（电力系统及其自动化专业论文）基于j2ee架构的分布式电网故障计算系统.pdf

四川大学硬士学位论文( 2 0 0 3 ) f a u l tc a l c u l a t i o ns y s t e mo fp o w e rn e t w o r kb a s e dj 2 e e s t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t e d m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n g r a d u a t e ：y u eq u a n - m i n ga d v i s o t ：l uf e i p e n g t h ea m o u n to fr e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gi si n c r e a s e da l o n gw i t hr a p i d d e v e lo p m e nto fp o w e rn e t w o r ka n di n c r e a s eo ft h ea m o u n to fp o w e rn e t w o r k n o d e s ot h es t a n d a l o n ec o m p u t e r ，c sm o d e sh a v en o tb e e ns a t is f i e dt h e n e e do fd e v e l o p i n gp o w e rs y s t e m i ti sn e c e s s a r yt h a tl e tt h er e l a t e d c o m p u t e r st ow o r ko u tt h ef a u l to fp o w e rs y s t e mi nt i m e a n dt h e nt h e i n t r a n e th a sb e e nc o n s t i t u t e di np o w e rs y s t e mf o l l o w e dt e c h n o l o g y r e v o l u t i o no fn e to r i g i n a t e df r o m1 9 9 0 i tp r o v i d e dt h en e c e s s a r y f a c i l i t yt or e a l i z et h ew e b b a s e dd i s t r i b u t e df a u l tc o m p u t a t i o ns y s t e m t h ea u t h o rp u tf o r w a r dt h ec o n c e p t i o no fd i s t r i b u t e df a u l tc o m p u t a t i o n s y s t e mf r o mt h er e q u e s to fu s e r t h es y s t e mc ann o to n l yc o m p u t et h ef a u l t o fp o w e rn e t w o r kb ym a n yc l i e n t sb u ti tc a nw e l li n t e g r a t er e l a y p r o t e c t i o ns e t t i n gs y s t e ma n dd i s t r i b u t e dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o no f v a l u e s an e wv i e w p o i n tt oo b s e r v et h er e l a t i o no fb u sv o l t a g e ，b u sc u r r e n t i n j e c t i o na n db r a n c hc u r r e n to ft h en e t w o r kc o n s i d e r i n gb r a n c hm u t u a l i n d u c t a n c eh a sb e e np r o v i d e di nt h i sp a p e r t h ep r o c e s so fb u i l d i n gt h e z - m a t r i xo fal a r g e s e a l ep o w e rn e t w o r ki ss e tf o r t hi np a r t i c u l a ri n t h i sp a p e r a n dt h em e t h o di se m p l o y e di nt h ef a u l tc o m p u t a t i o ns y s t e m s u c c e s s f u l1 y k e y l r o r d ： f a u l tc o m p u t a t i o n ，d i s t r i b u t e d ，j 2 e et e c h n o l o g y ，z - m a t r i x 四川大学颈士学位论文( 2 0 0 3 ) l 绪论 1 - l 课题的目的和背景 电网短路故障计算、断相故障计算和非全相运行状态的计算在电力系统暂 态分析、特别是在继电保护整定计算中起着非常重要的作用，并占有绝对的计 算量，尤其是故障计算的精确度和速度以及所占计算机内存大小将直接影响计 算结果的优劣。