电力自动化系统的设计方法

电力自动化系统的设计方法华中科技大学电气与电子工程学院罗毅

设计电力自动化系统的一般步骤确定目标：监视什么、控制什么、调整什么？确定该采用什么手段监视、该通过输出什么量控制或调整确定从控制对象可以获得什么物理量？控制原理采用某种分析方法进行分析按分析结果进行设计和测试系统安装调试系统设计电力自动化系统时所采用的基本分析方法1、功能分解法2、数据流法3、信息建模法4、面向对象方法1、功能分解法功能分解法（functiondecomposition）＝功能＋子功能＋功能接口功能分解法以系统需要提供的功能为中心来组织系统。首先定义各种功能，然后把功能分解为子功能，同时定义功能之间的接口。对较大的子功能再进一步分解，直到可对它给出明确的定义。数据结构是根据功能/子功能的需要设计的。自顶向下逐步求精原则1、功能分解法优点：从系统所需求的功能出发构造系统，能够直接反映用户的需求；工作很容易开始；很好地运用了过程抽象原则缺点：功能、子功能和功能接口只是对问题域的间接映射，很难准确深入理解问题域，很难检验分析结果的正确性；对需求变化的适应能力差；接口很宽，对数据接口和控制接口几乎没有限制，局部错误和局部修改将影响全局。2、数据流法数据流法（dataflowapproach）＝数据流＋数据处理＋数据存贮＋端点＋处理说明＋数据字典数据流方法又称为结构化分析。它以直观的图形清晰地描述系统中数据的流动和数据的变化，图中没有任何具体的物理元素，只是数据在系统中的流动和处理，强调的是数据流和处理过程。2、数据流法数据流图（DFD）又称为泡泡图（BubbleChart）、变换图（TransformationGraph）、过程模型（ProcessModel）数据流图不同于程序流程图：数据流图只关心系统该做什么、不关心怎么做数据流图不考虑时序问题数据流图没有控制流数据流图没有条件和循环过程数据流数据流是带箭头的数据流向，表示数据元素的运动方向数据流由一组固定成分的数据组成，是数据流图中十分重要的组成部分数据流可以从处理流向处理、从处理流向数据存贮、从数据存贮流向处理、从源点流向处理、从处理流向终点箭头代表数据流的方向数据流(dataflow)两个处理之间可以有几股数据流数据流一般应该命名SCADA统计日报表月报表统计报表处理(process)处理表示要执行的功能，用圆圈表示处理必须命名处理通常以两种方式处理数据：

a.转换数据结构，对数据重新组织

b.转换数据中的信息或产生新信息实体(Entity)实体也称外外部项(externalentity)，既可以作作为数据流流的源，又又可以作为为数据流的的终点实体用方框框表示实体有外部部实体和内内部实体之之分，外部部实体就是是系统的输输入输出数据存储(datastore)数据存储表表示数据的的位置，包包括磁带、、磁盘、文文件，用右右边开口的的长方形表表示数据存储包包括：角色色、客体、、地理信息息、事件数据存储与与处理之间间可以是双双向箭头，，表示同时时读写数据流图从从“数据””和“数据据接受的处处理”两个个方面表达达一个数据据处理系统统层次数据流流图为了达到简简单性的要要求，对DFD常采用层次次或自顶向向下分解的的办法。即即将系统DFD中的每个处处理视为一一个子系统统，然后对对子系统继继续分解，，直到每个个处理容易易理解为止止。这就是是结构化分分析方法““自顶向下下逐步求精精”的基本本原则由外向里绘绘制DFD在绘制DFD时，首先应应画出系统统的输入数数据流和输输出数据流流，也就是是先决定系系统的范围围，然后再再考虑系统统的内部。。同样，对对每个处理理，也是先先画出它们们的输入输输出流，然然后再考虑虑处理的内内部。处理输入数据输出数据由外向里绘绘制DFD画系统的输输入输出数数据流：刚刚开始分析析时，可能能并不清楚楚系统究竟竟包含哪些些功能。一一般使系统统的范围稍稍大，把可可能有关的的内容尽可可能包括进进去。画系统内部部：需要将将系统的输输入数据流流和输出数数据流用一一连串处理理连接起来来。可以从从输入数据据流画到输输出数据流流；也可以以从输出数数据流追溯溯到输入数数据流。在在数据流的的组成或值值发生变化化的地方有有一个处理理由外向里绘制制DFD如果系统中有有一组数据作作为一个单位位处理（同时时到达、同时时被处理等）），则应视为为一个数据流流。