备检修以及新设备投运时都会引起保护配置和定值的相应改变运行管理人员经常 要进行大量的查询整定计算及填制各类操作报表和整定单任务非常繁重而且稍 有不慎就会出现差错和漏洞这将不可避免的会影响电力系统的安全及正常运行然 而目前的实际情况是一方面生产继电保护装置的厂家众多各种型号纷繁复杂给 继电保护工作人员完全理解带来了困难 要求继电保护工作人员有一定的理论基础和较 高的实践经验而经验的积累要经过较长时间的实践方能达到这就要求继电保护工作 人员要相对稳定另一方面随着电力系统改革的深入和减人增效的持续使人员的 流动性变大 使继电保护工作人员的技术素质有所下降 有经验的专家的专长难以形成 且现场从事继电保护工作的人员越来越少工作任务却越来越重因此迫切需要一套数 字化办公系统来进行继电保护工作从而提高继电保护的管理水平 计算机的应用及管理信息系统( m i s ) 的实现会大大减轻管理人员的工作量对于单 位或部门来说则可以减少人力物力的浪费并达到科学管理的新水平然而石家庄电 业局的 m i s 系统并没有专门的继电保护部分而且连接在局域网的继电保护班组微机也 没有把相关资料输入微机由于继电保护专业工作在现场在工作中就不可能随时通过 微机在 m i s 网上查询资料开发一套适合于石家庄电业局的继电保护管理信息系统 relay protection management information system简称 rpmis已成为从事继电 保护工作的人员的迫切要求 近年来继电保护装置逐渐地实现了微机化系统每一次扰动自动装置都伴 随产生大量的数据记录信息这些信息对于电力系统运行监控事故处理以及分析 继电保护动作无疑是重要和有用的但是由于这些装置的数据格式和类型存储 形式通信规约不同难以实现统一的信息传输和技术分析致使这些信息通常没 有被实时地用于电力系统的运行决策为保障电网安全稳定地运行满足电力系统 调度运行检修和管理部门对信息的不同需求正确采集合理利用这些信息 以及对信息进行妥善处理已成为必要而且用传统的方法分析各种信息系统产生的 大量数据已经无法满足当前的信息需求要求发现电力系统更深层次的规律随着 计算机技术发展迅速大型数据库软件功能越来越先进这为实现本文的数据库和继 华北电力大学工程硕士学位论文 2 电保护管理信息系统提供了技术条件 本文将 intranet 技术和数据库技术引入 rpmis 的设计与应用中开发研制了基 于数据库和 web 技术的石家庄电业局继电保护管理信息系统此软件具有快速查 询动态传输数据的特点并利用 olap 分析工具在客户端为用户显示需要的信 息和支持决策的信息 1 . 2 石家庄电业局的继电保护的工作现状 目前电力系统的继电保护管理工作实行分级分层管理其管理模式一般如图 1 1所示 在石家庄电业局继电保护班每年都要进行大 量的试验随着电网改造的深入 越来越多的继电保 护装置在现场运行各种数据有了很大的增加工作 人员都是通过手工进行数据的记录管理分析不但 工作量大而且容易出错 省电力局供电局基层试验班组的计算机没有 联网各种数据都是通过文字报表形式逐级披阅无 法积累严重影响工作质量当其中的试验数据超过 注意值时没有报警信号不能及时引起人们足够重 视 台帐管理不完善 一旦发现继电保护有问题进行 分析需要历次完整数据时就需要人工进行查找有 时保存的资料还会发生丢失现象既费时又费力而 且在审查试验报告时 由于报告中的一些试验数据只 有在标准值范围内及横向纵向对比未出现明显变化时方可认为设备稳定由于人工 无法将大量试验值记忆清楚又对纵向数据分析缺乏足够的重视仅从横向数据及规程 允许值进行判断容易造成事故 1 . 3 继电保护管理信息系统的研究现状 传统的信息管理方式和管理手段与电力工业的发展已经不适应主要表现在 (1) 基础数据不完整不规范定额标准不统一不齐全 (2) 信息收集手段落后传统的方法主要靠人工用电话电报报表等手段传 网省电业局 市电业局 电业局调度所 检修工区 继电保护班 图11 石家庄继电保护 管理模式 华北电力大学工程硕士学位论文 3 递来收集信息因此速度慢往往不能及时收集准确性也差并且由于管理层次 不清信息渠道不一同一内容来自不同渠道的数据往往不一致 (3) 数据统计汇总速度慢而且易出错收集上来的数据靠人工汇总工作 量大时间较大往往月报要等 57 天年报要等 24 个月才能拿出而且常出 差错信息保管手段落后查询检索不便信息的存储主要靠报表手段落后共 享性差查询也不便要查找某项对决策有关的信息得翻阅大量的报表有时要 花好几天的时间仍不能保证需要 (4) 数据分析表决策手段和方法落后由于数据加工能力的限制对收集上来 的数据综合分析得不够很粗浅因此无法充分利用这些数据对将来发展的趋势进 行科学地预测对重大问题的决策也缺乏科学的依据多凭经验和粗略推断难以 