目前电力系统故障计算以及与之有关的计算分析软件中的故障 计算部分大多采用单机版或c s ( 客户服务器) 模式，有的甚至还采用手工计 算，有的故障计算软件系统没有实现基于电力系统一次拓扑图的可视化计算， 有的即使实现可视化计算，但是其功能也还存在其它缺点和不足，比如没有实 现电网序网络图的自动生成。更为重要的是随着我国电力事业的大力发展，电 力网络大规模的扩建和运行，使各区域网、省网，甚至是地区网络的节点数量 快速增加，这就大大增加电网故障计算的计算量。因此以前基于单机版和c s 模式的电网故障计算软件已经或即将不能满足电力系统网络扩建的要求，必须 让具有网络联系的多台计算机来同时进行故障计算，并且要继续从故障计算的 算法上加以优化，以进一步实现故障计算的网络化和智能化。再加上从上个世 纪九十年代以来，网络技术革命在世界广大范围的兴起和推广，尤其是我国各 行各业网络技术的普及和实施，电力行业也相应建立了自己的内部网并与因特 网相联系起来，这给电网故障的分布式计算提供了必要的网络条件。 基于以上原因，本文作者在吕飞鹏博士的指导下，提出了基于分布式电网 故障计算的设想。在实现电力系统暂态计算和继电保护整定计算中的故障计算 的同时，充分利用电力系统现有的网络设备，使整个系统与故障计算有关的项 目网络化，使多用户能够通过浏览器实现远程故障计算功能，同时使系统具有 好的扩展性，能够和电力系统继电保护整定计算软件、定值管理软件和其它系 统实现良好的集成。 1 2 国内外故障计算和分布式技术研究现状 目前分布式组件技术已经在国内外电力系统中得到了一定的应用，而且由 i 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 于e j b 与j s p 技术在我国的迅速推广以及组件技术和w e b 技术的有效结合更加 增强了分布式组件技术的功效，使得应用形势发展良好。 文献 i 提出了将w e b 技术与j a v a 技术应用于e 淞的图形和实时数据处理 系统中：文献 2 实现了基于c s 模式下的可视化电网故障计算与继电保护整定 计算，但是该系统没有实现分布式故障计算，并且没有实现电网序网络图的自 动生成，每次形成一次拓扑图时必须手工绘制其襁成的正：负、零序阻抗图， 这就大大增加了繁重的体力劳动量；文献e a 采用了以电网拓扑结构数据库为基 础，使电网具有良好的移植性，并实现了图形化故障计算，但该系统没有实现 序网络图的自动生成，以及没有实现分布式故障计算，这大大限制了其实用性； 文献 9 实现了电力系统故障的可视化计算并引入了面向对象的思想，将图元 的所有属性封装到一个类中，有效的保证了电网数据的安全性，能自动生成三 序网络图，以及实现了数据和图元的动态绑定：文献 1 0 提出了运用e j b 技术 实现电力系统故障分布式计算，但其客户端是基于h t m l 的静态网页，包括零序 网络在内的电网参数只能是文本格式录入：文献 1 1 指出了传统的c s 结构的 缺点，并提出采用基于w e b 的分布式结构来开发电力系统的m i s 是发展的趋势， 是我们开发人员必须考虑的问题；文献 1 2 则对组件技术进行了系统的讲解， 并指出对s c a d a e m s 而言，采用组件技术可以优化系统的设计，实现组件的重 用，使系统的实时性、扩展性和开发效率大大提高；文献 1 3 提出了用j a v a 语 言开发基于w e b 的分布式s c o 系统。另外还有大量的文献采用w e b 技术实现 电力系统的各种分布式计算和分布式管理。 1 3 分布式故障计算系统需要解决的问题 为了研究基于w e b 的分布式电网故障计算系统。需要解决好以下几个方面 的问题。首先是数据库的设计问题：在设计数据库时，要充分考虑故障计算系 统同继电保护定值计算系统以及定值管理系统和其它系统的数据共享问题，特 别是要注意数据库同j a v a 实体b e a n 的映射关系：其次是应用服务器的设计， 应用服务器的结构有多种，如使用a p p l i c a t i o n j s p d a t a 的w e b 服务器模式、 t i t m j s w d a t a 的w e b 应用系统、结合h p p t e t j s p d a t a 的应用系统以及结合应 用服务器组件e j b 的h p p l e t j s p 、e j b d a t a 系统，具体选择哪种系统，以及该 2 四川丈学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 系统的每个模块如何进行很好的通信等都是本文要解决的重要课题；再次就是 客户层的实现问题，如何在瘦客户端实现电网的新建、图元的动态编辑、数据 的动态录入和修正，电网序图的自动生成，这些都是本文要重点研究的课题； 最后就是应用层的实现问题，即应用程序服务器的配置和组件的设计。 