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變電站電力信息管理系統的設計與實現
發布時間：2023-07-09 10:47
目錄
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2國內外研究現狀 2
1.2.1國外現狀 2
1.2.2國內現狀 2
1.3研究內容 3
1.4技術路線 4
第二章 變電站電力信息管理系統需求分析 6
2.1業務與目標分析 6
2.1.1業務分析 6
2.1.2研發目標 8
2.2功能需求分析 9
2.2.1數據采集功能需求 9
2.2.2遠程控制功能需求 11
2.3 通信需求分析 12
2.4性能需求分析 13
2.5技術選型分析 14
2.6本章小結 16
第三章 變電站電力信息管理系統設計 17
3.1設計思路 17
3.2總體設計 18
3.1.1網絡結構設計 18
3.1.2功能模型設計 19
3.2通信功能設計 20
3.2.1功能方案設計 20
3.2.2類結構設計 22
3.2.3時序流程設計 23
3.3功能模塊設計 25
3.3.1數據采集模塊設計 25
3.3.2遠程控制模塊設計 30
3.4數據庫設計 33
3.4.1邏輯設計 33
3.4.2物理設計 35
3.5本章小結 37
第四章 變電站電力信息管理系統實現 38
4.1實現環境 38
4.2通信功能實現 38
4.3功能模塊實現 42
4.3.1數據采集模塊實現 42
4.3.2遠程控制模塊實現 48
4.4本章小結 52
第五章 變電站電力信息管理系統測試 53
5.1測試方法 53
5.2通信測試 55
5.3功能測試 56
5.4性能測試 57
5.5本章小結 59
第六章 總結與展望 60
6.1 總結 60
6.2展望 60
致 謝 62
參考文獻 63
第一章 緒論
1.1研究背景
變電站是電網中的重要基礎設施，其中部署了大量用于變電網運行的電氣設 備，例如開關設備、變壓器設備、母線、刀閘等［1］［2］。對于變電站的電力信息管理， 通常包含了上述電氣設備及變電站的狀態信息管理及控制操作管理等［3］。
在 2012 年國家電網提出“三集五大”的智能電網建設規劃之后，各地供電企 業的電網智能化水平逐年提高，智能化的變電站建設數量快速增加［4］［5］。智能變電 站是指部署了智能化的電氣設備之后，在電力通信專網環境下可進行遠程數據采 集和運行監測、遠程操作控制的變電站［6］。
基于智能變電站的技術特點，供電企業可以通過計算機軟件的方式，基于電 力通信網對變電站進行運行信息采集及遠程控制［7］。目前各地供電企業的變電站電 力信息管理業務中比較常用的管理軟件包含 SCADA 數據采集及監視控制系統、電 網調度自動化平臺及其他變電網相關的業務管理軟件等［8］。
由于變電站電力信息管理的業務范圍比較廣泛，包含了各類電氣設施的電力 信息采集以及遠程控制操作等，不同的電氣設備電力信息類型及控制操作類型具 有一定的差異［9］。所以，目前的業務管理軟件通常情況下只能覆蓋變電站電力信息 管理中的部分業務［10］。
在這種情況下，變電站管理人員需要在 SCADA 系統、智能變電站系統等軟件 之間進行頻繁的切換操作，業務管理便利性較差［11］。同時，變電站電力信息管理 的業務數據也分散存儲在這些軟件中，數據視圖的統一性不足。
為了解決上述的管理問題和不足，近年來國內部分供電企業組織實施了能夠 對 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件中的重點功能進行集成的管理軟件， 使得變電站管理人員可以在單個軟件平臺中，實現變電站電力信息管理的數據采 集和遠程控制管理，避免了頻繁的業務系統切換操作、數據視圖分散的現象，提 高了業務管理的效率［12］。
甘孜供電公司近年來的電網智能化水平快速提高，智能變電站的數量及電力 信息管理業務日益復雜。但是公司仍缺乏相對集中化的業務管理軟件，變電站管 理人員仍需要在 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件之間進行頻繁切換，業 務數據分散在這些系統中進行維護管理。因此，本文設計和實現了一套變電站電 力信息管理系統，用于解決和處理上述問題。
1.2國內外研究現狀
1.2.1國外現狀
歐美等發達國家對于變電站電力信息管理的數字化應用和研究起源于2000年 左右。智能化電力硬件設備的逐漸普及以及數字通信技術的應用，促進了電力系 統信息化和智能化的進步［13］。變電站的電力信息管理在此背景下，變得更為復雜 和嚴格。因此，電氣設備及服務供應商紛紛在其電氣產品體系中增加了和信息技 術相關的服務接口和功能支持［14］。
在 2001 年，德國施耐德電氣集團在其變壓器設備中增添了數字化的控制服務 單元UTC (Unit Transform Control),可以通過數據包通信技術，實現與通信終端 節點的網絡通信，從而使得變壓器的運行數據可以實時動態采集，并能夠進行簡 單的變壓器運行參數的遠程設置和更改［15］。
