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基于SCADA系统的电力系统历史数据库的设计与实现


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基于 S A A系统的电力系统历史 C D
数据库的设计与实现       
刘蕊‘高炜欣’柯贤波“李艳3 , , ,
(。西安石油大学电子工程学院, 1 陕西 西安 706 ;.西北电网有限公司调度通信 中心, 1052 陕西 西安 3 .西安工程技术学院, 陕西 西安 ) ;

[ 摘 要] 本文简介了 S A A 系统 , C D 并分析 了 S A A 系统在 电力系统调度 自动化 中的应用。历史 C D 数据库是 S A A 系统的很重要的组成部分, CD 借助于 D l i e h 强大的数据库功能, p 按照模块化设计思想, 设计并实现 了一个基于电网S A A 系统的历史数据库, CD 介绍了本次设计的总体结构及该历史数据库 的特点。经过实践证明, 该历史数据库界面友好, 具有数据筛选、 储存、 查询 以及报表打印等功能, 而且 具有数据集成化、 结构开放式、 能够处理异常并实现软件的安全保护等特点。
C 调度 自动化 ; 历史数据库 〔 关键词〕 S ADA;
M79 B 10 一 8 520 )1 0 1 一 4 中图分类 号 T 6 文献标识码 : 文章编号 :08 43 (050 一 06 0

0 引言
随着国民经济的迅速发展 , 电负荷快速增长。      用 在 目前市场经济的大环境下, 社会各行业对电能质量 要求越来越严格, 这就使得电网自动化水平必须不断 提高, 才能为用户提供更经济、 更可靠 、 更高效的电能。 S A A系统是 电网监控的基本手段 , C D 它还可 以为管 理信息系统( S 、 MI)能量管理高级应用( MS 、 E ) 电力市 场、 电能计费等提供信息〔 ; ‘ 完成电力系统实时数据的 〕 采集和对 电力 系统运行状态 的监控。数据库系统是

行通信模块、 数据库模块、 人机界面模块。串行通信模 块用于接受信道上传来 的信息 ; 数据库模块将实现数 据的存储、 查询、 修改、 管理等, 为用户所作的统计分 析、 报表、 曲线等提供数据源 ; 人机界面模块为用户和 软件提供友好的连接, 使用户可以方便地进行上述工 作。各模块之间的关系如图 1 所示。 }人 机 界 面 }           

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S A A系统的核心, CD 对整个系统的作用和意义不言 而喻。既要考虑动态数据及其处理上的时间限制 , 保 证数据访问的并发和高效性 , 又能处理永久、 稳定的数 据, 维护数据的完整性和一致性〔。历史数据库在电 2 1 网 S A A系统中占有很重要的地位, CD 大量的统计分 析、 报表 、 历史 曲线、 图表都基于历史数据库来完成。 本文即用 D l i e h 开发了一个基于 S A A系统的历 p CD
史数据库。

通 信 库

图 1 设计 结构 图

2  C A 系统   S AD
S AD      S pri r C nrl d  t Acus C A( u evs y  t An D a  q i- o o o a i

1 总体 结构
本设计按模块化设计思想 , 主要分为三个模块 : 串

t n 系统, i) o 即数据采集与监视控制系统, 是以计算机 为基础的生产过程控制与调度 自动化系统。其应用领 域很广 , 可以应用于电力系统、 给水系统 、 石油、 化工等



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领域的数据采集与监视控制 以及过程控制等诸多领 域。在电力系统 以及 电气化铁道上又被称为远动系 统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制, 以实 现数据采集、 设备控制、 测量、 参数调节以及各类信号 报警等各项功能。 2 1 C D . S A A系统在电力系统 中的应用   在电力系统中,C D      S A A系统应用最为广泛, 技术

就是设计数据库查询、 事务和报表处理等应用程序。

()      3 物理设计: 根据动态特性, 把静态特性设计中
得到的数据库模式加以物理实现, 即设计数据库的存 储模式和存取方法。
32 数据模型 . 数据模型是用来描述数据与数据之间联系方式的      数据结构图, 它是数据库结构的基础框架。目 前流行的

发展也最为成熟。它作为能量管理系统(MS系统) E
的一个最主要的子系统, 有着信息完整、 提高效率、 实 时掌握系统运行情况、 快速故障诊断、 对系统进行安全 监视与控制等优势, 已经成为电力调度不可缺少的工 具。它对提高电网运行的可靠性、 安全性与经济效益, 实现电力调度 自动化与现代化有不可替代的作用。

