变电站自动化系统通用数据服务软件平台研究概要

1、变电站自动化系统通用数据服务软件平台研究白建社1,江秀臣1,薛钧义2(1.上海交通大学电气工程系,上海200030;2.西安交通大学电气工程学院,西安710049)摘 要：针对变电站自动化系统结构复杂、 功能众多的特点，提出一种用于 变电站自动化系统的通用数据服务软件平台。该平台通过组织、管理变电站系统的数据，提供数据服务，使各应用系统能专注于自己功能的实现，简化了应用系统的开发。在软件平台的开发过程中，采用面向对象、组件和软总线等技术，不 仅提高了软件的复用性和系统的灵活性，而且具有接口的透明性和开放性。最后在微软Studio.Net集成开发环境下，使用Visual C+.Net语言开发了本

2、通用 数据服务软件平台。关键词：变电站自动化；组件；面向对象；软总线Study of the CommonSoftware Platform for Data Service in Substation Automation SystemBAI Jia nshe1, JIANG Xiuche n1, XUE Jun yi2(1.Departme nt of Electrical Engin eeri ng Shan ghai Jiaot ongUni vers ity, Sha nghai 200030, Chi na;2.College of Electrical Engin eeri ng

3、,Xia n Jiaot ong Un iversity,Xian 71004 9, Chi na)Abstract:The substati on automati on system (SAS) is complex in con figurati on andn umerous in fun cti on s.This paper aims at this problem and proposes a com mon software plat form for the data service in substati on automati on system.With orga ni

4、zing theda ta in substation,theproposed software platform provides the data service for the systemsin applicationlayer.So the applicationsystems can focus on the imple mentation of theirown functions,andconsequently the development of the application systems is simplifiedgreatl y.ln the process of d

5、evelop ing the software platform,we use the objectorie nted,comp onentobject model (COM) and soft bus tech no logy and so on, whichcan not only adva nee the software reuse and the system fl exibility but also possess the tran spare ncy and ope nn ess in in terface. Fin ally,the proposed software pla

6、tform is developed using the Visual C+ and Net lan guage un der Microsoft Studio and Net IDE.Key words: substati on automati on; COM; objectorie nted; soft bus1引言变电站自动化系统的使用大大提高了变电站的自动化水平，不仅提高了变电站的可靠性，而且减少了变电站的运行成本。变电站自动化系统包括监控站、 工程师站、远动站、Web服务器、电压无功控制系统、故障诊断与恢复系统等子 系统，目前大都针对不同的子系统开发相应的软件系统 :2,3：,每个

7、系统都实现从 数据采集、数据管理到最终的功能实现。事实上，这些功能不同的子系统，共享 着相同的数据信息，即基于相同的数据源。因而可以开发一个通用软件平台，实 现整个系统的数据服务功能，使各子系 统能够专注于自己功能的实现。软件复用技术是解决软件危机的一个重要途径，它通过软件组装和软件生成 技术构建新的软件系统：幻。软件复用目前主要采用面向对象、组件和软总线等 技术。通过抽象，可以表示相同类型的事物：5,。组件化设计可使一个组件被多 处使用，也可以在后续系统开发中直接引用 ：6,9：。软总线技术通过定义透明的、 开放的接口规范，封装模块（或系统）内部的实现细节，使模块具有通用性和互 连性，非常便

8、于软件系统的灵活组装（集成）o本文根据变电站自动化系统的实际需要， 把面向对象、组件和软总线等技术 结合起来，研究变电站自动化系统的通用数据服务软件平台。2变电站自动化系统通用数据平台2.1 基于通用数据平台的变电站自动化系统从结构上讲，变电站自动化系统是一个分层分布的网络系统。 当前主要采用 两层结构模式：间隔层和变电站层。由于变电站自动化系统结构复杂、功能众多, 两层结构已不能满足系统的性能要求，故提出三层结构或更多层结构。本文根据 变电站自动化系统特点，提出基于通用软件平台的三层结构模式，如图 1所示。S1娈幅站自动化系姣皓构图 Fig, | Block of bu list nt in

9、n automation systtm从图1可知，该结构是在传统的两层结构基础上， 把变电站层分为两层，即 平台层和应用层。平台层处理变电站系统内的数据，为应用层提供一个通用的数 据服务平台。应用层根据平台层提供的数据服务，实现变电站自动化系统的各种功能（监控、远动、维护、 Web服务等）。在通用数据服务软件平台层，通过两级处理实现数据服务的数据源位置无关 性（即数据是本地的还是网络的，由应用数据服务系统实现）和数据源类型无关 性（即数据是数据库的还是间隔层设备的，由本地数据服务系统实现）。通过应用数据软总线，可以为各应用系统提供统一的、 透明的、开放的数据 服务接口。通过数据软总线，可以把不