隨后，包括 GE 通用電氣、松下電氣、西門子等在內的大型電氣服務供應商也 投產了類似的電氣硬件及配套服務產品［蝕17】。同時，IEC國際電工委員會、IEEE 電氣電子工程師學會等國際性組織也紛紛加入到電力系統信息化、智能化的技術 及行業標準的制定行列，形成了包括IEC系列等技術標準的行業規范［啣聞20］。
在這些技術標準中對變電站的智能化、數據通信及數字化管理等工作進行了 標準化定義，成為變電站電力信息管理數字化的現行標準，得到了廣大電氣服務 供應商及電力企業的廣泛認可和支持［21］。
由于國內外電力系統建設規劃、思路及運維方式的不同，國外電力系統中的 二次電氣設備占比相對較低，因此變電站電力信息管理的復雜性及管理要求相對 較為簡單和集中I22】。因此，目前國外電力企業通常直接采用SCADA系統等軟件 進行業務管理，對于業務管理的集成化要求不高。
1.2.2國內現狀
國內的變電站電力信息管理自動化和數字化起步于2010 年之后，是在智能電 網建設的背景下逐步發展和完善的。
由于國內電力企業的變電站核心電氣設備大多數依靠歐美等發達國家的電氣 服務供應商，所以目前大多數電力企業的變電站電力信息管理都采用了包括 SCADA系統在內的管理軟件實現［23］。
近年來，隨著國內電力系統的規模和復雜性都有了快速提升，尤其在變電站 內部的二次電氣設備比例逐步增加，導致變電站電力信息管理業務的復雜性越來 越高，涉及到的管理軟件也越來越多［24］。
在此背景下，業務管理面臨著管理工具多樣、操作方式差異化等問題，即變 電站管理人員經常需在多個軟件之間進行來回切換操作。為了解決這個問題，基 于集成化軟件平臺的一體化業務管理機制得到了廣泛重視，其技術原理是通過對 SCADA 系統等軟件的關鍵功能服務進行集成，構建一體化的業務數據視圖和功能 服務體系［25］［26］。
目前，由于國內各地供電企業的變電站電力信息管理業務大多數都是基于國 網、省網統推的業務管理軟件實施。在集成化的業務軟件開發過程中，通常需要 由企業自身進行組織研發和實施［27］。因此，各地供電企業的研發和應用方式之間 存在著比較明顯的差異，而各地電網建設模式、計劃和管理思路的不同，進一步 加大了上述問題。
所以，組織實施針對當地電網的變電站電力信息管理系統，在現有軟件的基 礎上構建統一的功能服務和數據視圖，成為地級、縣級等級別供電企業面臨的主 要挑戰［28］。
例如，上海電業局下的各區級供電公司在 2017年共同組織和研發了一套變電 站電力信息業務管理軟件SPIBS,在其中對SCADA系統等軟件的功能服務進行集 成，可以在其中進行統一的變電站狀態監測及遠程控制的操作效果［29］［30］。
國內供電企業在變電站電力信息管理軟件的研發中,主要的挑戰在于對現有 軟件的功能分析和集成過程中,如何根據當地電網的建設規劃以及變電站電力信 息管理業務的具體要求,建設和開發和實際業務相匹配的管理軟件［31］。
1.3研究內容
本文主要研究甘孜供電公司的變電站電力信息管理系統,包括其技術方案的 設計、實現等：
1.調查分析甘孜供電公司變電站電力信息管理的業務現狀及問題,研究本系 統的軟件服務開發目標,并通過軟件工程的專業工具和方法,對系統目標進行細 化,為系統的設計與研發提供指導。
2.設計系統的功能和技術方案,選擇合理高效的軟件設計工具與技術,將系 統研發目標進行軟件服務轉換,建立系統的軟件服務框架,對其中的關鍵服務功 能進行劃分和詳細技術設計。
3.對系統進行編碼實現,分析考察系統功能的實現思路、方法和原理,按系 統的功能與技術方案設計,開發實現系統。同時,按軟件測試原理和理論,確定 系統測試方法及環境,對系統進行測試驗證。
1.4技術路線
本文采用如圖1-1 所示的技術路線：
圖 1-1 技術路線圖
按圖1-1 所示，本文的研究技術路線采用了軟件工程中的“需求、設計、實現、 測試”的次序進行結構安排，并組織為如下章節：
1.緒論。介紹論文工作背景，總結整理國內外近年來的研究情況，明確研究 內容及技術路線。
2.系統需求分析。梳理業務現狀，分析問題，確定系統研發目標，并進行細 化，劃分為功能和非功能兩個方面。同時，結合研發目標，確定系統的研發技術、 工具及平臺等。
3.系統設計。分析系統設計思路，設計系統網絡結構和功能模型，劃分系統 功能模塊及關鍵服務,按技術選型進行軟件功能的詳細設計,同時研究數據庫的 邏輯及物理設計。
4.系統實現。基于系統功能和數據庫的設計分析,對系統進行編碼實現,考 察功能實現流程及關鍵代碼原理,展示系統運行效果。
5.系統測試。整理系統的測試情況,介紹系統測試方法,從功能及性能等角 度對系統進行測試驗證。
6.總結與展望。總結工作內容與成果,展望未來的思路和方向。
第二章 變電站電力信息管理系統需求分析
本章對變電站電力信息管理系統進行需求分析,介紹系統研發的業務背景及
目標,對系統進行詳細的功能及其他需求分析,為系統設計與開發提供支撐。
2.1業務與目標分析
2.1.1業務分析
1.變電站建設及電力信息管理現狀
甘孜供電公司是四川省電力公司的直屬下級單位,主要承擔甘孜州 17個縣的 電力營銷、電網建設及電力服務等工作。從2012 年開始,公司在四川省電網的智 能電網建設及“三集五大”政策推動下,甘孜電網的規模不斷擴大,電網智能化 水平也穩步提升。截止2020 年末,甘孜電網的智能化覆蓋比例已經達到70%以上, 形成了以傳統和智能變電站、供電臺區為單位的新型電網體系。近年來公司的變 電站建設情況（包括35/110/220kV等電壓等級）如圖2-1所示。