1 4 本文所做的工作 本文首先系统的阐述了基于w e b 的分布式理论和j 2 e e 架构，紧接着针对故 障计算系统中的实际问题，讲述了s u n 公司的e j b 、j s p 和a p p l e t 技术和开发 基于w e b 的分布式三层故障计算的整个过程，包括数据库系统的设计、服务器 端计算逻辑组件的开发。本系统采用s o ls e r v e r 数据库管理系统作为数据库平 台：以w e b l o g i c 应用服务器提供先进的分布式计算环境：用e j b 组件实现应用 逻辑；j s p 技术和j a v aa p p l e t 技术实现基于w e b 的动态交互。系统实现了基于 测览器的系统一次拓扑图的生成，在浏览器里可自动生成正、负、零序网络图。 并在浏览器里可进行元件参数的动态录入、进行各种故障计算，可同时在客户 端输出计算结果并动态显示在网络图中的对应元件位置。系统使用浏览器作为 客户端，实现了真正的“瘦客户”，并满足了多用户同时使用故障计算系统的要 求。 为了从算法上提高故障计算的速度，本文提出了在完全计及支路互感的前 提下，充分利用节点注入电流与支路电流以及支路电流与节点电压之间的关系， 提出了一种能够统一处理互感和无互感线路、快速形成大规模电网节点阻抗矩 阵的新方法，详细阐述了节点阻抗矩阵的形成过程，并通过本系统论证了该方 法的有效性。 四j l | 大学磺士学链论文( 2 0 0 3 ) 2 分布式故障计算系统的实现过程 2 1 开发工具的选择 本文运用功能强大的j a v a 语言作为系统开发工具，使用j a e e 技术构建系 统框架，首先将其相关技术介绍如下。 2 1 1j a v a 技术 本文之所以采用j a v a 语言作为系统的开发工具，是因为该语言具有如下优 点和特点。 2 1 1 1 简单性 j a v a 最初是为了家用电器进行集成控制而设计的一种语言，因此它必须简 单明了，j a v a 作为一种面向对象的语言，通过提供最基本的方法来完成指定的 任务，用户只需理解一些基本的概念，就可以用它编写出适合各种情况的应用 程序，j a v a 略去了运算符重载、多重继承等模糊的概念，并且通过自动实现垃 圾回收机制，大大简化了程序设计者的内存管理工作，j a v a 放弃了c + + 中容易 引发错误的地方，如指针和内存管理，j a v a 也提供了丰富的类库供开发者使用。 2 1 1 2 面向对象性 j a v a 语言的设计完全是面向对象的，它不支持c 语言那样的面向过程的程 序设计技术，j a v a 支持静态和动态风格的代码继承及重用。j a v a 语言的设计集 中于对象和接口，它提供了简单的类机制及动态的接口模型，对象中封装了它 的状态变量以及相应的方法，实现了模块化和信息隐藏，而类则提供了类对象 的原形，并且通过继承机制，子类可以使用父类提供的方法，实现了代码的重 用，这使得随着程序开发的进行，其工作量将逐渐减少。 2 1 1 3 基于分布式 分布式包括数据分布和操作分布，数据分布是指数据可以分散在网络的不 4 嚣翻大学磋士学挽论文( 2 0 0 3 ) 阍主枫上，操作分布是指把一个计算分散在不霹主极上处理。j a 张支持鲁孵客 户服务器计算模式，因此窀支持遮两种分布性，对予前者j a v 提供了一个叫 馓u r l 熬对象+ 利用这个对象，粥户可以打嚣辫谤瓣爨有租同e 跹逮瀣上豹对 象访问方式与访闯本地文件系统相同，对于后者，j a v a 的a p p l e t 小程序可以 从服务器下载到客户端，郢部分计算在客户端进行，提高系统执行效率。 2 1 1 4 健壮性 器￥a 程廖苓可熊造成谤彝撬麓溃，j a v a 系统箨缨猃查对内孬戆每次落翊， 确定它怒合法的，而不至于引起任何问题。传统的程序可以访问计算机的金部 内存，程净可能修改内存孛的任何氇，露j a v a 程序只能访闯内存串允许它销访 问的那些内容，所以a 飘程序不可能修改不拟修改的值。另外j a v a 在编译时 遥可捕掇类型声明中的许多常见错误，防止动态运行时不匹配问题的出现。 2 i i 5 安全性 惩予疆终、分布式珲境下靛瑟￥a 必须防壹瘸毒豹入侵。j a v 矗不支持指针， 一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现，这样就防止程序员使用 “特洛伊”木马等欺骗手段访阔对象的私有成员，同时也避免了指针操律中容 易产生的错误。j a v a 程序谯执行之前受到验证稷序的安全检粪，被验证的j a v a 稔序得以保证不突破j a v a 语言的任何限制，而。睫可以安全的执行，l t v a 字节码 验证被w e b 测览器用来确缳小程彦不含病毒或恶意役羁。 2 1 1 ，6 平台竞关性 j a v a 的平台无关性是指用j v a 写的程序不用修改就可在不同的软硬件平 台上运杼，j a v a 主要靠j a v a 虚掇机( j v 醋) 在精标代码级上实现乎臼无关性。 弘v a 平套无关性使得软件一次编写就可在任意平台上运行，这大大加快窝促进 了软件的开发，j a v a 语言的平台无关性也正好迎合了“网络计算机的思想”， 如果大鬟常爰软件都用j a v a 编写，并且放在i n t e r n e t 服务器上，露么羽户将 不需要占用大爨空间安装软件，而只需要一个j a v a 解释器，每次需要使用该软 件对，下载该软件的字节代码帮哥，运稃结采锻可激发回服务器。