做出合乎科学和实际的最佳决策 正因为如此济南供电局早在 1 9 9 6年就采用 f o x p r o和 c语言在 d o s系统下编 程实现了电力系统继电保护设备管理信息系统的开发该系统对电力系统继电保护 设备进行了的分析和研究实现了运行速度快操作灵活应用性强的功能1 福州电业局 1 9 9 8 年实现了 2 2 0 k v变电站继电保护设备综合管理系统它是以 2 2 0 k v变电站的继电保护装置为原始资料根据供电企业双达标的要求采用 f o x p r o在 w i n d o w s 操作系统软件环境下开发的软件采用结构化分析方法与结构化 设计方法进行模块设计具有良好的人机界面且远行速度快应用性强操作简 单基本上做到了快学即用2 上海市南供电局同样在 1 9 9 8 年采用 v c + + 和 a c c e s s 相结合开发并应用了地区电 网继电保护整定计算及管理系统其针对 3 5 k v电网存在的线路多分布广支接 线多等特点提出了一种图形界面和数据库后台相结合的继电保护整定管理系统 有效地简化了继电保护工作人员在保护整定时所需的繁重的工作量并开发了继电 保护参数数据和图文管理系统对地区电网继电保护实现计算机整定及管理具有 广泛的推广价值3 4 合肥供电局在 2 0 0 2年提出了以浏览器w e b服务器和数据库服务器构成的继电 保护管理信息系统该系统具有信息查询在线管理和系统安全三方面功能其交 互式应用界面开发采用了 a s p 技术使系统更具开放性又易于使用开发和维护5 除此以外还有一些科研单位高校也研制了适用于不同层次的继电保护部门 的继电保护管理信息系统分别投入应用进行信息管理工作68 这些继电保护管理信息系统均在一定程度上减轻了工作人员的劳动强度提高 了工作效率但是随着电网规模日益扩大和电网结构日趋复杂其管理模式逐步走 上网络化电网的飞速发展对继电保护管理提出了新的挑战主要原因在于传统的 继电保护管理信息系统主要是面向事务的数据处理其数据模型以至最终的数据库 设计都是面向应用的这样的数据存储设计无法直接应用于复杂的管理系统支持 华北电力大学工程硕士学位论文 4 决策信息的访问它们虽然减轻了操作人员的劳动强度而企业的中高层领导却没 有相应的系统可供使用 并且随着继电保护管理信息系统的长期运行和电力企业信息网建设规模的日趋 扩大一些新的问题如合理存储 rpmis 的历史数据及有效利用这些历史数据进行 生产决策等不断地出现企业需要把已经收集的数据集成起来从中提取有用的 信息以做出即时正确的判断目前采用的分析方法包括人工神经网络专家系 统以及数据挖掘等方法文献9介绍了武汉供电局在配电故障统计分析系统中利用 数据挖掘方法提高了供电可靠性和经济效益文献10和文献11论述了将数据挖 掘技术应用于电压稳定和暂态稳定分析的方法数据挖掘工具根据积累的电网运行 数据和失稳记录来判断失稳原因为诊断和校核电网稳定性的专家系统建立决策规 则由于需要大量的历史数据这项应用还处在研究阶段 1 . 4 本文的主要工作 电网的飞速发展对继电保护提出了新的要求因此为满足现代化电网安全经济 运行的需要建立的继电保护管理信息系统不仅仅只服务于继电保护专业而应是 一个能满足现代化电网生产调度和继电保护信息管理的精确高效的网络信息系 统及在此基础上实现准确及时的现场运行信息的电力系统事故处理与继电保护运 行调整的最优决策系统 本论文将研究的主要工作 (1) 利用电力系统中的自动化管理系统如 scada 系统等及 mis 系统积累 的多年的运行数据根据决策者和用户的需求建立起面向主题的电力系统继电保 护数据库系统 同时利用olap 建立相应的多维数据集 并通过 microsoft sql server analysis service 所提供的客户端工具数据透视表服务 将有用数据与 microsoft excel2000 连接这样可以让用户更方便地获取数据信息并得到一定程度的决策 信息 (2) 研究多层应用体系结构在信息系统中的应用并且在河北省石家庄电业局 prmis 的开发过程中将采用利用 b/s 模式利用 b/s 模式跨平台简单易用的特点 开发企业部门之间信息传递的应用 (3) 研究如何实现动态传输数据重点研究 ado 等技术以及 web 应用与数 据库如 microsoft sql server 2000 等的连接和交互的理论与技术 (4) 利用 delphi 的可视化应用编程开发环境和面向对象编程语言与数据库完 美结合开发客户端应用程序实现对继电保护所涉及的数据和信息进行浏览和操 作以及管理信息的传递与共享 华北电力大学工程硕士学位论文 5 第二章 继电保护数据库系统的设计 数据库是管理信息系统的核心和基础其设计好坏直接影响所设计系统的安全 和运行效率继电保护管理信息系统对数据的管理和应用有很强的依赖性建立继 电保护管理信息系统核心的问题是数据库随着电力市场环境的逐步建立和自动化 系统运行时间的推移数据量不断地增大设计合理的数据库结构可以实现准确及 时的现场运行信息的电力系统事故处理与继电保护运行调整 下面具体说明继电保护数据库系统的设计与建设 2 . 