（电力电子与电力传动专业论文）基于corba技术的电力系统仿真平台的研究与实现.pdf

基十c o r b a 技术( 1 勺i 乜山系统仿真、f 台的研究与实玑 a b s t r a c t w i t ht h en e wd e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e m ，i ta d v a n c e sh i g hd e m a n df o rp o w e r s y s t e ms i m u l a t i o ns o f t w a r e t h es o f t w a r ei sd e v e l o p i n g t o w a r d st h ed i r e c t i o no fd i s t r i b u t e d m u t u a l ，l a r g es c a l er e a l t i m e ，w h o l ep r o c e s sa n d w h o l e s c o p e i no r d e rt om e e tt h i st r e n d t h i s p a p e rp r o p o s e s a p o w e rs y s t e m s i m u l a t i o n f r a m e w o r kb a s e do nc o r b aw h i c hi sg o o da tt h er e s o l u t i o no fd i s t r i b u t e dc o m p u t a t i o no i l t h eb a s eo fc o r b a s t u d y i n g t h ef r a m e w o r ka d o p t st h em e t h o do fl a y e rd i v i s i o n i n v e r t i c a ld i r e c t i o na n dt h em e t h o do fa r e ad i v i s i o ni nh o r i z o n t a l o t h e r w i s e ，i no r d e rt og i v e f a c i l i t yt ot h ei n t e g r a t i o no f s i m u l a t i o ns o r w a r ea n do t h e r s ，s i m u l a t i o nd a t a b a s eb u i l d e d c o n f o r m st oi e c 6 1 9 7 0s ot h ef r a m e w o r kh a v eg o o d m a i n t a i n a b i l i t y ，e x p a n s i b i l i t ya n d f l e x i b i l i t y o nt h eb a s eo ft h e o r ys t u d y i n g ，a i ma t p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ，t h ep a p e rf i r s t l y d e v e l o p sac o m p o n e n tl i b r a r yo ft r a n s m i t i n ga n dt r a n s f o r m i n ge l e c t r i c i t ya n dac o m p o n e n t o fp o w e rf l o wc a l c u l a t i o nu s i n gc o r b a ，d e s i g n sav i s u a lf l o wc a l c u l a t i o ns i m u l a t i o n s o f t w a r ew h i c hf i n i s ht h e m o s t l yw o r ko fm o d e l i n g a n ds i m u l a t i o n b yc a l l i n g f o r e n c a p s u l e dc o m p o n e n t s i t h a v ef r i e n de n v i r o n m e n to fs y s t e m m o d e l i n g a n dr e s u l t s h o w i n ga n d r e a l i z e sc o n t i n u o u ss i m u i a t i o nf o rp o w e rf l o w k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e ms i m u l a t i o n 、c o r b at e c h n o l o g y 、t e c 6 1 9 7 0 、p o w e rf l o w c a l c u l a t i o n 、p l a t f o r m 南京航空航天大学硼i 一学位沦义 c i m c i