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 2 1 1 ? 多线程 多线程机制使应用程序能够并行执行，而且同步机制保证了对共享数据的 正确操作。通过使用多线程，程序设计者可以分别用不同的线程完成特定的行 为，而不需要采用全局的事件循环机制，这样就很容易实现网络的实时交互行 为。j a v a 提供的多线程功能使得在一个程序里可同时执行多个小任务，多线程 带来的更大的好处是更好的交互性能和实时控制性能。 2 1 2e j b 应用逻辑组件技术 要构建多层分布式系统，必须遵循分布式标准。目前业界分布式对象的组 件技术主要有三种架构标准：s u n 公司的e n t e r p r i s ej a v ab e a n r m t 、m i c r o s o f t 公司的c 0 m c o m + 以及o m g 组织的c o r b a 。 e j b 是一组符合定义规则并提供特定回调方法的j a v a 类和一个x m l 文件合 并到一个单元的产物，是定义服务器方的组件模型，生产高度专业化的业务逻 辑组件；e j b 在应用服务器的e j b 容器中运行，容器负责系统级问题，这种在 b e a n 编程人员与容器之间分配工作的思想是e j b 技术的核心思想；e j b 不局限 于任何特定公司、服务器版本、中间件或通信协议，e n t e r p r i s ej a v ab e a n 只 是一个规范，任何公司可以按照多种不同的方式实现这个规范，并可根据需要 在不同厂家实现方法之间的移动，e j b 的可移植性是其主要优点之一：e j b 可以 大大提高小型工作组应用程序的生产率，帮助构造交互式w e b 站点的模型，甚 至扩展成最大的电子商务应用程序。 e j b 分为实体b e a n 、会话b e a n 和消息驱动b e a n 。实体b e a n 用来实现与数 据库各字段的同机映射，通常提供的本地接口完成与数据库的通信；会话b e a n 用来实现企业逻辑运算和数字计算，通过远程接口与客户端程序进行通信，并 实时处理客户端程序的各种请求，与此同时它要与实体b f a n 进行本地交互；消 息驱动b e a n 实际上是一些业务逻辑的消息使用者，b e a n 在所选的队列中注册， 用以实现消息监听器接口，并等待异步消息到达。 利用e j b 能够进一步增加模块化。e j b 规范的目的就是表示业务对象而不让 业务逻辑编程人员提供系统级服务，如果需要访问业务逻辑，则可以将业务逻 辑写成e j b 组件，从而大大提高开发效率、应用程序的部署性能、可靠性和可 复用性。 6 四川大学硬士学位论文( 2 0 0 3 ) e j b r m 是以j a v a 程序语言为主体的分布式对象架构，e j b 2 0 规范与0 的c o r b a 规范也已集成，全面支持异构平台的特性，非常适合大型企业级的跨 语言和跨平台的需求。由于e j b 能够提供软件开发人员快速开发分布式应用系 统的能力，而o m g 组织的c o r b a 有提供了强大的语言集成能力，因此目前世界 上大多数的分布式系统以及电子商务系统同时使用这两种技术，以c o r b a 作为 分布式运算的核心框架，以e j a 作为开发应用系统的组件，目前该技术已经在 国外的电力系统的e m s 系统得到了良好的应用。文献 2 8 和文献 2 9 阐述了相 关的内容。这种架构的中间件目前已逐步成为新一代的标准分布式组件。 然而，我国电力系统网络的规模在迅速的扩大，结构的复杂性也在不断增 加，相应与电网有关的一些计算量也急剧加大，并且各个大型区域网络的连接 关系也在加强，所以建设大型企业级的计算机网络系统势在必行，而j 2 e e 架构 正好能满足这种需求，因此我们决定采用e j a 雕i 组件技术。 2 1 3j s p 技术 j s p 即j a v as e r v e rp a g e s ，它是一种规范，该规范的目的就是通过内容与 表示的分离，来简化动态w e b 业面的创建和管理，并且该规范是建立在s e r v l e t 规范提供的功能基础之上。j s p 在本质上是文件，它结合了h t m l 和新的脚本标 记。j s p 可以把静态与动态内容分离出来。即分离表示和逻辑，其主要目的是在 多层体系结构中简化动态表示层。 j s p 可以将网页的h t m l 部分和多段j a v a 程序代码合并在单一文档中。”v a 程序代码被包含于特定标签内，这些标签让j s p 容器知道，它使用这些程序代 码来产生s e r v l e t 。j s p 的好处是编程人员可以只维护同时表示网页和j a v a 程 序代码的单一文档。j s p 使动态网页内容的开发和部署变得相当容易。j s p 可与 个性化e j b 、数据库访问e j b 和交易性e j b 一起使用，以开发多种可靠的高性能 w e b 应用系统 2 1 4j a v aa p p l e t 技术 j a v aa p p l e t 也可以说成是能够在网页上运行的应用程序。