1 继电保护数据库的存储信息及功能 2 . 1 . 1 继电保护信息 继电保护信息按功能和作用可分为 4类 继电保护运行信息继电保护事故记忆信息继电保护管理信息故障录波器 的录波信息其中继电保护运行信息所要求的实时性最强运行设备发出的信息 需要尽快得到运行值班人员及调度值班人员识别并作为电网事故处理的主要依据 12 继电保护事故记忆信息在发生复杂电网事故特别是出现继电保护异常动作后 需要尽快传递到有关专业人员手中经专业人员分析判断后为调度值班人员进一 步恢复供电提供支持这是制定反事故措施的基础而继电保护管理信息则与通用 的 mis 系统接近除应包括电网中继电保护运行管理信息和技术信息外还应包 括有关设备设计科研和基建的有关信息它们是提高继电保护专业工作质量和 效率的关键故障录波器的信息中包含发生事故前后电网中丰富的信息为运行人 员提供事故分析的详细数据因此需要及时传送到调度部门13 2 . 1 . 2 数据库主要功能的确定 数据库的目的是进行数据组织并利用现有数据进行分析与推理要建立一个 成功的数据库应首先对用户需求做充分细致的考察了解决策者的需求确定数 据库的功能继电保护数据库建立应结合上述 4个方面信息的不同特点进行以设 备管理和运行方面信息为例说明数据库的主要功能 (1) 设备性能预测及故障诊断 设备的正常运行是保证电力系统安全稳定运行的最重要的条件之一设备的维 修决策从某种程度讲是一种基于数据库的故障诊断和状态维修的实现设备主 题可用于分析设备健康水平指导检修和新设备的购买等方面 在继电保护数据库中记录了所有设备的参数同时也包含了设备监测资料 诊断资料实际运行资料检修历史资料操作人员日志设备制造资料和设计资 华北电力大学工程硕士学位论文 6 料同时按设备的工作性质可将设备分为一般设备重要设备和关键设备数据库 根据设备的类别进行不同细节度的状态监视14同时判断设备的健康状况对设备 的寿命有比较科学的估计对于健康状况欠佳或者不好的设备结合以往的历史检修 或者异常记录提出维修建议对检修成本也有合理的估算供检修管理人员参 考检修频繁不但会影响发电变电配电系统的正常运行而且耗费资金和人员 增加运营成本 (2) 继电保护运行及故障信息统计分析 继电保护运行信息除了电网故障后的有关记录外还包括查询继电保护定值 继电保护运行状态继电保护异常诊断以及继电保护的实时信息等继电保护运行 及故障信息统计分析主要是对各个变电站中的保护信息进行采集信息处理存储 及数据的深度挖掘将设备运行中自动生成的数据如事件报告等通过各种通讯手段 远传到各调度中心在调度中心将数据进行统计和计算实现各种继电保护自动化 设备输出的集中管理但是为保证故障数据进一步应用故障数据除应具有全面详 细的故障数据外还应包括较为详细的与故障相对应的电网参数和一切可能引起故 障的因素如季节和地理环境等 15 电力系统故障往往在偶然性之后掩藏着规律性建立系统故障数据库可以采 用数据挖掘或信息融合的方法对电网故障进行统计分析有助于辅助决策合理安 排检修计划减少气候和负荷变化对产生故障的影响提高供电质量而且为经验 型调度上升为科学型调度及对电网进行深入研究创造条件如果在故障情况时可 以根据采集到的保护动作情况给出相应的告警信息并通过数据库系统提出辅 助决策分析帮助运行人员对事故进行准确地分析同时可以对故障数据进行查询 备份归档打印等 随着电网的日益发展和复杂程度的不断提高任何一次系统方式变化设备的 检修新设备的投产保护的投退均可能引起系统继电保护做出相应的调整尤 其是非常规方式出现时必须由继电保护技术人员做出分析判断采取相应措施 以保证电网的安全稳定运行由于电网的复杂快速准确地做出决策仅靠人力是 难以完成的因此如何充分利用现有的数据建立科学的继电保护数据库利用适 当的分析工具进行分析处理快速有效地得到有用的决策信息是继电保护管理信 息系统面临的最大挑战 2 . 2 系统的数据库选择及开发原则 2 . 2 . 