圖 2-1 甘孜供電公司 2012-2020 變電站建設數量走勢
智能變電站數量及占比的快速增加,以及電網整體智能化水平的不斷提升, 對于公司的變電站電力信息管理工作提出了更高的要求。這主要是由于以智能變 電站為代表的智能電網的核心特征是智能化的電氣設備、裝置、設施的投用比例 非常高,并且要求建設專網專用的電力通信數據網。目前的智能化電氣硬件都具 有遠程監測、控制機制,因此變電站電力信息管理的核心要求是遠程化,即基于 電力通信網為基礎,實現變電站管理工作的遠程監測、遠程控制等,替代原來的 人工現場處置、手動操作的管理方式［32］。在四川電力公司的統一規劃之下，目前 公司的變電站電力信息管理業務基本實現了遠程化、自動化的管理，通過包括 SCADA 系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系統、電力采集系統等一系列的 計算機軟件，在電力通信網的數據專網通訊服務支持下，為變電站管理人員提供 遠程的業務管理服務和工具支持，其業務管理模式如圖 2-2 所示。
變電站電力信息管理業務系統/平臺
SCADA系統 調度自動化平臺 變電網運維系統 電力采集系統
狀態數運行狀
據采集 II 態控制
電力通信網(專網)
/\管理數 二二據通訊
變電站
圖 2-2 甘孜供電公司變電站電力信息管理業務模式
在圖 2-2 中可以看到，對于變電站電力信息管理業務中的遠程監測、遠程控制 兩大類核心業務，分別由變電站管理人員在現有的管理軟件中進行遠程操作，通 過電力通信網向變電站及站內電氣硬件下發操作指令，或者基于電力通信網遠程 接收變電站上報的各類運行數據、狀態信息等，在公司內部建立遠程化的變電站 電力信息自動化管理體系。
2.業務體系中存在的問題和不足
目前甘孜供電公司的變電站電力信息管理業務已經通過 SCADA 系統、電網調 度自動化平臺、變電網運維系統、電力采集系統等軟件平臺實現了自動化、遠程 化和信息化，其中仍存在一系列的問題和不足，主要包括如下方面：
(1)在變電站電力信息管理業務中，遠程控制操作包括開關、刀閘、線路、 母線、電力設備、變壓器、電容電抗器、廠站、分區等方面，目前的這些控制功 能分散在多個業務軟件平臺中，需要頻繁地進行軟件平臺操作切換，比較繁瑣復 雜。
（2） 對于變電站電力信息管理業務中的自動化監測管理，公司需要從現有的 業務軟件平臺中獲取管理事項、事件信息、裝置信息、故障信息、負載信息等。 同樣由于業務軟件平臺較多，這些信息分散在不同的系統，變電站管理人員通常 需要從多個軟件平臺中進行手動數據導出、整理、合并和處理，才能應用與后續 的業務管理，操作即為不便，且容易出錯。
（3） 由于在變電站電力信息管理業務中的遠程監測、遠程控制管理功能分布 在 SCADA 系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系統、電力采集系統等軟件中， 導致變電站電力信息管理業務的相關數據存儲比較分散，無法形成統一的業務數 據視圖，在電網規模日益擴大的情況下，變電站管理人員無法快速把握業務的實 施情況與狀態，不利于業務實施的集約化和精益化。
2.1.2研發目標
為了解決和應對目前的變電站電力信息管理業務中存在的問題和不足，甘孜 公司提出了建設變電站電力信息管理系統的任務。參照目前存在的業務問題和不 足，對系統的開發要求進行分析，建立系統的開發目標體系，如圖 2-3 所示。
按照圖2-3 所示，系統的研發目標細化為如下幾點：
1.數據采集，即基于和 SCADA 系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系 統、電力采集系統等現有的管理軟件、平臺進行交互，將變電站電力信息管理業 務中最常用的變電站運行數據采集結果，包括管理事項、事件信息、裝置信息、 故障信息、負載信息等，統一整合到本系統中，為變電站管理人員提供集成化的 數據采集結果查看服務。
2.遠程控制，即基于和 SCADA 系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系 統、電力采集系統等現有的管理軟件、平臺進行交互，向上述軟件和平臺發送變 電站遠程控制管理請求，通過本系統實現對變電站運行控制的集中化管理，包括 開關、刀閘、線路、母線、電力設備、變壓器、電容電抗器、廠站、分區等硬件 狀態及數據狀態的遠程控制。
3.系統通信與交互，針對數據采集、遠程控制過程中，本系統和 SCADA 系 統、電網調度自動化平臺、變電網運維系統、電力采集系統等現有的管理軟件、 平臺之間的數據采集結果、遠程控制指令及反饋結果的跨平臺通信服務。本系統 需和上述現有的軟件、平臺建立跨平臺的通信與交互服務。
4.統一的數據視圖，在本系統中建立變電站運行數據采集結果及其他常用基 礎信息的集中化存儲和維護，為數據采集、遠程控制服務的實現和運行，提供數 據基礎支持。