j a v aa p p l e t 可 以被嵌在w 胛页面中，作为页面的组成部分被下载，不需要安装就能运行在实 现j a v a 虚拟机的w e b 浏览器中，所以a p p l e t 拥有真正与平台无关的能力，不 7 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 需要为不同平台修改程序代码。它能实现纯粹的网页脚本语言没法实现的功能， 比如在网页上实现动态编辑，特别是图元的拖拉、缩放等其它功能。并且a p p l e t 技术是作为客户端编程的最好技术方案，它可 2 上将客户端程序随网页一同下载 到客户端浏览器中显示，通过该小程序可以实现与服务器端的应用逻辑或j s p 文件进行通信。更为重要的是j a v a 的安全机制可以防止小程序存取本地文件和 程序代码破坏他人系统，因为安全机制已内置于j a v a 语言和a p p l e t 结构中。 2 1 5w e b l o g i c 应用服务器 w e b l o g i c 服务器是用于开发、集成、部署和管理大型分布式w e b 应用、 网络应用和数据库应用的j a v a 应用服务器。w e b l o g i cs e r v e r 具有开发和部署 大型逻辑应用系统所需的多种特色和优势，包括领先的标准。即对业内多种标 准的全面支持，包括e j b 、j s b 、j m s 、j d b c 、x m l 和w m l ，使基于标准的解决方 案的开发更加简便；无限的可扩展性：w e b l o g i cs e r v e r 具有高扩展的架构体系， 包括客户机连接的共享、资源p o o l i n g 以及动态网页和e j b 组件群集；快速开 发：凭借对e j b 和j s p 的支持，以及w e b l o g i cs e r v e r 的s e r v l e t 组件架构体 系，可加速开发速度；部署更趋灵活：w e b l o g i cs e r v e r 的特点是与领先数据库、 操作系统和w e b 服务器紧密集成；关键任务可靠性：其容错、系统管理和安全 性能非常好。 2 。i 6 分布式多层应用和j 2 e e 系统的体系结构 2 i 6 1 传统的客户服务器结构 在客户服务器系统中通常由客户端执行应用程序，然后连接到后台的数 据库服务器中存取应用系统中需要的数据和产生的数据。图2 1 说明了c s 结 构。 采用客户服务器结构时存在许多弊端。该系统经常把应用系统的企业逻辑 写在客户端的应用程序中，因此当应用系统需要改变时，所有在客户端的应用 程序必须都得改写，使系统的维护成本大为提高。特别是当客户端装设的数量 较大时，这种改动带来的代价是不可想象的，也许是不可能进行的。然而应用 程序的改动与升级是经常的事情。虽然有的系统把应用逻辑改写在数据库中， 但是这样的结构会带来更大的问题，因为如此做法将使得应用系统都得绑定在 8 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 数据库上，但许多应用逻辑的程序代码并不适合在数据库中执行，并且会严重 损害数据库的执行效率。 图2 1 传统的c s 结构 2 1 6 2j 2 e e 分布式结构的含义 为了解决c s 结构在维护时的高成本问题，同时增强代码的复用率，发挥面 向对象编程的优点，本文采用j 2 e e 分布式结构。 分布式应用系统强调系统的稳定性、延伸性和运算效率，所以许多分布式 应用系统提供了容错能力、查错能力和负载平衡能力。在这样的分布式系统中。 主要是在应用程序服务器部分提供多台不月的应用程序服务器，当客户端应用 程序或是w e b 服务器要使用企业对象的服务时，可以根据目前的应用程序服务 器的负荷以及是否可以提供服务的情况来决定连接到哪一台应用程序服务器 上。图2 2 说明了分布式体系结构。 从图2 2 的结构可以看出，分布式体系结构通常可以分为三层：表示层、 应用逻辑层和数据层。表示层用于和用户交互，它提供用户界面及操作导航服 务：应用逻辑层用于业务逻辑计算和处理，提供与业务逻辑有关的各种计算与 约束：数据层用于数据的集成与存取，该层主要通过数据库管理系统来实现。 2 2 分布式故障计算系统的整体设计 当我们决定采用多层的分布式结构来实现电网故障计算软件系统时，根据 分布式结构的特点，采用面向对象的分析和设计方法，对系统进行了很好的需 求分析。具体表现在怎样把故障计算系统的功能要求体现在分布式结构的三个 层次上。 首先，根据故障计算系统要求多人使用，实现多用户分别管理和使用自己 9 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) c a i e n t t i 盯 m i d d l et i e f 躅2 2 j 2 e e 分布式应用系统体系结构 的数据，查询和更改电网数据和查询以前电网故障计算的结果要求，我们用浏 览器来实现客户端。这样不但可以满足多用户的要求，而且实现了客户端的“瘦 客户”型，便于应用软件的分发。但是在普通的浏览器中不能对电力系统的元 件进行动态的编辑，因此我们采用j a v aa p p l e t 技术。即先用a p p l e t 编制一个 图形编辑程序，将其打包并部署到服务器上，当用户需要使用该软件时，可以 通过i e 或n e t s c a p e 直接通过浏览器下载a p p l e t 小应用程序到客户端，就相当 于运行本机上的应用程序一样。