s c o r b a e m s i d l i e c o d b c o m a o m g o r b s c a d a 注释表 c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l c o m p o n e n t i n t e r t h c es p e c i f i c a t i o n 公用信息模型 组件接口规范 c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e 通用对象请求代理体系结构 e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 能量管理系统 i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e 接口定义语言 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 国际电工委员会 o p e n d a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 开放数据库连接 o b j e c tm m l a g e m e m a r c h i t e c t u r e 对象管理体系 o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p对象管理组织 o b j e c tr e q u e s t b r o k e r对象请求代理 s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t a a c q u i s i t i o n u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e 监控与数据采集 统一建模语言 南京航空航天人学硕十学位论文 第一章绪论 电力系统仿真是计算机仿真中很大的一个分支，而且已有较长的历史。随着电 力系统的发展，电源增多，电网扩展，自动化程度越来越高，许多计算和控制问题 也同益复杂。但无论从现有技术上，还是从供电的可靠性及设备的安全性上考虑， 直接在实际的电力系统中进行各种实验，可能性很小。因此要运用电力系统仿真束 解决问题，同时对电力系统仿真也提出了更高的要求 2 2 1 。 电力系统仿真主要用于以下两方面： ( 1 ) 系统动态过程方面的问题。 ( 2 ) 选择系统最佳运行方式。 1 1 电力系统仿真的发展历程及现状 我国电力系统仿真技术的发展历程基本上跟踪了国际上电力系统仿真发展不 同阶段的最新技术，基本情况如下： ( 1 ) 2 0 世纪6 0 年代初，由前苏联援助电科院建成了我国最大的电力系统动态 模拟实验室。 ( 2 ) 8 0 年代初，为了对我国正在建设的5 0 0 k v 输电系统进行电磁暂态方面的分 析和研究，电科院和武汉高压研究所从美国p t i 公司分别引进了t n a 设备。 ( 3 ) 8 0 年代中期，为了配合我国葛上直流工程的系统调试和工程投运后的事故 调查与分析及运行人员的培训，从原瑞士b b s ( 现a b b ) 引进了早期的数模混台 式高压直流模拟仿真设备。 ( 4 ) 1 9 9 6 年为了对我国正在建设的三峡工程的输配电工程进行实时仿真研究， 电科院从加拿大t e q s i m 公司引进了先进的数模混合式仿真系统。 ( 5 ) 9 0 年代中期，为了跟踪国际上电力系统实时仿真技术发展的潮流和5 0 0 k v 系统继电保护现场调试及例行检验的需要，少数电力企业和电科院、国家电力公司 电力自动化研究院以及一些高校引进了少量的r t d s 装置。 目前，电科院正致力于丌发全数字实时仿真系统。就全数字实时仿真设备而言， 目前国际上主要产品有3 个，即加拿大m a n i t o b a 直流研究中心r t d s 公司的r t d s 、 法国电力公司( e d f ) 的a r e n e 和加拿大魁北克t e q s i m 公司的h y p e r s i m 。这 些比较成熟的电力系统全数字实时仿真系统硬件设备采用d s p 或r i s c 技术的工作 站、服务器，硬件设备开销比较大。因此，为了节约硬件设备开销，电科院、r 本 三菱电公司、加拿大哥伦比亚大学等单位正在采用商用微机( p c ) 作为硬件平台来 开发研制电力系统全数字实时仿真系统f 2 “。 笨于c o r b a 技术的i 乜力系统仿真、r 台的研究与实现 1 2 电力系统仿真的发展方向 随着电力系统的规模越来越庞大，电力系统的运行控制也越来越复杂。尤其在 我国，随蓍三峡电站的建成和西电东送工程的实施，将在本世纪初叶形成全困性的 互联电网。在这样一个全国性的互联电网中，既有交流输电线路，又有直流输电线 路，既包括传统的电力设备，又有不断涌现的各种新型的电力电子设备，从而使电 网的安全运行控制变得十分复杂。为了提高电力系统的安全运行水平，对电力系统 的仿真技术也提出了更高的要求。 ( 1 ) 电磁暂态与机电暂态混合仿真 随着直流输电和f a c t s 等电力电子装置和其他非线性元件广泛应用于电力系 统，这些元件引起的波形畸变及其快速暂态过程对系统机电暂态过程的影响越来越 大。