ch06数据模型

第六章电力系统数据模型和数据库1数据模型一、电网模型的组成电网由对象组成。比如线路、变压器、母线等。每个对象按位置和类型命名。位置和类型名构成该对象的描述符。电网全体的对象描述构成电网的对象组成描述。对象间的相互连接关系称为电网的潜在拓扑或电网连接关系。对象组成描述和电网连接关系共同构成电网描述。每个对象有多个潜在的状态。对象的当前状态记录称为电网状态记录。对象的状态变化称为电网事件记录。电网描述、状态记录、事件记录共同构成电网模型。状态记录事件记录运行事件当前状态电网对象组成描述电网连接关系描述对象位置属性可能状态对象描述对象类型电网描述数据模型是电力系统在计算机中的映射，是电力系统一种数字化再现。调度员在调度系统控制台前实际上面对的是这个数字化的电网。调度自动化系统的应用程序也是在这个数字化模型的基础上运行。二、对象的描述1、运行必须准确地描述对象。一个对象可以用位置名类型名对象状态来表示。位置名一般包括厂站名和设备名。如XX电厂1主变类型名随电网不同而定义，常见如断路器、隔离刀闸、瓦斯保护、温度、水位等2、对象命名对象名称是位置名的一部分。对象名称要唯一，为使得名称有一定的描述意义，通常名称用字符和数字混合命名。举例说明三、数据存储对象的描述由一张表A存放，对象的状态由表B存放。A中每一行存放一个对象描述记录和一个关联的地址，该地址指向该对象状态在B中的存储位置。四、数据访问数据模型是由数据构成的整体。为了能够庞大的数据模型中快速查找到指定的对象，必须有设计良好的数据结构和检索方法。1、多级数据识别电网的结构是按电压等级分层的，厂站内可以把每个间隔看做一个分支，这种分层分支的结构可以用于提高访问效率。电网每一层在数据结构中对应一级。若每一级有统一的命名规则，每级可以独立解释，称为关系组合识别。若每级不具有统一的命名规则。识别时只有前一级被识别，才能确定访问路线，称为逐级解释识别。2、存取系统数据识别链对于多级电网，有2种存取结构。1地址指示链。按站电压等级高压间隔构成一个分层的链表结构逐级访问。适合随机访问。站1地址指示站2地址指示站3地址指示站4地址指示站5地址指示站6地址指示2顺序链。数据排成一个线性表。每个站都保留一个到下一电压级别3地址指示电压级别5地址指示分支系统1地址指示解释说明分支系统2地址指示解释说明电压级别1地址指示电压级别3地址指示电压级别4地址指示分支系统1地址指示解释说明分支系统2地址指示解释说明电压级别5地址指示分支系统1地址指示解释说明分支系统2地址指示解释说明站的位置指示。适合顺序访问。五、相关数据表虽然数据模型很重要，但是它是一个存在与计算机中的数字化的模型，调度员无法直接与这个模型交互，为了将电网数据模型以图形、报表、曲线等方式向调度员反映出来，还必须有一批相关的辅助表格提供一个完整的数据支撑平台。比如数据模型的识别方式是站电压等级高压间隔状态或值远动系统的识别方式是远动站分组地址比特位置比特值图形显示系统的识别方式是图形名称或编号图符位置图符类别为了在它们间建立关联，必须建立一些翻译表，如远动数据数据模型数据模型远动数据图形系统数据模型数据模型图形系统文字描述数据模型数据模型文字描述站1下一站指示电压级别3下一级指示分支系统1位表格指示分支系统2位表格指示分支系统3位表格指示电压级别5结束分支系统1位表格指示分支系统2位表格指示站3下一站指示电压级别1下一级指示分支系统1位表格指示分支系统2位表格指示电压级别3下一级指示分支系统1位表格指示分支系统2位表格指示电压级别4结束分支系统1位表格指示站4下一站指示电压级别1下一级指示分支系统1位表格指示等。六、源数据建立一个调度自动化系统首先要建立电网的数据模型。电网模型对象组成描述电网连接关系以一种文字的描述方式建立2类描述，然后通过数据模型生成系统将这些文字描述建立为数据库中的数据模型。这些文字描述称为源数据。