当把电力网络拓扑图编辑完，并输入相应的电 网参数后，一次性提交到远端的服务器上，这时服务器中的业务逻辑组件将对 这些数据进行必要的处理。然后通过实体b e a n 对数据库进行操作。不过采用这 种结构也增加了系统的复杂性，因为必须在系统中实现w e b 服务器应用程序， 通过w e b 服务器同中间层的应用程序服务器通信。其次，应用程序服务器端的 设计和编程是故障汁算系统的核心，各种类型的故障计算，以及数据和事务的 处理，都是通过w e b l o g i c 应用程序服务器中的e j b 组件提供的接口函数来实现 的。在数据库服务器端，采用m i c r o s o f t 的s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库系统进行合 理的设计，使电网故障计算系统和继电保护整定计算系统以及定值管理系统能 够实现很好的数据共享。图2 3 展示了系统框架。 l o 四川大学颈士学像论文( 2 0 0 3 ) 1 w c b l o g i cs a v t ! r ( 服务器) e j b 容器 j l o a d 医谢磊叶 、 7 艇 。j e 孙q ”。c 1 泓一 l o a d 蔓燃篡鬻一咖 乞 比 一 岁 图2 3 分布式故障计算系统框架 2 3 数据库的设计与实现 在分布式应用系统体系结构中，数据库服务器占有很重要的位置。数据库 设计得是否合理，将直接影响到系统运行的正确性与效率。在本文系统的数据 库设计中，我们采用的是m i c r o s o f t 的s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库管理系统。它是一 个高性能的便于使用的高级数据库管理系统，数据库共享是它的一个优点。s q l 语言是目前应用得最广泛的通用标准数据库操作语言，在j 越，a 语言中提供了 强大的数据库开发工具来使用s q l 语言访问数据库。故障计算系统中对数据库 的存取操作都采用s q l 语言来实现。与传统的专用数据库编程相比，可提高程 序的可移植性、可靠性、可维护性及缩短开发时间。下面介绍数据库的设计和 数据库中各种表之间的关系。 根据系统的需要，我们建立了一个名为e m s 的数据库。现将构成该数据库 的数据表以及表之间的依赖关系详细介绍如下。 2 3 1 构成数据库所需要的数据表 2 3 1 1 记录合法用户的信息表u s e r 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 首先，我们在建数据库和数据表时要考虑该系统与定值整定计算系统和定 值管理系统的集成，而电力系统的继电保护定值整定和定值管理都要具有很高 的安全性，所以构成定值整定计算系统的故障计算部分也充分考虑了安全性问 题。为此我们建立了用户表，该表用来记录合法用户的基本信息，此权限是由 具有系统最高权限的系统管理员s y s t e m 来分配的，系统管理员可以按照合法的 程序取消以前的操作员对故障计算系统的使用权限，同样可以对一些新用户授 权。而系统管理员的密码和用户名是在服务器端由编程人员事先按照程序使用 单位的要求定义的，系统管理员可以对自己的用户名和密码进行更改。每一个 用户，也就是系统具体操作员无论在何时进入故障计算系统都只能看到和操作 自己所定义的电力网络，对别的系统操作员所建的电网是不可见的，但是所有 被系统管理员分配了一定权限的系统操作员所使用的是同一套计算系统，所使 用的数据库也是同一个数据库，只是这些操作员的数据是独享的。这样，通过 建立这张表，既保证了系统的绝对安全性，又不增加编程和建库的复杂度。 表中各字段的含义如下：u s e r i d 为用户标识，它是该表的主键值，用以区 分不同的用户系统：u s e r n a m e 是用户名称：p a s s w 为用户密码，不同的用户必 须具有不同的密码，用户名和用户密码是系统操作员得以登陆系统的凭证：r o l e 为用户角色，该字段主要是为了以后同定值计算系统和定值管理系统集成所设 的，也就是当把故障计算、定值整定计算和定值管理系统集成后，可以根据不 同用户的具体需求给予分配不同的模块使用权限，不同角色用2 的不同次幂表 示，r o l e 的值由各个角色值之和决定；l o g i n f l a g 为用户登录标志，0 ：表示该 用户尚未登录，i 表示用户已经登录。此字段用于防止同时由两个终端用一个用 户名登录。该表的结构图如图2 4 所示： 图2 4 系统操作员表u s e r 2 3 i 2 电网表n e t 该表用以记录各系统操作员新建的电网基本数据和所属关系信息。由于不 1 2 四川大学硕士学位论文( 2 3 ) 同的操作员之间不能共享电网数据，所以系统允许不同的操作员可以建立相同 的电力网络。表中签字段的含义如下：n e t i d 为电网标识，用以区分不同的电网， 是该表的唯一标识；n e t n a m e 为电网名称：v b 为基准电压，也就是电网的平均 电压值；s b 为基准容量；u s e r i d 为用户标识，表示该网络所属的用户：c r e a t e t i m e 为网络的创建时间；u p d a t e t i m e 为网络的更新时间，用来让用户有效的对电网 的更新情况进行管理。