相互独立的电磁暂态仿真程序和机电暂态仿真程序，已经难于适应现代电力系 统对仿真的要求。因此，很有必要开发能进行电磁暂态过程和机电暂态过程混合仿 真的电力系统仿真软件【2 0 j 。 ( 2 ) 长过程动态仿真 在电力系统远距离输电容量不断增加、输电网络重载问题日益突出的情况下， 暂念稳定及电力系统在暂态稳定后的长过程动态稳定性将逐步成为电力系统安全 稳定运行的主要问题，威胁着电力系统的安全稳定运行。分析电力系统的长过程动 态稳定性问题，避免发生大面积停电事故，以及研究防止事故扩大的有效措施，必 将成为电力系统计算分析的一项重要内容。因此，电力系统长过程仿真程序的开发 也是非常必要的1 2 0 | 。 ( 3 ) 大规模实时仿真系统 电力系统大量先进的控制和测量装置，如f a c t s 控制装置、直流输电控制装 置、继电保护装置、安全稳定监控装置等都要由电磁暂态和机电暂念的实时仿真装 置进行试验验证，才能投入实际系统使用。因此，发展数字或数模混合式电力系统 实时仿真装霹也是必要的。 ( 4 ) 分布交互式大型仿真系统 随着网络技术和计算机技术的飞速发展，也为电力系统仿真技术的飞速发展提 供了坚实的技术基础。同时，由于电力系统舰模的不断拓展，加上电力系统自身的 地域性和分布性，因此，开发分布交互式大型仿真系统应该成为未来电力系统仿真 技术的一大发展方向。这种大型的分布式系统往往是由不同的硬件、不同的操作系 统和不同的支撑环境组成的异构系统，而c o r b a 技术正是解决异构对象问分布计 算问题的一种新兴技术。因此本文基于这个角度，探讨了c o r b a 技术在丌发分稚 交互式大型电力仿真系统中的应用。 南京航空航天火学顺_ j 学位论文 1 3 课题提出的思想 众所周知，仿真技术的发展与计算机技术的发展紧密相连，同样近几年计算机 技术的发展也大大推动了电力系统仿真的进步。本文就近几年兴起的构件技术提出 了一个基于构件技术的电力系统仿真软件的多层集成框架，如图1 1 所示。 第一层：中间件层，由两个中间件平台构成。一个是基于o r b 核心的中间件 平台，也可称为通用平台。它是利用c o r b a 技术中的o r b 的“软总线”特性， 对底层的操作系统、硬件环境和网络通信协议进行屏蔽，使得在该平台之上进行丌 发不必顾及下层的环境。另一个就是遵循i e c6 1 9 7 0c i m c i s 的数据库中间件平台。 为了与电力系统中的能量管理系统( e m s ) 、数据采集与监控( s c a d a ) 等系统进 行进一步集成，它采用了遵循i e c6 1 9 7 0 标准和面向对象的电力设备模型定义，是 面向电力系统应用的完备且完善的数据库管理系统，可以为电力系统的各种应用提 供充分的支持。该平台的建立，使得电力系统的e m s 系统、仿真系统等各种应用 建立了应用级的开放，使得应用软件的“即插即用”成为可能。 图1 1基于构件技术的电力系统仿真软件集成框架 第二层：构件层。考虑到电力系统的分布性，电力系统不外乎是由发电部分、 输变电部分和配电部分组成。该层建立了发电构件库、输变电构件库和配电构件库 三个构件库。每个构件库都包含了相应领域的电力设备模型，每个模型实际上是一 个个构件，它们提供了供上层仿真程序调用的接口，从而完成了仿真系统的统一建 模过程。同时考虑到仿真系统的实时性，每个构件库应自带一个实时数据库，用来 基于c o r b a 技术的电力系统仿真、f 台的研究与实现 对模型的参数和仿真的数据等进行实时管理。另外，模型与电力系统公用信息的交 换是通过调用下层数据库中间件提供的公用接口来实现的。 第三层：基本仿真层。主要由电站仿真系统、输变电网仿真系统和配电网仿真 系统三部分组成。这是三个相对独立的仿真系统，分别主要基于电站构件库、输变 电构件库和配电构件库。电站仿真系统用于对电厂的运行和控制进行仿真，比如发 电机的电磁暂态仿真和机电暂态仿真。输变电仿真系统中的变电站仿真用于对变电 站的运行和控制进行仿真。网络分析软件主要是对电力网中的主要物理量进行估 算，用于为其它仿真程序提供初始条件，譬如潮流计算、负载预测等。同时，每个 相对独立的仿真程序又被封装成构件的形式，提供接口供上层高级仿真程序调用。 第四层：高级仿真层。该层是通过调用基本仿真层的仿真构件和构件层的元件 模型，利用较少的源代码组装成全过程、全范围的动态仿真系统，用于对电力系统 的全过程进行动态仿真。 1 4 论文完成的主要工作 潮 其它电力系统软件 输变电系统构忭阵潮流司算算法构件库 图1 2 潮流计算软件的系统结构 本文根据上述的开发思想，针对电力系统中最基本的计算一一潮流计算开发了 个基于c o r b a 技术的可视化潮流计算软件。该软件是基于输变电系统构件库和 南京航空航天大学硕i 学位论文 潮流计算算法构件库实现的，所以丌发成本较低，而且具有良好的可维护性、扩展 性和适应性。它同时还具有友好的接线图编辑环境和丰富的结果数据输出功能。经 实例验汪：其结果是可信的，精度是可靠的。具体的系统结构如图1 2 所示。围绕 图示的系统结构，主要进行了以下研究工作： ( 1 ) 构件库的设计与实现。构件库是本软件的核心。在构件库开发中，利用 c o r b a 技术提供的i d l 语言把输变电系统中的常见器件和潮流计算中的常用算法 封装成构件的形式，分别形成输变电系统构件库和潮流计算算法构件库。