1、对象组成描述对象组成描述包括对象名称、类型、位置、所有可能状态、属性、图形格式描述、远动信息占位等。为了处理的高效，可以将不同类的描述分别录入。比如图形格式描述、远动信息占位就可以和一般属性分开录入。2、电网连接关系描述有2种方式1每个对象与其他对象有1N个连接点联入电网，否则它就不是电网中的设备。对每个对象记录它所有的连接点。2按照实际电网中出现的固定的连接结构定义设备间的连接关系。比如双母带旁路一个高压间隔典型有7把刀闸，以此为模式对每间隔建立连接关系。3、数据模型生成实际电网（物理级）电网描述（源级）电网文件汇编系统逆向翻译系统数据模型（机器级）所有电网描述完成后，需要一个程序将这些文字描述转换到数据库中。对这种程序的要求是1能够识别文字描述的语法2能够将描述导入到正确的数据库表中3建立合理的存储模型4、图模一体化传统的建模方法是图形系统与文字描述分开建模，即首先建立文字描述，利用生成系统将描述导入数据库，再建立每个电站的接线图，接线图上的元件与数据库中的电网对象建立一个关联。新的图模一体化方法将2个过程合并。首先建立主接线图，图中出现的每个对象再在同一图形环境下建立其相关属性，属性直接进入数据库。七、数据变更电网总是不断地在发展变化。调度系统建成后不可能保持不变，电网数据模型必须与物理电网保持一致，这样数据模型才对调度工作有实际意义。将电网的变化状况反映到数据模型中的过程称为数据变更。变更有2种方式1在线变更。不重建数据模型，只在现有模型中添加或删除对象。但是由于对象的变更必须改变系统的存储结构，这样实现是困难的。2离线变更。不影响调度系统的正常运行，在系统备份机上，修改电网的文字与图形描述，然后利用数据模型生成系统建立新的系统模型。完全重构存储结构。系统测试完成后再导入到在线运行的调度系统中。2电网数据库一、数据库基本概念1、数据库数据库是以一定的组织方式存储在一起的数据集合，它能以最佳方式、最少数据重复为多种用户服务，数据的存储方式独立与使用它们的应用程序。数据库管理系统是管理和维护数据库的软件。DBMS的目的是提供快速、方便、有效地存取数据库内容的环境。它的基本内容包括定义信息存储结构，提供数据操作机制，保障信息安全。数据库系统是一个完整的可以组织和存取大量数据的计算机系统，它有以下特点1数据的独立性2最小冗余度3最大的共享性4统一管理与控制5数据完整性6可修改性和可维护性7安全与保密性2、数据抽象数据库系统通过3层抽象来分解系统的复杂性1物理层（内模式INTERNALSCHEMA）描述数据的物理存储结构。它和操作系统、物理存储设备直接相关，只有DBA需要了解这一层。2逻辑层概念模式CONCEPTSCHEMA描述数据库中存储的数据实体、属性及实体间的相互关系。逻辑层是由数据库开发人员定义的。3视图层外模式EXTERNALSCHEMA视图是数据库的用户所看到的数据库的内容。逻辑层的同一物理实体，可以以多个视图表现给不同类型的用户。以水电站的电气特性和大坝水库特性为例。3、数据模型结构1层次数据库层次模型是由一组通过链接互相联系在一起的记录组成。每个记录都是字段（属性）的集合。链接是2个记录间的关联。所有记录节点形成一种倒树状存储结构。最高节点为根节点。根节点下有子节点。从根节点开始，数据访问沿着树的层次路径按由上到下，由左到右的顺序访问。层次模型满足以下条件A、层次树始于根节点B、每个节点对应一个实体，有属性C、子节点有且仅有一个父节点，任意2个节点间只有一条弧相连D、父节点可以有1到多个子节点。没有子节点的节点称为叶节点E、除根节点外，任一节点只能通过它的父节点存取，所以MEIGE节点的存取通路是唯一的。层次模型层次清晰，存取简单。由于电网本身具有分层调度、分级拓扑的结构特点，所以层次模型在电网调度自动化系统中有大量应用。2网状数据库与层次模型类似，网状模型也是以节点为记录单元，但它的限制比层次结构少，所有记录节点形成一种网状的存储结构。