该表的结构图如图2 5 所示： 图2 5 记录电网的基本数据和所属关系表 2 3 1 3 记录电网各元件修改操作表l o g g e r 为了让t f j 户能随时查淘自己所建电网络的修改情况，所以须建日恚表。该表 各字段的含义为：l o g i d 为日志标识，不同的操作员和不同的网络应该对应不同 的电网日志，所以该字段是该表的唯一标识；u s r i d 为用户标识，标示执行操作 的用户：n e l i d 为网络标识，标示被操作的网络；e i d 为元件标识，标示被操作 的电力网络元件：a c t i o n d a t e 为操作时间；a c t i o n s 为操作行为描述，用来让 用户对自己的每次操作作备注。该表的结构图如图2 6 所示： 圈2 6 记录电网元件修改操作表 2 3 ，1 - 4 记录电网元件对应图元可视信息表e q u i p 因为该电网故障计算系统软件是基于可视化图元在线动态编辑，所以要对 图元在浏览器中的a p p l e t 编辑栏里的基本位置和颜色等属性进行动态记录，并 将这些基本参数记录到远端服务器的数据库中。其中各字段的含义如下：n e t i d 为电网标识，以此记录该电网元件所属的电网；e n a m e 为元件名称；e t y p e 为元 件类型，根据此字段区分不同的设备类型：e i d 为元件标识，用来区分同一电网 1 3 臻j l | 天学蠖士学链论交( 2 0 0 3 ) 串不羁约元转：p o s x 炎x 坐标，翅来记蒙元转在编辑栏中豹横坐标# p o s y 为y 坐标：w d t t i 为图元宽度；h e i g h t 为图元高；r 为红色分量，在建网络前用户可 自定义不闰毫舔等级瓣颜色，氇霹焱瓣终搐羚嚣鬃更改颜色，变压嚣苓霹绕绻豹 颜色是不问的：g 为绿色分量；b 为蓝色分量；b r 为背景红色分量；b g 为背景 绿色分量；b b 为背景蘸色分鬟；a n g l e 为圈元的旋转稻度。该表静缩梅篷如图 2 7 赝示： 阁2 。7 记录电弼元 牛对应网元可视信息表 2 3 。1 5 记录发电机计算时所需数据的表g b n c a 为了对电添的设备进行霄效的管理，除了需装建立与放障诗葵番关熬嚣释 参数表以外，该系统还建立了与电湖元件设备台帐相关的数据表，也就是说每 一类元件都具有两张表，其一是计算表，其而是管理表。下丽将分别介绍建弼 爨霭兹主要冠终表。 发电机计算参数表中各字段定义如下：g e n i d 为发e 乜机标识，用来记录不同 戆笈 毪祝编号，该字莰蹩该袭熬唯一字凌；s n 为颧定容量：v a ￥为乎均莲送； j x x s 为发电机的接地方式，阂为在形成电网零序网络时要考虑发电机的接地形 式，用。表示鼙型接遗，l 代表星鼙带隘抗接趣，2 代表发电枫不接趣；x 1 为发 电极豹次裴态毫捷j ”。 x 2 为负序墩藏茁，：x n 炎接撼媳抗德；b x i 为正序电抗 标么值，该值农发电枫参数确定输入的同时由服务器中的应用逻辑部分按照相 应的计算公式谶行计算，并将计算缩采保存到棚应的袭中。一鲢发电枫的有名 馕拔骖改，该掭幺僮也蛰摺痰修正；b x 2 为受序墩抗标么值；b ) c n 为接地电抗标 霆弼天学骚士学谴逾文( 2 0 0 3 ) 幺值，只当发电规带阻抗接地时该字段才不为空，秀则该字段必空。该表的结 构图如图2 8 所示； t l t2 + 8 发魄掇 葵参数衮 2 3 1 。6 记暴发电机的基本管理数据所需的农f , e n m a c , 各字段的含义简单介绍如下：g e n t d 为发电机标识；p l a n t _ n a m e 为发电视 所属厂站名称；g e n 嗍为该发电机在该厂站的枧号；另处还蠢发龟枧豹型譬， 功率阂数，生产厂家，以及发l j l 机定予和转予的一些基本信息，这些参数只是 耀予没备参数懿管理，写教障诗算没容关系。该表熬缝稳嚣翔鞫2 9 掰示。 另外电力系统中还有专门用来调节有功的调相机，本文中将调相机当作发 电梳一样处理，爻是它们豹圈弥不同鞭及在数据蓐中的表的编弩不蔺掰已，但 其计算参数表的字段是一样的，所以此处不再赘述。 图2 9 记录发电机管理参数的表 2 3 1 7 记录两绕组变压器计算参数表r 2 t c a 袭中各字段熬含义翔f ：r 2 t i d 必交篷嚣轹滚，糯来毽聚嗣一邀瘸中不磊豹 两绕组变压器编号，该字段是本表中的唯一标识；t t y p e 为变压器类型，其中1 朗翅大掌疆士学经论文( 2 0 0 3 ) 我袭骜逶双绕缀变基器，0 我淡嚣绕缀自镶交嚣器；酬必额定容量；峪为短路奄 压酉分数地；b x i 为电抗标么值l ，该字段并非用户从图元编辑界丽输入，而 曼愆户援交籍入燮妥懿一次参数瑟，鑫簇努豢枣鹣毫搦逻辑帮努按照藉藏靛诗 算公式自动计算，并将其计算结果髯入该字段中：d y b i 为电臌比中高压侧的电 器( 高压 ；d y b 2 梵毫隧魄中诋歪侧鹣窀艨( 低艨 ；j x l 蔫接线一，表忝两绕 组变压黎熬一个绕组麴接线方式，熬中o ：表示三兰角形，l ：星形，2 ；星形接地， 3 ：攫形带阻抗接魄；x n l 为按地阻抗t ，如采用户选择接线一为4 ，即是说变压 嚣静该绕缀蕉型侉錾撬搂建，羹g 强户登须搂写裁字段；彝疑i 必接遮照捷l 耱魄 值，如果用户选择接线为4 ，则_ 爵；l 户必频填写此字段，自动、计算生成；两绕组 静第二令绕雍凌蹲撵鼗青一缝蕴懿字段，这，l 不重复奔缮。