前台的可 视化潮流计算软件通过c o r b a 技术中o r b 的“软总线”机制实现了对这些构件 的跨编程语言、跨平台和跨操作系统调用，从而实现相应的功能。 ( 2 ) 数据库的构建。本软件从长远角度出发，考虑到为了便于与其它电力系统 软件的集成，首先建立了一个基于i e c6 1 9 7 0 标准的仿真数据库，这样遵循i e c 6 1 9 7 0 标准的应用软件就可以通过该数据库方便地实现数据交换和数据共享。在本软件的 前台界面中提供了提取该数据库数掘的接口，考虑到不同数据库管理系统的差异， 该接口采用了o d b c 数据库访问技术。另外，还建立了一个潮流计算数据库用于保 存潮流计算过程中各个器件的参数和仿真后的结果数据，从而便于仿真后的事后分 析和图形显示。 ( 3 ) 前台可视化程序的编程。在编程过程中，大量调用构件库中的构件完成主 要的工作，这样大大缩短了开发时间、节省了开发费用。本软件提供了友好的系统 建模环境，用户可以通过调用相应的子模块来完成系统接线图的编辑，可以方便地 增加、删除器件和改变器件的参数。另外，还有直观的结果数据查看功能，用户可 以表格的形式查看结果，也可以通过曲线图的形式观察潮流的变化。 课题采用的开发工具： 操作系统：w i n d o w ss e r v e r2 0 0 0 c o 砌j a 产品：s t a r b u s3 0 丌发工具：v i s u a l c + + 6 0 、s q l s e r v e r2 0 0 0 。 1 5 课题采用的关键技术 ( 1 ) 充分利用了当前计算机软件领域流行的c o r b a 技术在解决异构对象之间 的互操作问题和分布式计算问题上的突出能力，提出了基于c o r b a 技术的电力系 统仿真平台的模型。基于该模型开发的仿真模块具有良好的互操作性、灵活性( 适 应性) 、可维护性和可扩展性，从而大大缩短了开发周期，节省了开发费用。 ( 2 ) c o r b a 技术只是为构件之间的互操作提供了一个环境，为了充分利用 o r b 的“软总线”功能，真正实现应用程序的“即插即用”。就必须采用i e c 6 1 9 7 0 ( 国际电工委员会) 标准来进行信息表示和建模。这样也可以使仿真系统与遵循 i e c 6 1 9 7 0 标准的e m s 和m i s 等应用程序之间实现互操作，从而开发出更强大的功 犟于c o r b a 技术的屯力系统仿真3 f 台的研究与实现 能。 ( 3 ) 灵活的数据库访问技术。由于本课题涉及两类数据库的访问，对于基于i e c 6 1 9 7 0 标准的仿真数据库采用o d b c a p i 方式进行访问，利用o d b c 提供的统一的 a p i ，可以使应用程序利用所提供的a p i 来访问任何提供了o d b c 驱动程序的数据 库。因此，o d b c 己经成为一种标准，而且，目前所有的关系数据库都提供了o d b c 驱动程序，这使o d b c 的应用非常广泛，基本上可用于所有的关系数据库。对于潮 流计算数据库采用了v i s u a lc + + 提供m f co d b c 和a d o 两种数掘库访问技术进行 访问。 ( 4 ) 由于在输变电系统构件的开发中，涉及到很多排序、插入和删除等操作， 因此，在本课题的实现过程中，采用了一种通用编程技术一- - c + + s t l ( 标准模板 库) 。 1 6 论文的组织结构 本文的组织结构如下： 第二章介绍了c o r b a 技术的结构组成、实现机理和有关公共服务，并结合 本课题的电力系统背景讲述了它在电力系统仿真领域的应用。 第三章介绍了i e c6 1 9 7 0 标准的有关内容，并根据有关的映射策略给出了输 变电系统常见器件的u m l 类图的数据库实现。 第四章利用i d l 语言把输变电系统的常见器件封装成构件的形式，从而形成 了输变电系统构件库。并且给出了构件的c + + 程序实现。 第五章利用i d l 语言把潮流计算的常用算法封装成构件的形式，并给出了对 应的c + + 程序实现。 第六章讲述了前台可视化潮流计算软件通过调用后台构件的操作来完成计算 的主要过程，并给出了相关的界面。 第七章对全文的工作进行总结，并给出了进一步研究的方向。 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章c o r b a 技术研究 2 1 对象管理组织( o m g ) 和对象管理体系( 0 m a ) 对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 是一个非盈利性的国际组织， 其职责是为应用开发提供一个公共框架，制定工业指南和对象管理规范，加速对象 技术的发展。1 9 8 9 年组建时，就强调异构系统的可移植的、分布式应用程序的丌发 问题。自那时起。就收到大量来自业界的反馈，目前它是世界上最大的软件团体， 拥有8 0 0 多个成员。由o m g 参与制定的技术对一些具体的问题作了合理高层抽象， 并隐藏低层的细节。尤其是，由o m g 制定的最关键规范一一对象管理体系( o b j e c t m a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ，o m a ) 和它的核心提供了一个完整的体系结构。