1 数据库选择 目前流行的网络数据库产品有很多 如 oracle sybase access 以及 ms sql server 等各个产品都有各自的优点 但由于 ms sql server 2000 是基于 odbc 标准的客户 华北电力大学工程硕士学位论文 7 服务器模式的数据库系统采用了 odbc api 与 odbc面对面交流效率较高 速度较快同时与其他主要数据库产品相比有以下特点16 (1) 支持更大的数据库规模 (2) 更灵活的加锁策略触发器机制游标机制数据库复制备份功能 (3) 分布式的查询与更新支持并行处理 (4) 支持全文搜索 (5) 支持数据仓库 (6) 强大的图形化管理检测与转换平台 (7) 支持更广泛的操作系统平台 除此之外sql server 2000 还既可以方便地接受各种形式的数据也可以方便 地输出各种形式的数据而所设计的继电保护数据库正需要能够被不断地充实和被 不断地利用同时sql server 2000 的 analysis services 有着简易的使用性能及其 良好的发展势头并提供了灵活的对象编程接口这为进一步开发智能决策支持系 统提供了可能所以本文选用了 ms sql server 2000 作为数据库开发平台 2 . 2 . 2 数据库的开发原则 (1) 规范化原则 系统的设计应严格遵循有关标准和规定为此在设计过程中参考了有关中华人民共 和国电力行业标准如河北南部电力系统继电保运行管理规程继电保护反事故措 施细则继电保护规定汇编电力系统稳定导则以及电力工程二次设计规范 等相关的规程和导则 (2) 先进性规则 系统采用 windows 2000 server 作为网络操作系统delphi作为数据库前端开发工 具ms sql server 2000 为后台数据库其整体结构采用 bs 模式即浏览器web 服 务器和数据库服务器组成的三层结构 与传统的 c/s 模式比较b/s 模式简化了系统的 开发和维护只需开发中间层的应用软件无需考虑客户端的兼容性及后台数据库的变 化 并且 b/s 模式适用于网上信息发布 使得整个应用软件具用较高的开放性和先进性 (3) 安全性原则 ms sql server 2000 是一种比较成熟的数据库管理系统它使用安全帐户认证控制 用户对服务器的连接通过数据库用户和角色限制用户对数据库的访问它们共同构成 ms sql server 2000 数据库系统安全机制的基础同时在每个数据库内还可以给用户 帐号和角色指定许可来执行(或限制)某些动作它可以规定每个用户对数据库里的数据 进行添加删除修改的权限对于一些重要的数据设定只有系统管理员才能修改和 删除还可以进一步细致地描述某个部门某个人可以使用系统中的哪个功能模块甚 至哪个按钮哪个菜单即便在系统管理员进行了误删除的情况下 ms sql server 2000 华北电力大学工程硕士学位论文 8 也还提供了数据库的三种恢复功能即简单恢复完全恢复大容量日志记录恢复 这样就使得系统以及数据的安全性得到了进一步的保障 (4) 开放性原则 管理信息系统必然要和数据库联系在一起因此系统应具有良好的开放性基于 web的网络数据库解决方案主要有cgi common gateway interfaceasp/ado activex server pages/activex data objectrdsremote data service远程数据服务等考 虑与现有数据库的兼容性问题本系统采用 asp/ado 技术实现与数据库接口可以和 局厂系统中的 mis 方便地连接 2 . 3 数据库的设计与功能 在设计继电保护管理信息系统时为了确保系统数据的安全性和完整性保证用户 使用的方便性和快捷性本文在设计时进行了以下方面的考虑17 1 对于特定用户的事务尽量让客户机来完成系统中状态评估所需的大量状 态数据是从客户端的人机交互界面录入的对于这些数据有效性的验证以及格式的转换 等都应当让客户机自身来完成这样可以减少服务器的工作量提高其响应速度缩 短客户申请的等待时间从而提高系统的整体性能 2 力求减少客户机与服务器间传送的数据量网络上传递的数据过多产生 数据错误延时丢失故障的可能性就越大而且网络上数据的堆积会影响客户之 间和客户与服务器之间的通信 3 局部数据的局部存储和管理将只在局部起作用的数据存储于局部变量 数组或客户端数据库而不是存储于服务器上共享的数据库其目的也是为了减少网络 上的数据传输量减轻服务器的压力 4 尽量让服务器管理全部的共享资源共享资源包括台帐数据各项试验数 据基础的服务处理如通信以及相关外部设备如打印统计报表所需的打印机等 此外设计时还考虑了良好的界面和可操作性利用统一的图标表示按钮的功能并 附有汉字提示界面风格相似操作方法基本一致提供了键盘操作和鼠标驱动两种方 式不会给工作人员变动时的操作带来不便显示方式尽量符合用户的一般阅读习惯 汉字输入量尽量减少到最小较多的利用复选框形式让用户选择采用各种安全措施 只要页面或窗口有变化都会弹出对话框提示保存防止数据丢失使用者无需了解程 序内部结构及太多的计算机方面知识简单的按屏幕上提示进行操作就能完成所需进 行的全部工作 2 . 