该表靛络梅霞懿鬻 2 1 0 所承： 霞2 ，1 0 强缝维变匿器鹃计算参豢裳 2 3 1 。8 记录残绕组燮压器的管理参数袭r 2 t i d a g 各字段盼含义如下：r 2 t i d 为畿压器标识：s t a n a m e 为变电菇名称；t n 嘶 秀变号；u s e i ) a t e 委投产嚣期；t y m o d e 势邂垂方式；以及变篷器豹型号，冷却 方式，生产厂家，铁攒，铜攒等字段，因为这些字段与本文所讨论的故障计算 没蠢努然联系。辑戳裁不洋述了。该表豹绦稳鬻鸯h 鬻2 l 掰汞： 2 3 1 9 记录三绕组袭压器计算的蕊本参数表r 3 t c a 各字段游龠义魏f ：r 3 t i d 舞变基黎标识；苫羊谨嚣淹交蘸器类黧，i ：表示 酱懑变压器，0 ：淡示自偶变服器( 变压器类型不间，决定不同的标么计算方式) ； s n 为容鬣；s n l 为容撼比( 高压侧) s 。i ；s n 2 酒容量沈( 中砸侧) & ：；s n 3 1 6 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 为容量比( 低压侧) s 。，；v s l 2 为短路电压( 高中) 比。、；v s l 3 为短路电压 ( 高低) 。删；v s 2 3 为短路电压( 中低) 2 - 3 ) ；b x l 为标么高压，对应 容量比高压：b x 2 为标么中压，对应容量比中压：b x 3 为标么低压，对应容量比 低压：v 1 电压比( 高压) ：v 2 为电压比( 中压) ：v 3 为电压比( 低压) ：j x l 为 接线一，0 ：表示三角形，1 ：星形，2 ：星形接地，3 ：星形带阻抗接地；j x 2 为接线- - ；j x 3 为接线三：如果三个绕组的接线方式为带阻抗接地的话，就要具 备接地阻抗标幺值字段。图2 1 2 为三绕组变压器计算参数表。 图2 1 1 两绕组变压器的管理参数表 图2 1 2 三绕组变压器计算参数表 2 3 1 1 0 三绕组变压器管理参数表r 3 t m a g 该表包括三绕组变压器的一些基本管理信息，如生产厂家，投运日期，调 1 7 联j l | 大学颈士学位论文( 2 0 0 3 ) 压方式，以及锕耗和铁耗等宇段，这l 不作详缨奔绍，只将该表的继搀墅表述 如图2 1 3 ： 图2 1 3 三绕组变压器管理参数袭 2 3 i 11记载输电线路计算的基本参数表l i n e c a 该表签字段熬含义麴下：l i n e i d 秀输窀线掾滚，簇瑷送分瑟一壤鼹孛不弱 的输电线路；l t y p e 为类型标识，1 ：表示普通单网线路，o ：表示双回甄感线路； 8 v 为蓦准窀筮；x l 为攀位畏波正穿电抗；b x l 为线路燕序宅抗标幺只当输入 线路一次参数值履才通过部署在服务器端的应用逻辑程序计算想出；x o 为单位 长魔零序电抗：b x o 为线路零存电抗标幺，只当确定输入线路后才通过程序计算 锝漤；x m 先双固线单馒长度零序互感撬毽，只当该线路是双联线路瓣才输入该 量：b x m 为线路零序互艨标幺，只当该线路是双阐线路，并且确定提交该线路时 方计算该馕：l e n g t i t 为线路长度。鬻2 1 4 为辕魄线路懿计算参数衰 墅2 1 4 赣魄线路计算参数表 1 8 嚣j | 大学颈士学链论文( 2 0 0 3 ) 2 3 。1 1 2 记录线路管理的基本参数表l i n e 一d a g 该表有线路标示、线路名称、安全电流、生产厂家、型号和备注等字段。 嚣2 1 5 爻输毫线鼹懿警瑾参数表： 鹜2 ，1 5 舔奄线路熬管理参觳表 2 。3 1 1 3 记录输电线路之间的互感关系表x l h g g x 该表备字段的含义为：t t g i d 为互感标识，用来记录漱网中存在的甄感支鞯 对；l t n e l 必输电线标识1 ，用来记录互感支路对中酌第一条支路豹编号；l i n e 2 为输电线标识2 ，用来记录互感支路对中的笫二条支路的编号；瑚为线路问的 零事匿感电抗：8 黼兔线路瓣瓣零痒羹感毫挽熬标么篷。强2 1 6 菇竣瞧线臻靛 互感哭系参数表： 豳2 1 6 输硅 线路豹踅感参数表 2 3 1 1 4 记录开关计算基本参数表q f c a 该表各字段的含义为：q f r o 为开关标识，用来记录电两中不蔺开关的标号； s t a t u s 为嚣关状态，用来记录电网中开关麴开闭状态，0 表示叛开，l 表示接 通。阉2 1 7 为开关的计算参数寝： 圈2 1 7 电劂开关的计冀参数表 1 9 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 2 3 1 1 5记录开关管理参数表q f m a g 该表的字段主要用以记录开关的生产信息、使用情况信息和开关本身的一 些特性，如开断容量等。图2 1 8 为开关的管理参数表。 图2 1 8 电网开关的管理参数表 2 3 1 1 6 记录母线计算参数表m l i n e c a 各字段的含义为：m i 。i n e i d 为母线标识，用来记录电网中的所以母线：j x l x 为接线类型，0 表示单母分段，l