该结构 以足够灵活、丰富的形式适用于各类分布式系统。 o m a 对象管理体系结构参考模型是o m g 组织组建不久就制定了的，该模型 描述了o m g 规范所遵循的概念化的基础结构。 a i = a p p l i c a t i o ni n t e r f a c e s d i = d o m a i ni n t e r f a c e s o s = o b j e c t s e r v e r s 图2 - 1o m a 对象框架 o m a 由对象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 、对象服务、公共设施、域 接口和应用接口这几部分组成，其核心是对象请求代理o r b 。对象服务是为使用和 实现对象而提供的基本服务集合；公共设施是向终端用户应用程序提供的一组共享 服务接口；域接口是为应用领域服务而提供的接i s ；应用接口是专门为特定的应用 程序而丌发的，是由开发商提供的产品，用于他们的产品，不属于o m g 标准f 7 1 。 摹十c o r b a 技术的l u 力系统仿真、f 台的研究0 实现 2 2c o r b a 技术简介 2 2 1c o r b a 的基本组成 参照图2 2 所示的c o r b a 结构，下面将逐一介绍c o r b a 的组成及其作用。 il o r b 段 匿薹薹薹翌用十所有o r b 丈现的| 古】接口 硼瑚e 可能有多个对豫适配器 宦缓磊l l l 羽对母个对象类型有桩和个框架 二二 与。船实现相关的接口 j ： m 用接口 常规洲 接口 图2 - 2c o r b a 对象请求接口的结构 ( 1 ) o r b 核心的作用 当客户激活一个调用的操作时，操作中指向的目标对象的对象引用经码根 传递给o r b 核心。o r b 核心代表客户自动寻找对应的服务器( 即目标对 象的对象实现) 。找到服务器后，o r b 要确保该服务器做好接收请求的准 备工作。 客户端的o r b 核心接收被调用操作( 或方法) 的参数，并把它们编组成网 络可接收的格式。服务器端的o r b 核心将来自网络的操作参数进行解组， 然后送给服务器，并启动服务器执行所调用的操作。 执行完操作后，如有返回参数，服务器端o r b 核心将它编组后传入网络。 客户端o r b 核心对它进行解组，并将操作结果返回给客户。 ( 2 ) 客户端码根的作用 码根实际上是一段程序代码，为接口中的每个操作( 或方法) 提供一种虚实现。 从客户端角度看，码根仿佛提供了对象的本地实现。然而码根实际上并不负责对象 一川川un二=u 南京航空航天大学坝l ：学位论文 的实现，它只是远端对象在本地的“代理”。它一方面负责接收本地客户的请求， 并把请求的参数传递给本地的o r b 核心，由o r b 编组成与平台和语占无关的在线 格式，然后通过网络对远端对象发起调用。另一方面负责将返回的结果返回给客，r 1 _ i 。 凼此，码根一方面同客户程序打交道，另一方而又同本地的o r b 核心打交道。 f 3 ) 服务器端框架的作用 它也并非对象的实现，而是自动产生的编写对象实现代码的框架。编写对象实 现代码时要基于该框架进行。在c + + 巾，表现为继承的关系，即实现类、女该继承 自框架类。同样，服务器框架一方面同对象实现程序打交道，另一方面又同对象适 配器打交道。 ( 4 ) 动态调用接口( d i i ：d y n a m i c i n v o c a t i o ni n t e r f a c e ) 的作用 它是除通过码根调用远端对象的操作外的另一种凋用方式，动态调用接口和码 根是相互独立的两种调用途经，它们有不同的风格和用途。如果客户端程序在编译 时无法得到列象的详细信息，也没有i d l 编泽后的码根，这时，可以通过动态调用 接口向远端对象发起调用。我们可以把动态调用接口看作一组标准的a p i ，通过这 组标准的a p i 可以动态地决定以下问题：调用哪个对象? 调用对象中的哪个操作? 操作的参数是什么? 理论上可以通过动态调用接口发起对任何对象的凋用。其中， 动态调用接口同客户程序之间的接口是标准的，这保证了无论o r b 由哪个厂商实 现，在客户程序看来，它们都是一组标准的a p i ，客户程序感觉不到实现上的区别。 动态调用接口一方面同客户打交道，另一方面同o r b 核心打交道，还要同接i _ 1 库 打交道。 ( 5 ) 动态框架接口( d s i ：d y n a m i c s k e l e t o ni n t e r f a c e ) 的作用 动态框架接口也可以看作一组标准的a p i 。服务器端可以通过这组标准的a p i 动态地决定以下问题：调用哪个对象? 调用对象的哪个操作? 操作的参数是什么? 理论上可以通过动态框架接口接受对任何对象的调用。动态框架接口和静态框架是 相互独立的两种调用途经。服务器端既可以使用静态框架，又可以使用动态框架接 口来接受远端对象调用的请求，还可以两者都使用。动态框架接口一方面同对象实 现程序打交道，另一方面同对象适配器打交道。