反之，把把一些相互无无关的不能作作为一个整体体进行处理的的若干数据画画成不同的数数据流继续分析每个个处理的内部部，如果处理理的内部还有有数据流，可可将这个处理理用几个子处处理代替，并并在子处理之之间画出这些些数据流自顶向下绘制制DFD应该注意：编编号、父图与与子图的平衡衡、局部数据据存储以及分分解的程度编号：子图的的编号就是父父图中处理的的编号；子图图中处理的编编号由子图号号、小数点和和局部号组成成父图与子图的的平衡：父图图中某个处理理的输入输出出数据流应该该与相应子图图的输入输出出数据流相同同。称为“平平衡”自顶向下绘制制DFD局部数据存储储：当数据存存储被用作DFD中某个处理之之间的界面时时，该数据存存储就必须画画出来，同时时应画出每个个处理是读还还是写该数据据存储分解的程度：：分解应该自自然，概念上上合理、清晰晰；只要不影影响DFD的易理解性，，可以适当地地多分解，这这样可以减少少DFD的层数；一般般上层分解得得快些，下层层分解得慢些些；注意分解解的均匀性2、数据流法优点：运用了了逐步求精的的原则，一个个处理可以细细化而分解成成为一个下层层的数据流图图；有严格的的规则，避免免了许多错误误和疏漏；通通过定义事件件选择处理缺点：也是对对问题域的间间接映射，当当系统复杂时时，很难检验验分析的正确确性；对需求求变化的适应应能力差；与与结构化设计计的表示法不不一致；文档档复杂庞大3、信息建模法法*信息建模法(informationmodeling)＝实体(对象)＋属性＋关系系＋父类型/子类型＋关联联对象发现现实世界界中的对象，，用属性描述述对象，列出出认识到的属属性，把属性性放到实体（（对象）中，，增添关系，，用父类型/子类型提炼属属性的共性，，用关联对象象对关系作细细化描述3、信息建模法法*缺点：只是在在数据方面建建立了问题域域的直接映射射无论从概念到到策略都逐渐渐向OOA靠拢4、面向对象的的分析方法面向向对对象象分分析析OOA(object-orientedanalysis)＝对对象象、、类类＋＋结结构构与与连连接接＋＋继继承承＋＋封封装装＋＋消消息息通通信信面向向对对象象分分析析方方法法：：是是一一种种运运用用对对象象、、类类、、继继承承、、封封装装、、聚聚合合、、消消息息传传递递、、多多态态性性等等概概念念来来构构造造系系统统的的一一种种分分析析开开发发方方法法4、面面向向对对象象的的分分析析方方法法几个个基基本本概概念念：：对象象：：系系统统中中用用来来描描述述客客观观事事物物的的一一个个实实体体，，它它是是构构成成系系统统的的一一个个基基本本单单位位。。一一个个对对象象由由一一组组属属性性和和对对这这组组属属性性进进行行操操作作的的一一组组服服务务构构成成其中：属性是是用来描述对对象静态特征征的一个数据据项；服务是是用来描绘对对象动态特征征的一个操作作序列4、面向对象的的分析方法类：具有相同同属性和服务务的一组对象象的集合，它它为属于该类类的全部对象象提供了统一一的抽象描述述，其内部包包括属性和服服务两个主要要部分封装：把对象象的属性和服服务结合成一一个独立的系系统单位，并并尽可能屏蔽蔽对象的内部部细节继承：特殊类类的对象拥有有一般类的全全部属性和服服务4、面向对象的的分析方法消息：向对象象发出的服务务请求，它应应该包括如下下信息：提供供服务的对象象标识、服务务标识、输入入信息、应答答信息多态性：一般般类中定义的的属性或服务务被特殊类继继承后，可以以具有不同的的数据类型或或表现出不同同的行为典型的OOA方法Berard方法Booch方法Coad-Yourdon方法Firesmith方法Jacobson方法(OOSE)Martin-Odell方法Rumbaugh方法(OMT)Seidewitz-stark方法Shlaer-Mellor方法Wirfs-Brock方法4、OOA的主要原则抽象封装继承分类聚合关联消息通信粒度控制行为分析抽象(abstraction)抽象：从许多多事物中舍弃弃个别的、非非本质的特征征，抽取共同同的、本质的的特征如：系统中的的对象是对现现实中事物的的抽象类是对象的抽抽象一般类是特殊殊类的进一步步抽象属性是事物静静态特征的抽抽象服务是事物动动态特征的抽抽象抽象(abstraction)过程抽象：任任何一个完成成确定功能的的操作序列都都可以看成一一个单一的实实体，它可以以由一系列更更低级的操作作完成数据抽象：根根据施加于数数据之上的操操作来定义数数据类型，并并限定数据的的值只能由这这些操作来修修改和观察。。