4 继电保护数据库的数据集成 继电保护设备应用环境非常复杂在普通的应用环境中很难将数据集中起来充 分利用而且基于数据库的继电保护管理信息系统需要与其它自动化系统进行大量 华北电力大学工程硕士学位论文 9 的数据交换其数据流非常复杂而同时石家庄电业局投入相当的人力物力开发 的一系列自动化管理系统采用的都是不同的操作平台和数据库管理系统 如 scada 系统采用 microsoft visual foxpro 和文件型数据库 microsoft access能量管理系统 ems采用 oracle 数据库企业管理信息系统采用 microsoft access甚至采用 microsoft excel这使得数据库间的数据传输变得复杂因此如何充分利用各部 门已建立的数据库资源实现异构数据库间的连接数据交换数据共享和协同工 作已经成为数据库中数据集成的关键问题18 microsoft sql server 2000 提供的数据转换服务data transformation services 简称 dts可以方便地实现异构数据源间的数据交换有效降低开发成本和难度 在构建数据库进行数据转移的过程中可以利用 dts 将位于不同平台不同数据库 中的数据按照一定的规则集中到一个数据库中达到充分利用各种数据的目的 ( 1 ) 利用 dts 可以完成下列任务 从数据来源合并数据dts 虽然是 sql server 的一部分但是其操作不需 要借助 sql server可以直接执行转换也可以安排在其它合适的时间进行还可 把数据转换的对象集成到应用程序中 访问其它应用程序并且把该程序当作源数据或者目标数据 可以迁移数据库中的数据架构和数据 但是不能迁移索引或者存储过程 19 (2) dts 支持的数据库种类共可以分为以下三类 ole dbdts 支持所有兼容 ole db 的数据库保留原有的 ole db 供应 者包括microsoft sql serveroraclemicrosoft accessmicrosoft excel 等 odbcopen data-base connectivity开发数据库互联dts 支持使用 odbc 的数据库访问但是这种方式只限于关系型数据库所以会被 ole db 方式 代替 文本文件dts 可以直接访问文本文件中的数据这个特性的好处在于用 户可以直接从其它信息来源以文本文件的格式取得需要的数据dts 可以读取固定 格式的文件而不需要事先将文件放进数据库中 在使用 dts 进行数据转换或者是将数据导入导出到继电保护数据库中时 必须 考虑以下四个过程 分别为 数据验证 data validation数据迁移 data migration 数据清理data scrubbing数据转换data transformation (1) 数据验证 在把数据从运行系统中提取出来以前首先要确保数据的正确性否则将可能 造成数据库提供的病态信息导致企业策略的失败 (2) 数据迁移 把数据从运行系统迁移到数据库时会通过数据准备区进行数据清理在继电 保护数据库系统中原始数据并非实时同步地从各数据源中抽取出来而是根据各 华北电力大学工程硕士学位论文 10 业务系统的运行特点以及其数据产生规律定时异步地抽取数据放入数据准备区 (3) 数据清理 数据清理的目的是保证数据的一致性产生不一致的数据的原因一般可以归为 以下四种 不干净的遗留系统 不合适的集成 数据库过期 用户需求的改变 (4) 数据转换 在各个应用程序中保持数据一致的操作环境是罕见的尤其应用各种系统的异 构环境中更是鲜有数据的一致性数据转换正是接收来自不同运作系统的输入流 并将其转换成统一格式的过程20 表 2- 1 显示了数据库构建时构造者将面临的几种不同数据集成类型 表 2- 1 数据的转换问题 变电所 班组 电业局 描述 日期1999.9.13 日期99-09-13 日期99 年 9 月 13 日 编码 性别1male 2female 性别mmale ffemale 性别xmale yfemale 格式 关键字 character 10 关键字integer 关键字pic999999999 单位 电压kv 电压千伏 电压kv 因此数据转换过程指的不仅仅是数据格式的改变它还意味着要准备运行数 据转换其结构和内容以便集成到数据库中转换包括 6种基本类型 类型转变- - 可以将源数据从一种数据类型转换成另外一种数据类型例如 源数据将布尔值存为 0和 1 而数据库可以将数据存为真和假表 2- 1 中的编码 描述和格式都是这样转换过程必须接受不同的记录方式 串操作- - 可以将字符字段进行操作例如连接和剪裁或许源系统将年月 日存储在不同的字段中数据库可以规定将这些字段合并成一个 数据函数- - 数据库可能需要一些只能通过某些计算获得的数据在这种情 况下转换过程会根据源系统的输入来计算出值如表 3- 1 中的测量单位虽然只 是一些简单的数字运算但必须注意到精确性的问题 参照完整性- - 当数据从运作系统进入数据库时将受到检测以确定它所依 赖的数据是否存在于数据库中或者它是否是已经提取的数据中的一部分 关键字翻译- - 运行系统中的关键字要翻译成数据库创建的代理关键字 聚集- - 计算聚集的最佳时间是在数据向数据库中加载的时候 华北电力大学工程硕士学位论文 11 2 . 