另外，除了上述目標之外，本系統的建設成果需要和公司的變電站電力信息 管理業務的規模相匹配，達到和滿足合適的性能標準，同時滿足公司對于業務管 理軟件統一的開發要求。
本文后續研究中將對上述開發需求進行細化分析，并通過選擇合理的技術、 工具等，分析設計對應的技術方案、開發實現系統的功能體系。
2.2功能需求分析
在系統功能需求分析中，采用軟件工程常用的 UML 統一建模語言技術中的用 例圖(User Case Diagram)作為分析工具，從系統的目標用戶角度分析所需實現的 軟件層面的功能，即變電站管理人員。根據系統的研發目標，系統的功能用例包 括數據采集、遠程控制兩個方面。本節對上述功能用例的內部結構進行分析，探 討本系統的軟件功能開發需求。
2.2.1數據采集功能需求
數據采集功能是本系統需為變電站管理人員提供的核心功能，即基于系統的 通信與交互服務，從 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等現有軟件中獲取其采集 的管理事項、事件信息、裝置信息、故障信息、負載信息等數據。在此基礎上為 變電站管理人員提供上述數據的在線查看、應用、導出（基于 EXCEL 格式）、裝 載等服務。數據采集功能的用例圖如圖 2-4 所示。
按照圖 2-4 所示，系統的數據采集功能需實現如下跨平臺的數據采集服務：
1.事項數據采集：包括變電站運行過程中的消息、調度事項、歷史報警、潮 流迭帶信息、潮流錯誤信息等數據。
2.運行狀態數據采集：包括變電站運行過程中，各類電力設備、線路等設施 的有功、無功功率數據。
3.事件數據采集：包括針對各類變電硬件設備進行的故障設置事件、設備操 作事件等。
4.同期數據采集：在對變電站內開關設備進行同期操作時產生的開關兩側電 壓、相角和頻率產生的變化情況等數據。
5.基礎信息采集：包括區域、廠站、開關、刀閘、母線、電力設備、設備負 荷、線路、端點等電網設備等列表信息。
6.狀態數據采集：包括各類變電設備的運行電壓、電流等狀態數據。
7.減載數據采集：包括變電網的低頻、低壓減載數據等。
8.故障數據采集：包括變電站在運行過程中產生的各類電氣故障信息。
2.2.2遠程控制功能需求
遠程控制功能是指本系統需基于 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等現有軟 件，將上述軟件作為中間件，實現對變電站的遠程控制管理，包括變電站管理人 員最常用的開關、刀閘、線路、母線、電力設備、變壓器、電容電抗器、廠站、 分區等硬件設備、變電區域的運行狀態、參數等的遠程更改等，從而通過本系統 對變電站進行遠程集成控制管理。遠程控制功能的用例圖如圖 2-5 所示。
按照圖 2-5 所示，本系統中需實現對變電站的如下遠程控制服務：
1.開關操作：對開關設備進行分閘、合閘、故障設置、開關保護、綜合令下 發、拒動/誤動設置、保護 CT 設置、失靈設置與解除等。
2.刀閘操作：對刀閘（包括接地刀閘）進行分閘、合閘、遠動失靈設置、測 點設置等。
3.線路操作：對電力線路進行故障設置、保護設置、重合閘操作、線路參數 設置、遠動失靈設置、測點設置等。
4.母線操作：對母線進行故障設置、保護設置、遙測設置、測點設置等。
5.電力設備操作：對電力設備設備進行有功無功調節、故障設置、保護設置、 遠動失靈設置、電壓調節、測點設置等。
6.變壓器操作：對變壓器設備進行檔位配置、負荷配置、故障設置、保護設 置、遙測設置、參數設置、測點設置等
7.負荷配置：對變電設備進行有功無功調節、故障設置、饋線保護設置、遠 動失靈設置、測點設置等。
8.電容電抗配置：對電容器和電抗器進行故障設置、保護設置、遠動失靈設 置、測點設置。
9.廠站配置：對廠站及分區進行有功、無功負荷調節，其中的測點配置主要 是指廠站及分區的發電、負荷、網損調節等。
2.3通信需求分析
通信功能是指本系統和 SCADA 系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系統、 電力采集系統等現有的管理軟件、平臺之間的數據交互，是實現 2.2 節中提出的數 據采集、遠程控制功能的后臺基礎。
從技術角度來看，系統的通信功能開發要求如圖 2-6 所示。
變電站電力信息管理系統
運行數據 采集指 令、遠程 控制指令
（下發） / 運行數據 采集結
果、遠程 控制操作 結果
（接收）
SCADA系統、電網調度自動化平臺、變電網運維系統
圖 2-6 系統的數據通信功能開發需求示意圖
按照圖 2-6 所示，本系統的數據通信功能開發要求主要包括指令下發和數據接 收兩個方面：
1.指令下發需求：按變電站管理人員的遠程控制操作，向 SCADA 系統等軟 件下發對應的遠程控制指令，從而實現變電站的遠程控制以及運行數據的采集。
2.數據接收需求：對應指令的下發功能，從 SCADA 系統等軟件中獲取遠程 控制的操作結果等。同時，在SCADA系統等軟件中產生了新的變電站電力信息之 后，自動接收其上報的運行數據。
因此按照上述分析，本系統的數據通信功能的核心目標是和SCADA系統等軟 件建立網絡通信服務機制，在后臺按照數據采集、遠程控制的管理要求，實現與 SCADA系統等軟件的信息交互服務，從而為系統的數據采集、遠程控制功能提供 后臺服務支持。