其中，同对象实现程序之间的接口 是标准的，这保证了无论o r b 由哪个厂商实现，在对象实现程序看来，它们都是 一组标准的a p i ，对象实现程序感觉不到有什么区别。 ( 6 ) o r b 接e 1 的作用 前面提到的o r b 的作用，有一部分是客户端和服务器端公共需要的功能，o r b 接口提供一组标准的a p i 来完成这些功能。由于是标准的，尽管o r b 可能由不同 的厂商来实现，当对这部分a p i 的使用都是不变的。需要强调的是：无论客户程序 还是对象实现都可以调用o r b 接口中的a p i 。 ( 7 ) 对象适配器( o a ：o b j e c t a d a p t e r ) 的作用 它位于服务器端，在客户端找不到可与之匹配的组件。o a 处于o r b 核一心与 基十c o r b a 披术的l u 力系统仿真平台的 i j f 究与实现 框架、d s i 之间，它提供了服务器端对象实现与o r b 核心之间的适配层，为对象 实现提供了大部分所需的o r b 功能。根据c o r b a 规范的定义，o a 主要有以下 的作用： 对象引用的生成与解释； 根据对象引用找到它对应的对象实现； 方法调用； 交互的安全性； 对象实现的激活和终止激活； 对绿实现的注册。 o a 要同5 个组件打交道：o r b 核心、动念框架接口、框架、实现库和对象实 现。c o r b a2 2 以前的规范规定，所有的o r b 都支持一种标准的对象适配器一 基本对象适配器( b o a ) 。后来在实践中发现，b o a 的规定过于宽泛，造成了= ：f i 同 的对象很难移植到不同的对象适配器上。为了解决这一问题，c o r b a 2 3 规范定 义了一种新的对象适配器称为可移植对象适配器( p o a ) 1 7 1 。 2 2 2 c o r b a 的工作方式 客，、1 端的调用方式同服务器端接受请求的方式是相互独立的，两者并不相互依 赖。客户程序对远端对象的调用，有静态方式和动态方式两种。两种方式各有长短， 程序员应该根据自己的需要加以选择。 ( 1 ) 静态调用方式 在静态调用方式中，码根事先由i d l 接口文件编译生成，它包括代理对象的 定义和实现。代理对象的定义与i d l 接口中的定义相一致，包括名字、操作和参数 等。代理对象的实现封装在代理对象内部，它实际上并没有执行客户所期待的实现， 而是把客户的请求编组后交给本地的o r b 核心，等待远端的对象实现来执行这一 操作。执行后返回的参数和结果通过o r b 核心传回给码根进行解组，然后由码根 以本地操作的方式把结果和参数返回给等待结果的客户程序【”。 ( 2 ) 动态调用方式 在动态调用方式中，客户端和服务器端没有由i d l 文件编译生成的码根和框 架，耿而代之的是一组标准的d i i 和d s i 接口。动态调用方式允许对任何对象进行 操作，仅仅需要知道该对象的对象引用，然后利用接口库查询该对象的接口信息， 再动态地构建调用请求。相比静态调用方式而言，动态方式有着灵活、可移植性强 等优点，但也存在使用复杂和速度较慢的缺点。动态调用和静态调用两者并不冲突， 可以结合使用i j ”。 南京航空航天人学坝l 学位论文 2 2 3c o r b a 的对象服务 ( 1 ) 命名_ 1 1 i 务 命名服务( n a m i n gs e r v i c e ) 提供从名字到对象引用的映射，这好像i n t e m e t 的 域名服务系统将给定的域名转换为i p 地址一样。 ( 2 ) 市件服务 对缘问的调用是对象之间通信的一种最常见的方式。但是，在分布式系统环境 下，有时需要某些更为复杂的通信机制。c o r b a 的事件服务正是这样的一种机制， 它提供了一种松散的、异步的通信机制，目标是建立一个通用的分布式事件模型。 在c o r b a 的事件服务中，事件的发送者和接收者都足对象。发送事件的对缘扮演 “供应者”( s u p p l i e r ) 的角色，接收事件的对象扮演的足“消费者”( c o n s u m e r ) 的 角色。事件的传送是借助一个称为“事件通道”( e v e n tc h a n n e l ) 的对象进行的。“事 件通道”作为多个“供应者”对象与多个“消费者”对象之间的异步通信中介，负 责将事件从“供应者”对象传给“消费者”对象。 ( 3 ) 通知服务 c o r b a 的通知服务是c o r b a 的事件服务的一种功能上的扩展。它提供了消 息的过滤机制和支持服务质量的控制。总的来浣，c o r b a 通知服务的定义是基于 现有的c o r b a 事件服务的，c o r b a 的通知服务在实现之后，应能支持原有的基 于c o r b a 事件服务的应用。 f 4 ) 对象交易服务 在分布式环境下，不同的对象提供着不同的服务，对象组成一个虚拟的社会。 为其他对象提供中介服务的对象称为对象交易者，简称为交易者( t r a d e r ) 。如果一 个对象有能力提供一种或多神服务，并且主动向交易者发布或宣传，那么，这个对 图2 - 3 出口者、进口者和交易者之间的关系 基于c o r b a 技术的l 乜力系统仿真f 台的研究o o 实现 象就是服务供应者，简称为出口者( e x p o s e r ) 。反之，如果一个对象通过交易者去 查询满足其要求的服务，这个对象就是服务使用者，简称为进口者( i m p o r t e r ) 。