A、可以有一个以上节点无父节点B、至少有一个节点有多个的父节点C、两个节点之间可以有多种联系网状模型虽然比层次模型灵活，但数据访问比较复杂，在电力系统中没有什么应用。3关系数据库关系模型将数据的逻辑结构表达为满足一定条件的二维表的模型。每个表有唯一的名字，代表一个实体，表有行和列。列表示该实体的属性，每一行是一条记录，即实体的一个具体实例。表之间通过外键建立关系。关系分11；1N；MN关系。关系模型建立在严密的关系代数基础上，有坚实的理论基础。关系模型的创始人CODD博士提出了关系模型的12条准则。关系模型的另一个优点是能够提供一种统一的数据查询语言SQL，目前的标准是SQL92。关系模型的优点使得它称为目前商用市场上的主导模型。在电力系统中当然也有大量应用。但关系模型的主要弱点在于关系运算速度慢，不能满足实时控制的要求。4对象数据库最近出现的新应用，典型的如多媒体数据存储，超文本数据存储，CAD、GIS等复合数据存储都对传统的关系模型提出挑战。对象模型是解决这些问题的一种途径。对象有3个基本特性封装性、继承性和多态性。封装性指对象包括属性和方法。继承性指子类可以继承父类的属性和方法并提供进一步的属性和方法，结果子类能比父类反映更特例化的事务。多态性指对同一继承体系中的类实例，能够自动选择最特例化的类实现该实例需要的功能。对象包含。一个对象由可以由其他对象组成。对象持久化。传统的面向对象程序设计语言中对象是瞬时的，程序退出，对象实例随之消亡。对象数据库就是要使得对象实例能够持久存在。对象模型很新，但是没有成熟的产品，也没有标准，也没有统一的数据库访问语言，所以市场份额不大，在电力系统中也少见应用报道。5对象关系数据库对象关系数据库是面向对象模型与关系模型的一种折中。简单地说，关系模型中实体的属性只能使用固定的几种数据类型，比如字符型，日期型，数字型。而对象关系模型的实体属性可以使用用户自定义的数据类型，这种自定义类型是包含属性和方法的类。对象关系模型是目前市场上的主流，其数据库访问语言也由SQL99标准化。由于电力系统描述的复杂性，使用对象关系模型或对象模型还是有潜力的，国内已经提出了一种电力系统大对象（BOL的概念。但是由于一般的调度自动化系统都已商品化，要适应数据库模型的变化还需要时间。6、电网调度系统的实时数据库除了一般数据库的特性之外，由于电力系统调度自动化系统的特点，电网调度系统的实时数据库也具备一些自己的特点1可靠性。数据库必须能连续不断地运行，即所谓724要求。软硬件必须有保护措施。2响应速度快。实时数据库的基本要求。3数据准确性。准确反映电网的状况。4逻辑存取方便。提供统一的接口访问数据库。5修改与扩充容易。能适应电网不断变化的要求。6分布数据库。数据库能够在网络上分布，形成一个逻辑上的整体。7在线工作。可以在线修改数据库。二、电网数据库逻辑结构电网调度自动化数据库系统除了必须保存电网描述数据和电网运行数据外，还必须保存自动化系统自身工作必须的过程数据和工作方法数据。大体上可以把电网调度自动化数据库系统分为以下部分1实时量测数据反映电力系统的运行状态，包括电网所有遥信、遥测、电量数据2历史数据各种运行数据历史记录，各种事件记录3电网描述数据发电机、变压器、开关、母线等设备的描述和电网连接关系描述4计算数据高级应用软件的计算参数与结果5调度自动化系统配置调度自动化系统的设备配置和运行状态的描述。1、层次模型虽然层次模型早已不是主流数据库模型，但由于它适合电网的结构描述，存取访问快速，仍在电力系统调度自动化系统中有广泛应用。某电网调度自动化系统把数据库分为SCADA数据库、发电数据库、网络数据库。SCADA数据库分厂站量测记录、RTU配置、通信配置。厂站量测记录用于定义系统元件及其量测设备，这是以各厂站为顶点的层次型数据结构。