2.4性能需求分析 除了針對變電站管理人員的數據采集、遠程控制功能，以及后臺的數據通信 服務功能之外，本系統要正式投用到甘孜供電公司的變電站電力信息管理業務中， 還需滿足公司針對內部業務軟件提出的各類性能要求，以及業務環境的實際需求， 具體包含如下方面：
1.并發能力要求 具體是指本系統能夠承載的終端用戶的最大數量，反映了本系統的抗壓能力。
并發能力指標的參照標準是業務環境中的潛在用戶數量，及系統需滿足所有潛在 用戶同時訪問系統的壓力要求。
按照甘孜公司的變電站電力信息管理業務的實際情況，目前的變電站管理人 員包括了各電網管理部門、運維單位、設備管理部門等單位內的員工，其數量為 500 人左右。
因此，考慮到一定的性能冗余，即未來的業務增長帶來的額外性能要求，冗 余量設置為通用的 20%標準，所以可以得到本系統的并發能力指標值為 600 個， 系統需滿足600 個終端用戶的同時訪問和系統操作壓力。
2.響應時間要求 具體是指本系統對變電站管理人員的終端操作的反饋速度，在提交了數據采
集、遠程控制管理請求之后，系統得到處理結果并反饋完成的耗時。
系統的響應時間要求參照的主要標準是甘孜供電公司對內部業務軟件提出的 技術開發標準，其中要求所有業務軟件的響應時間不得超過3 秒。
所以本系統的響應時間指標值設置為 3 秒，所有的終端操作反饋時間不得超 過3 秒。
2.5技術選型分析 按照系統的功能需求和通信需求，以及系統的實際運行環境、業務管理要求 等，本節分析其采用的開發技術選型，包括軟件服務開發技術和平臺、數據庫工 具、網絡架構、軟件模式等。
1.網絡架構選擇
計算機軟件的網絡架構主要包括C/S(Client/Server)和B/S (Browser/Server) 兩類，前者是通過專用客戶端和服務器進行交互，網絡協議為自定義協議，需在 主機中安裝客戶端軟件；后者是通過Web瀏覽器實現服務器交互，網絡協議為 HTTP/HTTPS 等 Web 協議，客戶端通常不需要進行額外配置。
C/S 的優點包括安全性較高、通信機制靈活等，適用于用戶量較少、功能相對 復雜的軟件系統，缺點在于維護升級不便、開發量較大等；B/S的優點在于基于 Web服務體系實現，客戶端不需要額外處理，直接通過Web瀏覽器軟件實現，也 不需要關注通信協議及通信過程，缺點主要是復雜的功能通常需基于額外插件實 現，安全性的處理也相對更為復雜。
對于本系統而言，其應用范圍為甘孜供電公司的內部業務網絡，目標用戶為 公司的變電站管理人員。同時，系統需和SCADA系統等軟件進行大量的后臺數據 通信，功能相對較為復雜，且安全性要求較高。
因此，系統的網絡架構采用 C/S 架構。
2.軟件模式選擇 計算機軟件模式主要是指功能規劃和設計、開發過程中采用的軟件功能策略。
目前的分布式軟件最常用的模式主要包括MVC(Mode View Controller)模式、UBD (User Business Data)模式等。
MVC 模式是指模式、視圖、控制器模式，主要是從軟件服務控制和視圖更新、 模式映射的角度，對軟件系統進行功能框架分層和組件劃分，主要應用于Web軟 件系統的研發中。
UBD 模式是指傳統的三層架構，即用戶交互層、業務邏輯層和數據層。相對 于 MVC 模式， UBD 模式的功能層次和組件劃分更為簡單，按照用戶 UI(User Interface)交互、后臺邏輯處理、數據存儲和維護的類型，將軟件劃分為對應的功 能層次，常用在功能邏輯相對更為規范的業務型分布式軟件研發中。
按照本系統的功能類型和業務需求，以及所選擇的網絡架構，UBD模式更適 應于系統的開發要求，因此采用UBD模式。
3.開發技術和平臺選型
C/S網絡架構的分布式軟件開發技術和平臺目前主要包括.NET平臺、Java平 臺等。作為成熟的商用軟件研發平臺，二者都可滿足本系統的功能開發要求，具 體的選擇主要依據開發習慣和技術儲備情況。
根據系統開發的實際情況，采用.NET平臺進行開發，主要采用.NET平臺中的 如下技術：
(1)C#技術：.NET平臺中的標配開發語言和技術，C#采用完全面向對象技 術設計，代碼結構清晰、可讀性強，且具備較高的安全性，借助.NET平臺中的Visual Studio 集成開發工具，可快速實現本系統的客戶端界面和其他服務。
(2)ADO.NET組件：ADO.NET組件采用數據源技術實現數據庫、文件、內 存等數據容器的標準化開發，安全性較高，且服務接口簡單，本系統采用 ADO.NET 組件技術進行后臺數據庫的開發。
(3)Event/Delegate 服務：即事件/委托技術，由于本系統的通信需求中需實 時接收SCADA系統等軟件的新數據，而Event/Delegate服務可通過事件注冊和委 托關聯的方式，自動構建回調服務機制，在SCADA系統等軟件中產生了新數據之 后，本系統可自動通過委托方法接口進行數據接收。
(4)Windows Service服務：系統的服務器端不需要交互操作界面，因此采用 后臺服務機制實現。.NET平臺中采用Windows Service機制，實現后臺服務功能, 本系統通過 Windows Service 服務對服務器端的功能進行研發。