在 这咀，交易者是对象交易服务的核心，它把进口者的服务需求与出f _ _ 1 者向交易行登 记注册的服务进行比较，动态地发现所需要的服务，然后通知进口者，因此它足m 口者和进口者之问的桥梁。三者的关系如图2 3 所示。 f 5 1c o r b a 对象事务服务 所州事务，是指对特定共享资源的一组不可分割的操作，它具有a c i d 性， 即a t o m i c i t y ( 原子性) 、c o n s i s t e n c y ( 一致性) 、i s o l a t i o n ( 孤立性) 和d u r a b i l i t y ( 持 久性) 。早期的事务处理大都是集中式的数据库应用，这种事务处理比较简单。随 着应用程序的f 1 趋复杂和庞大，一个应用往往要跨越网络中的多个平台，甚至可能 是不同厂商提供的不同产品。如何保证一个事务能工作在分布的、异构的环境f 已 成为一个迫切的问题，这就在客观上要求制定一个用于规范应用程序与不同资源之 f 自j 相互协凋进行事务处理的标准。x o p e n 分布式事务处理模型，简称x o p e nd t p 模型，就应运而生。作为分布式事务处理最著名的模型，x o p e nd t p 模型已经被 计多t pm o n i t o r 和数据库厂商所采纳和支持。c o r b a 事务服务就足在x o p e nd 7 f p 模型的基础上定义的。但两者也有不同，最大的区别在于x o p e nd t p 模z 弘魁过程 性的，而c o r b a 事务服务是面向对象的。 2 2 4 命名服务 命名服务提供从名字到对象引用的映射：给定一个名字，命名服务返回一个 存储在此名字下的对象引用。命名服务给客户程序提供了许多便利之处： ( 1 ) 客户程序可以给对象起有意义的名字而不必处理字符串化的对象引用。 f 2 ) 通过改变在某个名字下的公告的引用值，客户程序可咀在不改变源码的情 况下使用不同的接口实现。客户程序使用同一个名字却获得不同的对象引用。 在命名服务规范中，名字是由名字构件( n a m ec o m p o n e n t ) 序列组成的，每个名 字构件都是一个结构变量，它由i d 属性和k i n d 属性组成，概念上相当于文件系统 中的文件名和扩展名。只有一个名字构件的名字称为简单名。有多个名字构件的名 字称为复杂名，除了最后一个构件表示被注册或查找的对象，其余用于定义名字上 下文( n a m e c o n t e x t ) 。名字上下文乜是一个c o r b a 对象。一个名字和一个c o r b a 对象之间的联系称为名字绑定( n a m e b i n d i n g ) ，名字绑定总是定义在名字上下文中， 一个名字上下文包括一系列的名字绑定，并且名字上下文也可以与一个名字绑定在 另一个名字上下文对象中。命名服务有效地解决了客户方对象的透明访问问题。采 用逻辑名经命名服务器间接地访问服务方对象，客户方程序代码将不因服务方对象 在分斫i 式计算环境中的位置“迁移”而变化。因此，在动态调用机制中命名服务有 着重要的作用【j t l 。命名服务的基本运行过程如图2 - 4 所示。 南京航空航天人学顺l 学位论文 幽2 4 命名服务运行过程 2 3 c o r b a 技术在课题中的应用 c o r b a 技术作为本课题采用的核心技术之，在课题的研究和实现过程中发 挥了基础性作用。根据上面讨论的c o i u 3 a 的基本组成，我们可以把这种作用大致 分为两个方面： 一方面是c o r b a 技术的核心一一o r b 提供的“软总线”机制发挥了重要作用。 o r b 是c o r b a 的基础，是在分布环境下，c o r b a 所使用的、基于对象模型的软 件总线。它的基本职责是解决对象引用的请求和建立应用对象之间的联结，通过标 准接口，使这种联结独立于所使用的硬件和软件平台，从而保证了对平台的透明性 以及划操作系统、网络协议和编程语言的透明性。因此，本课题在总体框架设计时， 采用了分层的思想，高层应用软件可以跨平台、跨网络协议、跨编程语言地调用低 层应用软件提供的接口来完成相应的功能，从而实现软件的可复用。在本课题已玎 发的可视化潮流计算程序的实现中，正是通过o r b 调用低层的输变电系统构件库 和算法构件库中构件的接口完成其主要工作。 另一方面是c o r b a 技术的对象服务为系统的高效率编程提供了极大的帮助。 在可视化潮流计算程序的实现过程中，主要应用了上述的命名服务。在构件的程序 实现时，给构件绑定一个有意义的、自定义的名字，当可视化潮流计算软件要调用 该构件的操作时，就可以通过自定义的名字解析出对应的对象引用，通过对象引用 就可以发起调用。这样就使我们在开发时避免了直接与对象引用打交道，而且也避 免了每次构件库重启后都必须把产生的引用文件拷贝到潮流计算程序运行目录下 的麻烦。 由于在课题实现的过程中采用了c o r b a 技术，因此开发出的系统具有如下特 点： ( 1 ) 可维护性。由于采用了构件技术的封装思想。在不改变接口的前提下，可 挑于c o r b a 技术的i u 力系统仿真、卜台的研究与实现 对构件内的实现代码进行修改、优化。譬如，如果某类电力设备的仿真算法有了新 的突破，我们只需在相应构件内部进行修改，而不影响整个系统。 ( 2 1 可扩展性。可扩展性主要有两方面。一方面是由丁i 采用了i e c 6 1 9 7 0 c i m c i s 标准，可在数据库中间件层上扩展电力系统的其他软件。另一方面， 随着电力系统中新型电力设备层出不穷，对于每一类新型设备，我们都j j 以在构什 层扩展相应的构件，以适应电力系统不断发展的需要。 ( 3 ) 灵活性。由于c o r b a 技术具有跨平台、跨操作系统和跨语言的特性，冈 此在开发平台和运行平台的选取上有极大的灵活性。同时在编程语言的选取上也有 极大的灵活性，例如，我们可以利用j a v a 语言通过调用c + + 语言的构件来丌发网络 培训仿真系统，这样就可以大大节省了培训费用，充分利用了培训资源。 2 4 小结 本章首先对c o r b a 技术做了简堆介绍，主要讲述了c o r b a 技术实现跨平台、 跨编程语苦、跨网络 办议等调用的机理以及c o r b a 技术提供的众多划象服务，有 命名服务、事件服务等，尤其着重讲述了命名服务的原理。然后对c o r b a 技术在 本课题的应用进行了简单描述，后续章节将围绕c o r b a 技术在电力系统仿真领域 的应用做更深入的探讨。 南京航空航天人学砀上学位论文 第三章基于i e c6 1 9 7 0 标准的电力系统 仿真数据库的建立 3 1 为什么要基于i e c6 1 9 7 0 标准 随着计算机技术和现代通信技术的飞速发展，电力系统自动化软件正掀起网络 化、组r ：化的浪潮，应用软件之问的调用或互操作越来越频繁，关系越来越紧密。 网络化的发展，使得电力系统自动化软件要在分布式环境下分工合作，不再菲“单 干”，不再是“孤岛”，这种分布式系统往往是由不同的硬件、不同的操作系统、彳i 同的支撑环境或不同厂家的产品组成的异构系统。组件化的发展，使得各个应用软 件用某种组件模型封装各自的内部实现细节，对外提供标准的调用接口。因此，为 了适应电力系统自动化软件网络化和组件化的趋势，很有必要提供一种“即插即用” 的集成环境来实现应用软件之间的互操作问题。要实现这样的集成环境，必须从两 方面入手：一方面是要提供组件问交互的互操作机制。象本课题利用的c o r b a 技 术就足一种很好地解决了异构系统的对缘之间互操作问题和分布式计算问题的中 问件技术。它提供了c o r b a 组件模型来封装各个应用软件的内部实现细节，对外 提供用接口描述语言( i d l ) 描述的公共调用接口。这也正是本课题选用c o r b a 技术的原因之一。另一方面是有必要定义组件间交互的公用信息模型( c o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l ，简称c i m ) 和组件接口规范( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ， 简称为c i s ) 。因此，国际电工委员会( i e c ) 负责电力系统控制及其通信的相关标 准的第5 7 技术委员会( i e ct c5 7 ) 制定了一系列标准，其中第1 3 工作组( w g1 3 ) 负责制定与e m s 专业榴关的c i m 和c i s 标准，其标准系列为i e c6 1 9 7 0 系列，使 e m s 的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低了系统集成成本和 保护了用户资源。 随着电力系统自动化软件组件化和网络化的发展，作为电力系统自动化软件一 部分的电力系统仿真软件的更新和发展也越来越快，这就对支撑仿真软件的仿真数 据库提出了更高的要求：( 1 ) 由于电力系统本身不断庞大，描述电力系统的数据也 越来越庞大，数据间的关系越来越复杂，因此仿真数据库应该能支持复杂数据的管 理和复杂关系的建模。( 2 ) 由于面向对象编程是未来软件编程的趋势，因此仿真数 据库应能满足面向对象编程的需要。( 3 ) 要能支持多个仿真软件的集成，实现数据 共享和交换。( 4 ) 易于扩充和维护。为了满足上述要求，我们开发的仿真数据库平 台就应该参考i e c6 1 9 7 0 标准，以电力设备为对象创建了统一的电力系统数据模型， 这样就可以为用户的功能扩展和软件更新提供开放的、强大的底层支持功能。 挂于c o r b a 技术的i b 力系统仿真甲台的研究与实埘 3 2i e c6 1 9 7 0 标准简介 3 2 ，l 产生的背景 从保护用户资源角度来看，用户往往要运行多套系统。每套系统总要运行多个 应用，这些应用和系统通常是分步实施的，必然存在系统的更新和升级。在系统的 更新升级过程中，可能会出现一些问题：由于运行平台的不兼容，用户原来运行的 稳定可靠的应用软件不能再运行，这样用户长期积累的重要数据和所进行的二次丌 发将不再保留：当用，o 进行后期招标时，由于应用软件接口的专用性，使得用户只 能选择原有系统的厂商，不能选择更好的软件。因此，应用系统接口的标准化对用 户的意义是深远的。 从系统集成角度来看，系统集成有两种策略。一是分散化，采用分布式结构， 通过细分应用进行功能分布。二是集中化，通过配置服务器，让功能集中在服务器 ：完成。一般而言，大的系统应尽量分散化，以提高系统性能，小的系统应尽量集 中化，以降低