数据模型有[层次数据模型( ia haM dl, ‘ 〕 He r il  e 层次 rcc o )
模型的基本结构是树形结构, 上向下, 自 层次分明; 网状 数据模型( e o M dl, N t r oe 网状数据模型是一种较为 w k  ) 通用的模型, 它是一个不加任何条件的无 向图, 可用它 表示较为复杂的E R图; 一 关系数据模型(e tn  d Rli Mo- ao e, l 是用二维表表示实体和实体之间联系的数据模型。 ) 本设计中的历史数据库采用关系型数据模型。
3 3 数据的组织 . 根据电力系统的特点 ,      本设计历史数据库 中的数

22 C D .  A A系统采集数据的分类  S
电力系统运行中,      有大量的实时数据, 它们分别从 不同侧面表现电力系统的运行情况。S A A系统的 C D 前置子系统将调度员关心的数据采集出来, 送给调度

据有两种组织方式[, [ 即按照装置设备类型组织数据, 5 1
电力系统中的设备主要有: 发电机设备、 变压器设备、 输电线设备、 开关设备等, 各个设备都有各 自的特定属 性, 其中有静态的属性和动态的属性 ; 按参数对数据进 行组织 , 如有功功率、 无功功率、 电压、 电流等。
34 数据库的联系 .

中心。 C D S A A系统采样的信息可分为:
()      1 遥测信息( 模拟量) 主要包括主变及输 电线 : 有功功率 、 无功功率 , 主变及输电线电流 , 母线电压( 电 压控制点)发电厂有功、 , 无功功率, 功率角等测量值 ; ()      2 遥信信息( 状态量)断路器合( 状态、 : 分) 隔离 开关合( 状态、 分) 继电器和 自动装置动作状态、 发电机 组开( 状态等; 停) ()脉冲量:      采集 R U送来的脉冲电度量等。 3 T

()      1 实时数据库有实时遥测库、 实时遥信库、 实时
电度量库 , 主要存储所有厂站端的实时遥信信息、 遥测 信息、 脉冲量以及它们的重要属性。 ()      2 历史数据库有事故追忆库、 历史遥测库、 历史 遥信库、 电度采样库, 存储从相应的实时数据库中采样 得到的数据。

3 历史数据库的设计与实现
3 1 设计内容 .

()      1 静态特性设计: 又称结构特性设计[, [ 也就是 3 1
根据 S A A系统 , C D 设计数据库的数据模型( 即数据结 构) 或数据模式。它是将各个用户视图, 经模型化后的

()      3 还建立厂名库、 设备名库、 事件库、 统计库、 计
算值库 。

产物。反映了 S A A系统数据信息及其联系, CD 具有 最小的冗余 , 能实现数据共享。其属性是静态的, 一经 形成后通常情况下不再轻易改变。 ()      2 动态特性设计: 又称数据库行为特性设计, 是 指确定数据库用户的行为和动作。在数据库系统里用 户的行为和动作反映在应用程序中, 通过应用程序存 取数据和处理数据。它是动态的, 用户的行为总是使 数据库内容发生变化。因此 , 数据库行为特性设计 , 也

各个数据库之间根据属性字段联系起来 ,      如遥信 信息记录在实时遥信库中, 根据属性“ 设备类型” 联系 到设备名库 , 由属性“ 厂号” 联系到厂名库。由属性“ 事 件序号” 联系到事件库 , 可以查 出相应信息 , 是事故变 位还是正常变位。由属性“ 变位次数” 联系到统计库统 计。遥测信息记录在实时遥测库中, 由属性“ 遥测名序 号” 联系到电度采样库、 统计库和计算值库等进行统 计、 采样和计算。历史数据库中的数据是定时在实时 数据库中采样得到的, 时间周期是固定的, 本设计将采
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样周期设为 1 mn到一个周期, 5  , i 数据库管理程序将自
动记录采样的结果 。 35 数据的存储 . S A A系统对历史数据库有两个方面的需求:      CD 一个是实时控制和优化等应用的需要, 这就要求历史 数据具有实时的特点 , 也就是说 , 它们需要按照某指定 的周期尽快地得到近期的历史数据 , 比如 1 、 h 一天、 一 个月等; 另一个是对系统中一些使用频率不高, 没有实 时性要求的数据 , 要永久性存储, 以备调度员查询、 参 考、 统计、 制作报表及分析系统长期运行情况, 做出检
测与预测 。