(5)Socket套接字技術：由于本系統采用C/S網絡架構，因此客戶端和服務 器端的通信服務需基于自定義協議實現。.NET平臺中提供了 Socket套接字技術， 可支持包括TCP、UDP的傳輸層網絡通信，本系統采用Socket技術建立客戶端和 服務器端的網絡連接、數據發送與接收等功能。
4.數據庫工具選型
數據庫在本系統中主要用于保存從SCADA系統接收到的采集數據、通信功能 中的指令數據及其他相關數據等。
按照上述數據的特點和管理要求，目前的所有商用數據庫均可滿足系統的要 求，包括 SQL Server> Oracle> DB2 及 MySQL 等。
在具體開發中，由于甘孜供電公司已經購置了 SQL Server.Oracle數據庫工具, 因此按照研發的技術儲備情況，采用SQL Server數據庫工具。
SQL Server數據庫基于分布式機制的關系型數據庫，支持T-SQL指令的遠程 操作，同時針對數據的物理存儲、數據安全管理及存取性能等都進行了大量的優 化，且通過ADO.NET組件服務，可通過標準的SQL公共類結構，快速構建數據 庫的增刪改查等功能服務接口。因此，采用SQL Server數據庫不僅可滿足系統要 求，且在安全性、運行效率等方面可達到較高的水平。
2.6本章小結
本章對甘孜供電公司的變電站電力信息管理系統的開發背景及目標進行了分 析，并詳細考察了系統的功能需求和通信需求，參照系統的實際應用要求及公司 的業務軟件標準，介紹系統的性能需求。最后，對系統的技術選型進行了簡要分 析與闡述。
第三章 變電站電力信息管理系統設計
在系統需求分析工作的基礎上，本章對變電站電力信息管理系統進行設計， 介紹系統的設計思路，并對系統的總體方案及通信功能、功能模塊、數據庫等進 行詳細的設計分析。
3.1設計思路
根據本系統的需求分析及技術選型，在設計過程中采用如圖 3-1 所示的思路。
圖 3-1 系統設計思路
按照圖 3-1 所示，系統設計思路采用了從整體到局部的依次細化設計過程，具 體設計工作如下：
1.總體設計 從總體角度分析系統的總體功能框架，按照系統的技術選型及功能需求，設
計系統的網絡拓撲結構、總體功能模型，為系統功能詳細設計提供總體模式指導。
2.功能詳細設計 按照系統的功能需求，通信功能及數據采集、遠程控制功能是核心服務，因
此在功能詳細設計中，采用.NET開發技術的規范和方法分別對上述功能進行詳細 設計，首選對其功能詳細框架及方案進行設計，隨后細化為具體的C#功能類，分 析各個類結構中的方法接口定義、時序調用流程等，為系統編碼開發提供基礎。
3.數據庫設計 在系統功能詳細設計完成之后，基于通信功能、數據采集、遠程控制功能的
邏輯結構，分析本系統數據庫的邏輯結構，并按 SQL Server 數據庫的類型定義規 范，分析設計系統的物理數據表。 本章按上述設計思路，分別對各個階段的設計工作思路、方法及結果進行分 析與考察。
3.2總體設計
3.2.1網絡結構設計 系統的網絡結構設計主要針對其詳細網絡拓撲進行分析和設計，采用 C/S 網 絡模式的技術特點，同時結合本系統建成之后的網絡環境，具體如下：
1.整體網絡環境為公司內部業務網；
2.服務器功能部署在服務器機房網絡，客戶端基于員工辦公電腦實現，網絡 環境為公司業務通信網；
3.系統服務器和 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件的服務器均部署 在服務器機房內部；
4.客戶端和服務器之間通過業務通信網中的路由器等網絡設備接入服務器機 房網絡。
因此，按照上述環境要素，結合系統運行過程中的網絡安全要求，設計系統 的網絡拓撲結構，如圖 3-2 所示。
公司業務網
應用服務器數據庫服務器
圖 3-2 系統網絡拓撲結構
按圖 3-2 所示，系統的網絡拓撲結構中的網絡節點包括服務器（應用服務器、 數據庫主機）、路由器通信設備、硬件防火墻、客戶端節點等。其中服務器采用并 行模式，后臺Windows Service服務安裝在應用服務器，SQL Server數據庫安裝在 數據庫主機，二者通過服務器機房內部網絡建立通訊。硬件防火墻用于系統安全 防護，對通過路由器設備接入的網絡訪問進行安全過濾，保障系統的網絡安全。 路由器設備作為中間通信節點，部署在業務通信網和服務器機房網絡之間，為客 戶端節點提供網絡接入服務，建立客戶端和服務器端之間的網絡通信通道。
3.2.2功能模型設計
按系統的技術選型，其功能模型采用 UBD 模式進行設計。因此，按照 UBD 模式中的用戶交互層、業務邏輯層和數據層的功能邏輯劃分，對系統進行功能模 型搭建，如圖 3-3 所示。
圖 3-3 系統軟件功能模型
1.用戶交互層 為變電站管理人員提供數據采集、遠程控制功能的終端交互服務，通過客戶
端中的交互操作界面，實現系統業務數據的可視化展示、用戶操作請求的接收、 系統邏輯處理結果的反饋接收。
2.業務邏輯層 包括系統的數據采集、遠程控制功能的后臺邏輯服務，以及系統跨平臺通信 和交互的邏輯服務。業務邏輯層對應了服務器端中的基于Windows Service服務機 制封裝的系統核心軟件服務。通過接收用戶交互層的操作請求，在服務器端進行 處理和反饋，為交互層提供視圖容器的填充支持。同時，業務邏輯層中還包含客 戶端、服務器端之間的 Socket 套接字通信服務。