5 面向对象的数据库实现 一般数据库设计方法有两种即属性主导型和实体主导型属性主导型从归纳数据 库应用的属性出发在归并属性集合(实体)时维持属性间的函数依赖关系实体主导型 则先从寻找对数据库应用有意义的实体入手然后通过定义属性来定义实体面向对象 的数据库设计是从对象模型出发的属于实体主导型设计 本文的数据库开发分以下几步 1根据应用程序使用的环境平台选择适宜的数据库和开发工具软件如前所述 本文选择 windows 2000 server 作为网络操作系统delphi作为数据库前端开发工具 ms sql server 2000 为后台数据库 2设计数据库编写定义数据库模式的 sql 程序由于 rdbms 是以二维表为 基本管理单元的所以对象模型最终是由二维表及表间关系来描述的实际上对象模 型向数据库概念模型的映射就是向数据库表的变换过程有关的变换规则简单归纳如 下 一个对象类可以映射为一个以上的库表当类间有一对多的关系时一个表也可以 对应多个类 关系(一对一一对多多对多以及三项关系)的映射可能有多种情况但一般映射 为一个表也可以在对象类表间定义相应的外键对于条件关系的映射一个表至少应 有 3 个属性 单一继承的泛化关系可以对父类子类分别映射表也可以不定义父类表而让子类 表拥有父类属性反之也可以不定义子类表而让父类表拥有全部子类属性 对多重继承的父类和子类分别映射表对多次多重继承的泛化关系也映射一个表 对映射后的库表进行冗余控制调整使其达到合理的关系范式 3编写确保数据正确录入数据库的用户接口应用程序主要是保证数据访问的透 明性即如何考虑数据库中的规则和各表之间的关系 规则是数据库对象之一它的作用与 check 约束的部分功能相同在向表的某列 插入或更新数据时用它来限制输入的新值的范围在一个列上只能使用一个规则但 同一个规则可以应用于多个列还可以应用于用户自定义的数据类型它是实现数据完 整性的方法之一用来验证一个数据库中的数据是否处于一个指定的值域范围内规则 创建后需要将其捆绑到列上或用户自定义的数据类型上当向捆绑了规则的所有列插 入或更新数据时新的数据必须服从规则 通过对数据库中的表创建关系可以显示某个表中的列如何链接到另一表中的列在 关系数据库中关系能防止冗余的数据关系是通过匹配键列中的数据而工作的而键 列通常是两个表中具有相同名称的列在大多数情况下关系将一个表中为每个行提供 唯一标识符的主键与另一个表中外键内的项相匹配在每一个表中设备的编号都被设 华北电力大学工程硕士学位论文 12 置为主键表与表之间通过主键和外键相联将多个表有机的联系在一起 4输入数据库数据运行各种与数据库相关的应用程序以确认和修正数据库的 内容由前面介绍可以知道本文将数据分为两类对于有些需要工作人员人为填写的数 据本系统设计了非常友好的人机交互界面程序而从其他系统共享的数据本文可以通 过 delphi面向对象的数据库编程技术实现了对不同信息系统的数据库进行数据导换 极大地减轻了使用人员的工作量 2 . 6 继电保护数据库系统的建立过程 2 . 6 . 1 继电保护数据库的数据组织 为了有效地管理数据库常常需要 dbms 为用户提供对数据库操作的各种命 令工具及方法包括数据库的建立和记录的输入编辑检索显示删除和统 计等 目前流行的 dbms包括 microsoft access microsoft sql server oracle server microsoft visual foxpro 等本系统采用的就是 microsoft sql server 原始数据库是面向应用进行数据组织的就本文所研究的继电保护管理信息系 统而言所建立的数据库和表模式应为 设备参数管理220kv 线路110kv 所内变等 保护投退管理高频保护母差保护故障录波器等 缺陷管理反措管理等 2 . 6 . 