10、同计算机上的本地数据服务系统连接起来， 使应用数据服务系统能够方便地与各计算机上的本地数据服务系统交换数据。2.2本地数据服务系统本系统主要用来实现单台计算机内的数据处理与数据服务功能。 从数据源的 性质来讲，本地 数据主要包括实时数据和归整/历史数据。实时数据是从间隔层 实时获得的数据信息，最大特点是数据的时间有效性很短。归整 /历史数据是保 存在数据库或数据文件中的数据，最大特点是数据的时间有效性很长。图2所示 为本地数据服务系统的结构框图。3用款据醫芳載起rf 1-1丄-As上*严鼻保护掘迸HH 2本地融据屣务系魏烤构图F仗.2of thr local dulu由图2可知，本地数据服务系

11、统的主要任务是进行实时数据处理和归整/历史数据处理，并通过本地数据服务组件把实时数据库的访问与本地数据库的访问 统一起来，使应用数据服务系统能够采用统一的方法访问实时数据库和本地数据 库。同时，通过数据软总线接口组件连接到数据软总线上，提供透明的、开放的 数据服务接口方法。1）本地数据服务组件本组件的功能是通过把实时数据的访问与归整 /历史数据的访问方法统一起 来，为上层应用 提供统一的数据服务接口方法。也就是说，对应用数据服务系 统来讲，不需要指明所访问的数据是实时数据还是归整 /历史数据，即实现数据 访问（对上层应用系统而言）的数据源类型无关性。2）数据软总线接口组件本系统是通过数据软总线

12、与其它系统连接在一起的，为了实现系统能够连接 到数据软总线上，必须提供一个符合数据软总线连接要求的接口规范。为此，专 门设置一个数据软总线接口组件。实际上，本组件相当于一个接口规范封装程序， 即把本系统内的数据服务接口方法转换成数据软总线接口方法。3）实时数据（对象）库系统本系统主要用来处理本地实时数据， 维护一个统一的、唯一的本地实时数据 （对象）库，以便系统其它部分能够方便地使用实时数据。 为了实现实时数据处 理与服务功能，本系统可划分为数据对象模板库及其维护组件、实时数据库、实 时数据库维护组件与访问组件、实时数据库的监视组件与刷新组件等模块。数据对象模板库：数据对象模板（或数据对象类）

13、是建立实时数据库的基础。 当创建数据对象模板后，实时数据库的建立就是生成相应模板的实例过程。根据变电站系统的实际需要，开发了 8种类型的数据对象模板（内存/I0实型、内存 /I0整型、内存/I0离散型、内存/I0消息型等）。模板库维护组件：主要功能是创建新的数据对象模板，删除或修改已经存在 的数据对象模板，以增强系统的灵活性和可扩充性。实时数据（对象）库：把生成的实时数据对象按一定的方式（如对象列表） 组织起来，构成一种库文件，以方便实时数据库的维护与其它系统的访问。它实际上是数据对象模板实例的 集合。实时数据库维护组件：本组件功能：根据数据对象模板库创建新的数据对 象并添加到实时数据库中；删

14、除实时数据库中不需要的对象等。实时数据库访问组件：本组件功能：读取实时数据对象的属性值；写入 实时数据对象的属性值。根据实际需要，可以进行单个属性值的读取或写入， 也 可以实现多个属性值成批读取或写入。实时数据库刷新组件：它的功能是通过数据通信接口模块，获取实时数据， 经过处理（比如数据的工程换算）之后保存到实时数据库中（通过实时数据库访 冋组件）。实时数据库监视组件：它的功能是监视实时数据库中数据对象的属性值， 当 某个数据对象的属性值发生变化，且该属性值需要向外部发送（如遥控命令）时, 调用数据通信接口模块的方法，向外部设备发送变化的数据。4）本地数据库系统本系统用来处理归整数据和历史数据

15、，这些数据的共同特点是需要长期保存 和使用，故一般都用数据库或数据文件保存在系统硬盘内。因而，本系统的主 要功能是从数据库获取数据和 向数据库写入数据，另外还包括数据库的维护功 能（如数据库的创建、删除、更改等）。为了实现系统功能，可以基于组件技术 的思想，把本系统划分为数据库服务接口组件 （包括数 据库维护和访问接口）、 数据库接口组件等，还包括各种数据库。数据库：用来保存数据文件，可以是商用数据库（如Oracle ），也可以是非商用数据库（如数据文件）。只是对于不同格式的库文件，有不同的操作访问 格式。对于变电站自动化系统，一般用数据文件保存配置信息，用商用数据库保 存运行数据（如电压、电

16、流数据）。数据库接口组件：系统中可能会根据实际需要采用不同的数据库保存数据， 为了实现对数据库的操作，就必须针对每种类型的数据库，开发一个数据库接口 组件，以实现数据库接口的规范性。数据库服务接口组件：实现数据库数据服务的数据库类型无关性。 具体来讲， 是通过数据库软总线，把各种类型的数据库接口组件集成起来， 使其它系统可以 通过统一的接口方法维护、访问数据库（而不必知道数据库的类型）。5）数据通信接口模块本模块的功能是实现数据通信接口的统一性。 对上层应用，仅通过一个统一 的接口实现数据 传输，而无需知道所用的通信规约和通信协议。为了实现这个 功能，模块采用两个软总线，即通信数据软总线和通信