3.數據層
為系統提供后臺數據庫管理服務，封裝了基于ADO.NET組件的邏輯功能。數 據層通過ADO.NET組件的內置邏輯，建立數據庫的連接、SQL指令服務、數據 容器服務等，從而為業務邏輯層提供后臺數據庫服務支持。同時，數據層中還包 含了本系統采用的SQL Server數據庫工具。
3.3通信功能設計
本系統的通信功能是指和SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件之間的交 互服務，是數據采集、遠程控制功能開發的重要基礎。
3.3.1功能方案設計
按照系統的開發技術選型，主要通過.NET平臺的Event/Delegate機制、自定 義的控制指令等，在Socket套接字技術的支持下，利用服務器機房內部網絡實現 數據的采集、控制指令的發送、控制反饋結果的接收。具體的通信功能方案如圖 3-4 所示。
圖 3-4 系統通信功能方案
按照圖 3-4 所示，通信功能方案中主要包括如下組件：
1.Event/Delegate 服務組件
主要用于從SCADA系統、電網調度自動化平臺等系統中獲取變電站電力信息 管理的實時數據。基于.NET平臺的Event事件對象及其Delegate代理方法，對上 述系統的數據更新事件進行監聽，并在事件發生之后自動基于Delegate委托方法 接口的 Callback 回調機制，獲取數據更新結果。
Event/Delegate 服務組件中包括如下內容：
(1)Event 事件定義列表，關聯數據采集內容及參數；
(2)Delegate 委托方法列表，關聯到 Event 列表，供系統自動回調；
(3)Event事件管理器，基于.NET平臺的事件委托服務，管理Event、Delegate 列表對象。
2.控制指令管理組件
主要用于向SCADA系統、電網調度自動化平臺等系統下發遠程控制關聯的操 作指令，從而實現在本系統中對變電站進行遠程控制管理。控制指令管理組件采 用自定義的統一的操作指令，封裝各系統差異，構建控制指令庫。在控制指令庫 基礎上，建立指令檢索、讀取、參數配置的服務。
控制指令管理組件中包括如下內容：
(1)指令檢索及更新服務，按SCADA系統、電網調度自動化平臺等系統的 變電站遠程控制功能類型，構建統一的控制指令管理機制；
(2)控制指令配置服務，按具體的遠程控制類型及請求，對檢索的控制指令 進行具體參數的設置；
(3)控制指令庫，基于后臺數據庫服務，獨立保存控制指令數據。
3.后臺通信服務組件
主要實現和SCADA系統、電網調度自動化平臺之間的網絡通信功能，基 于.NET平臺中提供的Socket套接字服務，按照Event/Delegate功能組件、控制指 令管理組件的交互通信請求，進行數據的發送、接收。
后臺通信服務組件主要包括如下內容：
(1)通信參數管理服務，基于 XML 平臺無關配置文件管理的方式，記錄和 更新SCADA系統等目標軟件的IP、端口等通信參數信息；
(2)通信套接字管理服務，執行具體的網絡連接、數據收發、緩沖管理等關 鍵通信功能。
4.數據封裝與解析服務組件
作為后臺通信服務組件的支持組件，主要用于對接收、發送的數據進行解析、 封裝處理，其中主要包括如下內容：
（1）數據緩沖管理服務，基于臨時緩沖機制，對接收或待發送的數據進行內 容管理，以及緩沖更新處理等；
（2）數據封裝、解析接口，基于自定義接口，實現數據內容的解析及網絡字 節流對象的封裝處理。
3.3.2類結構設計
按照系統的通信功能方案及其包含的功能組件，采用C#類結構封裝技術進行 分析，將各個功能組件進行類結構拆分和定義，如圖 3-5 所示。
圖 3-5 系統通信功能 C# 類結構
圖3-5中包含的各個C#類定義思路及內容說明如下：
1.EventDelegateService 事件委托功能類
對 Event/Delegate 服務組件的功能進行封裝，其中定義 Event 事件對象列表屬 性，并按 Event 事件對象的啟動、監聽、回調等過程，設置對應的成員方法接口列 表，實現數據采集過程中的數據實時監聽。
2.ControlCodeService 控制指令管理類 對控制指令管理組件的功能進行封裝，其中定義控制指令對象、控制參數信
息等屬性，并設置指令檢索、指令更新、指令參數配置、指令庫維護、指令庫下 發及反饋接收等方法接口列表。
3.CommunicatorService 后臺通信服務類
對后臺通信服務組件的功能進行封裝，基于 TCP 協議的 Socket 套接字建立和 SCADA 系統等軟件之間的通信服務，其中定義套接字列表、目標系統通信參數配 置文件路徑等屬性，并設置套接字初始化、配置文件讀取、目標系統連接、數據 收發等方法接口列表。
4.DataResolveService 數據封裝與解析功能類
對數據封裝與解析服務組件的功能進行封裝，其中定義用于數據收發的緩沖 對象、數據類型標記等屬性，并設置待發送數據字節流序列化、緩沖填充、接收 數據格式轉換、數據類型封裝、數據內容解析等方法接口列表。
3.3.3時序流程設計
在通信功能C#類結構設計工作基礎上，采用時序圖(Timing Diagram)作為 工具，考察各C#類的接口調用時序流程，進而分析通信功能的詳細設計。