2 继电保护数据库的架构 继电保护数据库主要有以下 3 个模块其体系结构如图 2- 1 所示 由图 2- 1 可以看出首先是数据获取模块负责感知数据源及外部数据发生的 变化按数据库的需求从中获取数据并进行数据的清洗和传输将其加载到继电 保护数据库中 继电保护管理信息系统作为高级应用软件需要定时从其它系统数据库中读取 数据而近几年很多电业局建成并运行主网 scada 系统和电力 mis 系统有良好 图 2 - 1 继电保护数据仓库系统的结构 华北电力大学工程硕士学位论文 13 的数据库应用和信息管理基础 随着 internet/ intranet 的广泛应用充分利用信息资源已成为发展企业的巨大 动力我们在建立继电保护数据库时也应考虑这一点要从外部世界汲取各种综 合信息同时也给外部空间提供可用的信息数据数据集成工作在建设管理信息系 统时已基本完成数据的集成一般通过网关实现以确保各个系统的安全性与可靠 性 管理模块负责数据库运行管理及元数据的管理用于维护数据库环境下的管理 信息系统如管理数据获取操作库数据归档备份和恢复数据授权操作及管理 和调试数据访问操作等统一的元数据管理实现元数据驱动的数据库开发和高效的 数据库管理保证数据的完整可靠和开放性 数据访问模块用于为最终用户提供访问和分析数据库的工具它是直接体现数 据库价值的模块将从数据库中获得的信息以直观的易于分析的形式呈现给用户 为管理者提供分析预测的方法库使管理者可利用各种分析方法进行深层次地分 析与预测并实施决策对于各阶层的管理人员数据的呈现应有的放矢同时为决 策者提供简洁直观易操作的用户界面将决策者关心的数据以各种相应形式呈 现出来数据访问工具负责查询和分析并为数据挖掘dm和 olap 提供相应 的工具如查询和报表工具及决策支持应用开发工具等以实现决策分析系统的各 种要求 所设计的继电保护数据库的物理模型如图 2 - 2所示 图 2 - 2 继电保护数据库物理模型 华北电力大学工程硕士学位论文 14 第三章 继电保护数据库系统的联机分析处理 采取大规模关系型数据库以及传统的关系型报表和查询工具的形式是研究历 史过程的细节以及概要的很好的方式但是它不直接支持更加完整的和多维的视 图因此必须有强有力的工具进行分析和辅助决策 3 . 1 联机分析处理的基本概念 3 . . 1 . 1联机分析处理的概念与功能特征 联机分析处理online analytical processing简称 olap是专门为特殊的数 据存取和分析而设计的技术它使得分析人员能够迅速一致交互地从各个方面 观察信息以达到深入理解数据的目的olap 大部分策略都是将关系型或普通的 数据进行多维数据存储以便于分析它具有以下的功能特征 (1) 给出数据库数据的多维视图其视图应独立于数据存储的具体形式 (2) 一般都包含交互式查询和对数据的分析 (3) 提供分析的建模功能包括可以产生比率等的计算引擎有关的度量或跨 多维的数字数据 (4) 生成概括数据聚集和层次并在每一维的交叉点上对聚集和概括级别进 行审计 (5) 支持功能模型以进行预测趋势分析和统计分析 (6) 检索并显示二维或三维表格图表和图形中的数据并且应能容易地交换 基准轴 (7) 快速地响应查询以避免分析过程被切断或查询信息是过时的 olap 分析是对以多维形式组织起来的数据采取切片切块旋转等各种分析 动作以求剖析数据使最终用户能从多个角度多侧面地观察数据库中的数据 从而深入地了解包含在数据中的信息内涵 3 . . 1 . 2 o l a p与 o l t p的比较 (1) oltp oltpon-line transaction processing联机事务处理是操作人员和底层管理 人员利用计算机网络对数据库中的数据进行查询增删改等操作以完成事务 处理工作因此 oltp 适合于处理高度结构化的信息与其相适应在数据组织方 面 oltp 以应用为核心数据模型采用实体关系模型oltp 以快速事务响应和 频繁的数据修改为特征用户利用数据库快速地处理具体业务 华北电力大学工程硕士学位论文 15 (2) olap olap 就是决策人员和高层管理人员对数据库进行信息分析处理olap 可以 被刻画为具有下面特征的联机事务 可以存取大量的数据 包含聚集的数据 按层次对比不同时间周期的聚集数据 以不同的方式来表现数据 包含数据元素之间的复杂计算 能够快速地响应用户的查询以便用户的分析思考过程不受系统影响 olap 服务器允许用熟悉的工具方便地存取不同的数据源快速响应时间是 olap 中的关键因素 (3) olap 与 oltp 的对比如表 3 1所示 表 3 - 1 olap 与 oltp 的对比 oltp olap 数据基础 数据库原始数据 数据库导出数据或数据仓库数据 数据性质 细节性数据 综合性数据 处理的数据 当前数据 历史数据 更新速度 经常更新 不可更新但周期性刷新 处理数据效率 一次性处理的数据量小 一次性处理的数据量大 使用者数量 用户数量大 用户数量相对较少 面向对象 面向操作人员支持日常操作 面向决策人员支持管理需要 性质 面向应用事务驱动 面向分析分析驱动 oltp 数据库在查找业务数据时 