数据抽象是是OOA的核心原则，，它强调了属属性与服务结结合成对象，，对象外部只只需知道它做做什么，而不不必知道它如如何做。封装封装就是把对对象的属性和和服务结合为为一个不可分分的系统单元元，并尽可能能屏蔽对象的的内部细节使对象能够集集中而完整地地描述一个具具体的事物封装的信息隐隐蔽性反映了了事物的相对对独立性封装既体现了了过程抽象，，又体现了数数据抽象继承特殊类的对象象拥有其一般般类的全部属属性与服务避免了共性特特征的重复描描述可以清晰地表表达每一项共共同特征所适适应的概念范范围分类（classification）把相同属性和和服务的对象象划分为一类类，用类作为为对对象的抽抽象便于形成一般般－特殊结构构可以颈中地描描述对象的共共性聚合（aggregation）又称组装（composition），把一个复复杂事物看成成若干比较简简单的事物的的组装体，从从而简化对复复杂事物的描描述。分别用整体对对象和部分对对象描述，形形成整体－部部分结构，表表达它们之间间的组成关系系注：某些文献献认为聚合用用于比较松散散和灵活的整整体－部分关关系；组装用用于比较紧密密、固定的整整体－部分关关系聚合对复杂性性的控制对象的描述过过于复杂时，，从中分离出出一些独立部部分由于其它原因因已经定义了了某个类，如如果恰好可以以描绘整体对对象的一个子子集，则可以以作为整体对对象的一部分分独立出整体对对象中的某些些在数量上的的可变部分独立出整体对对象中的某些些在描述方式式上的可变部部分关联（association）在系统模型中中明确表示对对象之间的静静态联系如：调度员与与调度工作站站消息通信对象之间只能能通过消息进进行通信（communicationwithmessage）粒度控制(scalecontrolling)引入主题（subject）的概念，把把OOA模型中的类按按一定的规则则进行组合，，形成一些主主题；如果主主题数目仍然然较多，则进进一步组合为为更大的主题题行为分析确定行为的归归属和作用范范围认识事物之间间的依赖关系系区分主导行为为和被动行为为认识系统的并并发行为认识对象状态态对行为的影影响4、OOA模型OOA模型包括基本本模型和补充充模型基本模型以直直观的方式表表达了最重要要的系统信息息补充充模模型型提提供供帮帮助助理理解解基基本本模模型型的的主主题题图图和和反反映映系系统统如如何何满满足足用用户户需需求求的的交交互互图图系统统的的详详细细说说明明主主要要是是由由模模型型中中的的每每个个类类对对应应的的类类描描述述模模板板组组成成的的基本本模模型型基本本模模型型是是一一个个类类图图(classdiagram)类图图的的主主要要成成分分：：类类、、属属性性、、服服务务、、一一般般-特殊殊结结构构、、整整体体-部分分结结构构、、实实例例连连接接、、消消息息连连接接类图图有有三三个个层层次次：：对象象层层：给给出出系系统统中中所所有有反反映映问问题题域域与与系系统统责责任任的的对对象象。。用用类类符符号号表表达达属属于于每每一一个个类类的的对对象象。。类类作作为为对对象象的的抽抽象象描描述述，，是是构构成成系系统统的的基基本本单单位位基本本模模型型特征征层层：给给出出每每一一个个类类（（及及其其所所代代表表的的对对象象））的的内内部部特特征征（（属属性性与与服服务务））关系层层：给出出每一一个类类（及及其所所代表表的对对象））之间间的关关系。。包括括：继继承关关系（（一般般－特特殊结结构））、组组装关关系（（整体体－部部分结结构））、反反映于于属性性的静静态依依赖关关系（（实例例连接接）、、反映映于服服务的的动态态依赖赖关系系（消消息连连接））补充模模型补充模模型－－－主主题图图、usecase和交互互图主题：：把一一些具具有较较强联联系的的类组组织在在一起起而得得的类类的聚聚合当系统统中类类较多多时，，利用用粒度度控制制原则则，把把它们们组合合成为为主题题，可可以在在不同同粒度度层次次上表表示和和理解解系统统模型