17、协议软总线。 根据基于组 件的软件设计方法，本模块主要包括通信 规约转换组件、通信协议组件、通信 协议集成组件和数据通信接口组件等。规约转换组件：本组件有两个功能：当从外部获取数据时，它实现规约解 析功能，即获取数据报文并分离出其中包含的数据； 当向外部发送数据时，它 实现数据封装功能，即把要发送的数据按相应的通信规约打包成发送数据报文。通信协议组件：建立数据通信链路，实现数据发送或接收。一般与所采用的 通信协议（如TCP/IP、现场总线等）有关，与通信规约无关。通信协议集成组件：实现数据通信的协议无关性。通过采用通信协议软总线， 把各种通信协议组件集成起来，上层应用（数据通信接口组件）可以通

18、过统一的 接口方法接收或发送数据报文（而不必知道所用的通信协议）。数据通信接口组件：为上层应用（实时数据库系统）提供统一的数据通信接 口方法，即做到数据通信的规约无关性和协议无关性。 它通过采用通信数据软总 线，把各种通信规约组件集成起来，并通过通信协议集成组件实现数据通信。 2.3 应用数据服务系统本地数据服务系统提供一个与应用领域无关的通用数据服务平台， 但仅针对 单台计算机。而在实际系统中，大都是多台计算机互连的网络系统。 为了实现网 络数据的共享和便于应用系 统的实现，设置本应用数据服务系统。本系统的主要功能包括：建立和维护应用数据对象库，与各计算机的本地数 据服务系统连接，为应用层系

19、统提供数据服务等。通过数据软总线，把各计算机 的本地数据服务系统集成起来，实现数据服务的网络位置无关性（对应用层系统 来讲，不需要知道数据在哪台计算机上）。另外，通过应用数据软总线，为应用 层系统提供统一的、透明的、开发的数据服务接口。根据基于组件的软件设计方法，本系统可划分为应用数据（对象）模板库及 其维护组件、应用数据对象库（简称应用数据库）及其维护组件与访问组件、应 用数据服务组件、应用数据软总线接口组件和数据软总线接口组件等，如图3所示。ffi 3 应用獸摇駅勢系统踣徇图11. 3 Srrvkeof lhe npp“in盟 dulu应用数据（对象）模板库：应用数据对象模板是建立应用数据

20、库的基础。每 个应用数据 对象模板对应变电站中一类电气设备。根据实际变电站系统，抽象 出8种类型的应用数据对象模板（变压器、电容器、电抗器、断路器、开关、地 刀、线路和母线等对象模板）。应用数据对象模板库维护组件：本组件的主要功能是创建新的应用数据对象 模板，删除或修改已经存在的应用数据对象模板， 也可以根据这些对象组成更复 杂的对象模板（如间隔对象），以增强系统的灵活性和可扩充性。应用数据（对象）库：把生成的应用数据对象按一定的方式（如对象列表） 组织起来，构成一种库文件，以方便应用数据库的维护和与其它系统的访问。 它 实际上是应用数据对象模板的实例集合，每个实例对应变电站的一个电气设备。应

21、用数据库维护组件：本组件的功能：根据应用数据对象模板库创建新的 应用数据对象并添加到应用数据库中；删除应用数据库中不需要的应用数据对 象等。应用数据库访问组件：本组件功能：读取应用数据对象的属性值；写入应用数据对象的属性值。根据实际需要，可进行单个属性值的读取或写入， 也可实现多个属性值成批读取或写入。应用数据服务组件：把应用数据库的维护组件和访问组件统一起来， 为应用 层系统提供统一的数据服务接口方法。数据软总线接口组件：把本系统向下连接接口转换成数据软总线要求的标准 规范，实现通过数据软总线与各计算机本地数据服务系统的连接。应用数据软总线接口组件：把本系统与应用层系统的接口转换成应用数据软

22、 总线规定的标准规范，以实现通过应用数据软总线向各应用层系统提供统一的、 透明的、开发的数据服务接口。3通用软件平台实现为了实现本文提出的通用数据服务软件平台，在微软Studio.Net集成开发环境下，利用 Visual C+.Net 语言编写。在开发过程中，使用面向对象技术，把变电站中可能用到的数据类型抽象为 8种数据对象，利用类型指针集合模板(CTypedPtrList )建立数据对象列表， 以构成实时数据(对象)库。另外，为了便于应用层系统的使用，把变电站中的 电气设备抽象为应用数据对象，通过建立应用数据对象列表来构成应用数据(对 象)库。为了便于系统的集成，采用软总线技术以实现模块或系统接口的开放性和透 明性。同时，采用基于组件(本系统中采用微软COM)的软件开发思想，把