是非常有效的 但在为决策者提供综 合汇总性数据时则显得力不从心 这 就需要 olap 技术例如一个简单 的问题查看 1 9 9 9年华北地区的故 障次数数据按地区季度分类 首先要从 oltp 的数据库中抽取数 据这需要大量的时间然后还要 用大量的时间来查询检索该年四个 季度每个月的数据等 而用 olap 技 术则可以在几秒内完成 如图 3 - 1所 示 图 3 - 1 olap 多维数据集结构图 华北电力大学工程硕士学位论文 16 因为支持 olap 的数据库中的数据已被转换成一种更有效的存储结构允许 用户在大量数据上完成复杂的数据分析 在关系型数据库中没有数组的概念因此多维数据必须被映像成平面型的关 系表中的行具有代表性的是非标准化的星型模式的设计它将基本信息存储在一 个单独的事实表中而有关维的支持信息则被存储在其它表中 预处理的结果一般被存放在大量的综合汇总表中这些表分别有不同的聚集及 组合它们每个都需要关键字来识别并且通过索引来获得高效的访问而这些关 键字通常使用严格的二进制整数键这样对于存储和数据检索更有效 3 . 2 继电保护数据库系统中 o l a p设计 3 . 2 . 1 m i c r o s o f t s q l s e r v e r a n a l y s i s s e r v i c e结构 microsoft 提供了服务器端的组件分析服务器analysis service还提供了 客户端组件数据透视表服务pivottable services整个 olap 的结构如图 3 - 2 所示在本系统中采用 microsoft sql server analysis service 来实现 从图 3- 2 中我们可以看出在服务器端我们可以用 analysis manager 来管理 analysis 服务器的数据olap 服务分析( olap services analysis) 服务器作为 windows nt 服务来进行运作 并提供核心的计算功能在分析( analysis) 服务器中 对管理功能的编程访问是通过称为决策支持模型( decision support objects简称 dso) 的对象模型来实现的 olap 服务可以存取任何被支持的 ole db 数据提供者 图 3- 2 microsoft sql server2000 分析服务器结构图 华北电力大学工程硕士学位论文 17 中的源数据通过 ole db 的多平台性能可以从多种系统中存取数据就像是在 提供 olap 服务的服务器本地进行存取一样 在客户端数据透视表服务是将 olap 客户端应用连接到提供 olap 服务的服 务器上的一个工具所有对 olap 服务管理的数据定制程序或客户端工具管理的 数据的存取都是通过数据透视表服务提供的 ole db 接口实现的在客户端我们 可以利用数据透视表服务来连接服务器以便取得 analysis 服务器的数据 olap 服务的客户端和服务器组件在功能性方面都是可扩展的 尤其是客户端 可以利用很多我们熟悉的前端工具例如 visual basicoffice 2000visual c+等 来编写定制程序来使用数据透视表服务组件 3 . 2 . 2 客户端应用 企业实施数据库系统的目的是在数据库的基础上实现企业决策支持因此系统 必须提供客户端应用界面多维数据集构建完成后必须要能够显示给用户看使用 户方便灵活地获取数据信息 3 . 2 . 2 . 1 数据透视表服务 数据透视表服务可以连接分析服务器并且为客户端应用程序取得分析服务器 数据提供了 ole db 接口这样使开发人员可以通过 c+或 visual basic 语言配合 ado 组件来使用它不必再学习其它语言来撰写客户端应用程序图 3 - 3为客户端 数据透视表服务的结构图 数据透视表与客户端的关系如下: microsoft office 2000 的客户端组件提供电子表格以及图表组件功能 并且可以将其集成在 w e b 环境下这样在 internet explore 中也可以使用 excel 的功 能这些组件可以结合各种数据来源包括 excelsql serveraccess 等数据库 图 3 - 3 数据透视表服务客户端结构图 华北电力大学工程硕士学位论文 18 除了可以查询之外还可以修改它 创建本地端的数据库 直接连接到分析服务器 关系型数据来源的服务供应者 3 . 2 . 2 . 2 客户端用户工具 微软中有很多的工具如 microsoft excel2000access 2000微软自然英语程序还 图 3 - 4 数据透视表中的 e x c e l数据表 图 3 - 5 数据透视表中的 e x c e l统计柱状图 华北电力大学工程硕士学位论文 19