在厂站名的底下分类排列各种电气设备例如变压器、母线、线路、开关；在每一电气设备下再设三种量测类型状态量遥信、模拟量遥测和累加量电量；在每一量测量下，再进一步描述量测值、量测质量、控制状态和报警状态等厂站记录使调度员很方便按厂站找到电气设备，再在设备上找到量测装置，并能知道量测的可用状态，从可用的量测观测到系统状态，还可以从远动装置控制电气设备RTU配置用于描述数据接收系统，以各个远程终端为顶点分层次产生远程终端接线表，并建立遥测数据箔人和输出与厂站相关记录的联系数据库中远程终端的结构分类别定义，因为不同类型的远程终端描述的方式地址和接线板是不同的通信配置用于计算机与远程终端问通信设备的描述。发电数据库发电数据库的数据分两个系列一是以运行区为顶点一直描述到各机组及相邻电力公司的层次结构，二是电力系统的公用燃料表运行区或称控制区之下主要有三类记录发电厂、有功率交换的电力公司和交换模型。燃料类型表将电力系统燃料按类型列成表图3。11，描述其发热量和价格，这样对每台机组只填写所用燃料类型，根据燃料类型到此表上查到发热量和价格，便可以得到每台机的耗燃料曲线和燃料费用曲线网络数据库网络数据库是EMS中网络分析级各应用软件状态估计、潮流、预想故障分析、安全约束调度和最优潮流等的公用数据库，主要保存网络静态分析用的数据，而网络动态分析应用软件如暂态分析和调度员培训模拟也以网络数据库为出发点以上网络分析应用软件由网络数据库取得原始数据，并将计算结果送回网络数据库，彼此用网络数据库交换运行数据此外，网络数据库与SCAIA数据库联系起来，由SCAIA取得实时数据，向SCAIA送出量测质量信息；网络数据库与发电数据库联系起来，由发电数据库取得发电计划与机组经济特性，向发电数据库送出网损修正值和机组安全限值；网络数据库与调度员培训模拟数据库联系起来，为调度员培训模拟提供初始数据网络数据库是网络的静态模型，网络元件、联接关系、参数；网络等值部分；系统额定电压表；遥测精度等级表；电压调节计划表；主要包括网络的物理元件和一系列表格负荷频率特性和电压特性分类表；负荷分区表；负荷预测计划；变压器抽头类型表；网络监视组表；电压限值表；定义结点对，监视其相角差3定义运行区与发电数据库运行区一致；交换功率计划与发电数据库交换功率计划一致网络层次模型图3。12是网络数据库的主结构，顶层是公司；下一层是区域，它可以是发电数据库中的一个运行区，或是其一部分；每个区域下有两类记录厂站和线路，线路联接不同的厂站每个厂站下又有两类记录电压级和变压器，变压器联接不同的电压级在一个电压级下排列着元件开关、机组、厂用负荷、负荷、电容器或电抗器及结在变压器下可以定义绕组，还可以描述移相器在线路下可以定义线路段和零阻抗支路在网络数据库中元件的原始联接关系是用结点表示的预测与计划模型可以用于定义负荷预测和开关投切计划预测与计划模型图313记录下没有时间框架模型、预测计划模型和假日特别模型其复杂性在于时间框架不是等时段的，计划值按规定框架上的点给出，应用时在对应点间插值，而且在假日的时段内用假日计划代替正常计划2、关系模型由于关系数据库有很多优秀的商业软件，可靠性非常高，而且存取接口统一为SQL标准，其开放性远远大于自行开发的数据库系统，所以也大量应用。为了解决关系模型不能满足实时要求的缺点，一般将必须实时刷新的量测数据和需要频繁访问的数据存放在内存中，而大量离线与配置数据由商用关系数据库管理。某自动化系统将数据库分为实时量测数据库和高级应用数据库。实时量测数据库包括所有RTU定义与量测点定义。包括模拟量限值定义表模拟屏对象定义表量测数据分类表RTU类型定义表RTU定义表RTU数据报文定义表量测点定义表远动数据定义表，非远动数据表，计算测点表计算表达式定义表传输网络定义表各种运行数据表实时量测数据表报警记录表事件记录表高级应用数据库提供所有调度自动化高级计算分析功能需要的电网结构数据，包括季节定义表日历定义表燃料类型定义表水库库容曲线定义表电力系统定义表电力公司定义表网间功率交换定义表交换区定义表负荷区定义表水库定义表变电站与发电