对模拟量处理:      是对遥测量的上、 下限值进行越限 检查, 计算越限时间, 记录越限值, 对平均值、 最大值和

最小值的进行计算。 对脉冲量处理:      数字量的采集主要是脉冲电度量 值, 为电网的能源管理提供基础, 实时保存定时段的脉 冲值, 计算出时间段内的电量, 计算结果存人实时和历
史数据库。

5 串行通信
串行通信需要利用多线程技术来实现。在多任务      操作系统 中, Wi o sX 20 ,  x中一个进程 如 n w 9 /00 U i d n 可创建多个线程, 各线程 由操作系统调度 , 分时使用 C U。采用单线程, P 所有通道轮流通信, 当一条通道通 信时, 其余通道必须等待, 造成时间浪费。采用多线程 技术, 每条通道的通信可由一个独立的线程来处理。 其主要的处理逻辑可以表述如下: 进程一开始先由主 线程作一些必要的初始化工作 , 然后主线根据需要在 适当的时候建立通信监视线程, 用来监视通信 口。当 指定的串行 口事件发生, 向主线程发送 w _o mn- m cm o ty i 消息, f 主线程对其进行处理。若不需要 w cm- m_o m oi 消息, nty f 则主线程终止通信监视线程。 Wa frig oj (ot vn, i t     n l betp s eetif i ); ios e c t _ nne 刀等待允许传递 w _o m oi 通信消息      m cm nty f
R stv tp s_ vn)     n (otee t ; eeee

对于第一种情况,      即对系统中一些需要快速存取, 且要随时访问的数据, 本设计建立内存历史数据库, 保 证实时性 , 但数据量只保存近期的数据。对于第二种 应用则将数据写人磁盘来实现。
36 历史数据库的实现 . Dl i      的数据库 引擎 B E ol d  t e h 内建 p D ( rn D a B a a- bs E g e , ae  i )提供 了强大的数据库处理功能, e h nn Dl i p 对数据库的操作主要是利用 B E来进行。 D 数据库组件主要分为两类:数据访问组件” 数      “ 和“ 据控制组件”它们和数据库的关系可用下面的关系图 ,
2来 示 意 :

/处理 w _ o n ty消息 , 再 发送 w      m   m oi cm f 不 m_

cm nty o m oi 消息 f
图 2 数据库组件与数据库关 系

P s s g ( i om.  de wm_       ae ma fr hn l,  cmmn t ot s me n a o oi -

本设计 采用 D l i      e h 提供 的内部 工具 D t ae p a bs a

f, w o mfe0 ; y h e cm i ,  n l ) /传递 w _o mnty     m cm oi 通信消息 / f

Dst 建立静态表格, T al与 T a suc, e o kp 采用 T b e D t or a e

T Br ,  N v a r D gdT B ai t 控件来完成对数据库子段中 i D go
数据的浏览、 编辑、 输人等操作。并在 T ur 控件中 Qe y
用 S L语 句 给 出对 有关 数据 库 的查 询, T aa Q 在 D t- suc 控件中指出数据源与 T ur or e Qe y相连, T B 在 D- gi控件中指出显示查询的结果。 r d

Dl i      e h拥有强大的支持多线程的面向对象编程技 p 术, 可以通过调用外部的 A I P 函数简单方便地实现串
口通 信。本 设 计 用 到 了 D l i中 提 供 的 一 个 eh p Ms m c m控件, o 它通过串行端 口传输和接收数据, 为 应用程序提供串行通信功能。 Mso m控件的主要属性如下:      cm C m E et      n 属性: om v 返回最近的通信事件或错误。 语法 :F m.  o m.       r ] C m C mmE et [o Ms o vn 数据类型 :
I tg r ne e

4 数据处 理
对状态量处理:      当遥信状态发生改变时, 对遥信变 位次数进行累加计算, 将变位信息记录在遥信库中, 重
要开关事故跳闸时, 可进行事故追忆。

CSo n     i 属性: THl g d 确定是否可以通过查询 Cer l a T Sn ( T ) o  d  S 信号线 的状态 发送 数 据。Cer  e C l T a o Sn 使调制解调器发送到相连计算机 的信号指示传 ed



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输可以进行。

语法:F m ] o m C S o i : T u     r .  C m .  H ln [“{ r- [o Ms T dg eFl } 数据类型:ol n l s 〕 ae Bo a e Pr pn      属性: ot e O 设置并返回通信端口的状态( 开
或关)

户必须输人登录名和 口令 , 才能进人系统。对数据进 行各种类型的操作( 检索、 修改、 删除等)数据库系统 , 都可以实施不同的安全检查。
参 考 文 献             

语法: o .  o m Pr pn : vl 数     m ] Cm . t e[= u〕 [ r Ms F oo ae

据类型: oa B ln oe 6 结束语
本数据库在西安石油大学电子工程学院电力远动      仿真系统上实地运行 , 取得了良好的效果。 ()      1 数据集成化 , 实现对数据的集 中控制和减少 数据冗余 ; ()      2 数据库与其它应用程序之间相互独立 , 也就 是数据的逻辑结构、 存储结构和存取方法等不因应用 程序的修改而修改 ; ()      3 具有开放式的结构, 可实现数据共享; ()可实现基于异常的处理 ;      4 ()可实现按需求 的数据传输 ,      5 在点对点通讯的 基础上实行按需求读、 写数据, 只有被要求的数据通过 网络传送 , 这个策略使系统资源的占用率大大下降;

沐连顺 , 张长岩. 基于面 向对象数据库 的 [] 苏剑, 1 S A A测试系统研究[] 中国电力. 00 3 CD J. 20 ,3
( 0 :2一5 . 1 )5 4

张伯明, 徐春晖. 调度 自动化系统实时数 [] 吴文传 , 2

据库模型的研究与实现[]电网技术.012 J. 20,5
() 2 9 :8一3 . 0
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胡建军.C D S A A系统历史数据库结构分析与设
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计. 硕士学位论文.02 20. 常明华. 数据库技术及开发教程[ . M]电子工业
一I J

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出版社 , 0. 2 0 0 柳永智 , 刘小川. 电力系统远动[ . M] 中国电力系 统出版社, 0. 2 3 0 周杰娜. 现代 电力系统调度 自动化[ . M] 重庆大 学出版社, 0. 2 2 0

作者简介 : 刘蕊, 18.  女,90s 籍贯陕西, , 西安石油学院电子工程学
院, 硕士研究生 , 研究方向: 城市电网规划 、 控制。 高炜欣 , ,93 男 17 西安石油大学电子工程学院, 讲师 , 研究方向: 城市电 网的规划 、 优化 、 运行。

()      6 为用户提供灵活的制表功能和对报表的修改
功能 , 并支持定时打印; ()软件     的安全保护功能。为了保证整个 S A 7 C - D A系统安全可靠 的运行 , 系统设立 了安全功能。用
( 上接第 1 5页)

柯贤波, , 994 硕士, 男 17. , 西北电力调度通信中心。 李艳 , 17 年 3 西安工程技术学院计算机工程系, 女,92 月, 讲师。
收稿 日期 :0 5 0 -  20 - 1 7 0

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强, 为实现电厂“ 无人值班” 少人值守) ( 打下 了基础。 以上思路也可应用于水电厂其它设备的控制中。

3 结束语
本系统主要特点如下 :      () P C 可编程控制器)      ( 1以 L 控制取代常规的继电 器控制, 通过软件设计实现智能化运行 , 以满足不同运 行方式对排水系统无人值班的不同要求 。 ()      2 以无触点的固态软启动器取代旧式启动柜 , 减 少设备启动过程中大电流冲击引起的安全隐患。

参 考 文 献                   

[〕 李本藩. 1 计算机在电力系统中的应用概论〔 . M] 北京:        中国电力出版社,97 19. 「〕 许正亚. 2 电力系统 自动装置〔 . M] 北京 : 水利电力
出版社
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19. 93

八j
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王 定 一 等. 电厂计算机监视与控制 〔 . 水 M] 北

()      3选用进口传感器等基础元器件, 增加测量部分 的精确性与可靠性。 ()      4系统集测量、 控制、 显示、 报警、 通讯为一体, 性 能价格比较高。系统运行情况表明, 西流水水电厂辅 助设备监控系统可靠性比较高, 实时性好, 抗干扰能力

ll l 」

京: 中国电力出版社, 0. 21 0
连 人
」 门

贾嵘, 水电厂辅助设备智能控制系统〔]西 等. J. 安理工大学学报,011() 20 ,71.

收稿 日期 :05 0 - 8 20 - 1 0

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