通過分析通信功能的技術方案，及C#類結構的設計，時序流程如圖3-6所示。
圖 3-6 系統通信功能時序圖
按照圖3-6 中所示，在通信功能的時序流程中，按數據采集、遠程控制的后臺 通信服務，分別采用自定義的 EventDelegateService、ControlCodeService 服務類對 象處理：
1.數據采集功能的后臺通信
主要基于 EventDelegateService 類中封裝的 Event/Delegate 機制實現，并通過 CommunicatorService 和 DataResolveService 作為輔助類，完成對 SCADA 系統等軟 件的數據實時監聽和接收，其邏輯時序流程包括如下步驟：
(1)由系統后臺調用 EventDelegateService 的 initializeEventList()方法進行事 件對象列表初始化，并通過startEventListItem()方法，對初始化后的事件對象列表 進行監聽啟動。
(2)事件對象初始化之后，由.NET平臺的Event/Delegate機制按事件配置， 自動對 SCADA 系統等軟件中的變電站電力信息更新進行監聽，并在監聽成功后， 由系統自動基于callbackEventDelegate()方法，啟動事件對象的自定義委托方法回 調流程。
(3)在委托回調中，通過CommunicatorService的recvData()方法，從目標系 統接收數據更新。接收之前，首先通過connectTargetSystem()方法，對目標系統進 行網絡連接。
(4)數據接收完成之后，通過DataResolveService類的resolveRecvData()進行 數據解析處理，并將格式化解析結果返回系統，通過ADO.NET功能組件，對數據 進行后臺保存。
2.遠程控制功能的后臺通信
基于 ControlCodeService 類中的控制指令管理接口，在 CommunicatorService 和DataResolveService類的支持下，向SCADA系統等軟件發送控制指令，并接收 控制反饋結果，其邏輯時序流程包括如下步驟：
(1)在接收到變電站管理人員的控制操作請求之后，由系統在后臺調用指令 服務類ControlCodeService的sendCode()方法進行指令發送。
(2)在發送過程中，首先按控制詳情，調用configTargetCodeParameter()方法 對控制指令進行檢索和參數配置處理。
(3)控制指令配置完成之后，調用CommunicatorService的sendData()方法進 行指令發送，邏輯過程和數據采集功能的通信服務相同。
(4)指令發送之后，調用recvFeedback()方法監聽目標系統反饋的控制操作 結果。最后在接收到操作結果之后，通過 DataResolveService 類的 resolveRecvData() 解析接收到的控制操作反饋結果，并將其返回到邏輯調用方進行展示。
3.4功能模塊設計
在后臺通信功能方案基礎上，本節對系統的數據采集、遠程控制功能進行詳 細設計，包括其功能邏輯方案、C#類結構及類方法接口的時序調用邏輯關系等， 為系統功能編碼提供支持。
3.4.1數據采集模塊設計
1.功能方案設計
數據采集模塊主要基于通信功能服務中的 Event/Delegate 服務組件，利用 TCP 協議 Socket 套接字作為通信基礎，對 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件 中的變電站電力信息數據動態更新情況進行在線監聽。在監聽成功之后，通過 Event 對象的 Delegate 委托接口，獲取更新到的數據。
因此，在數據采集模塊的功能方案設計中，主要集中在和通信功能服務的接 口設計，以及按數據采集類型的初始化處理、采集結果的存儲、可視化展示等方 面。根據數據采集的類型進行 Event 對象列表定義，其中主要包含管理事項、事件 信息、裝置信息、故障信息、負載信息等。
基于上述分析得到其功能方案如圖 3-7 所示。
圖 3-7 數據采集模塊功能方案
按照圖3-7 所示，數據采集模塊的功能方案中主要包括如下組件：
（1）客戶端組件 主要用于客戶端的用戶交互操作，包括管理事項、事件信息、裝置信息、故 障信息、負載信息等數據采集結果的查看、應用、導出等服務操作的窗體。
（2）數據采集功能主服務組件 實現對數據采集模塊的服務器端功能進行后臺調度管理，通過和通信功能服 務的接口調用和功能映射，實現對Event/Delegate服務的調用管理，從而獲取對應 的數據采集結果，并基于 ADO.NET 組件實現數據庫存儲。
數據采集功能主服務組件中主要包括如下內容：
①監聽數據類型列表管理，通常情況下不需要更新，對本系統需采集的數據 類型進行管理維護。
②通信功能服務中的 Event/Delegate 服務的 Delegate 委托方法接口定義，封 裝和 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件之間的數據交互邏輯，是其中的核 心功能。
③數據采集結果的存儲服務，包括和通信功能服務的數據封裝解析服務的交 互接口定義、基于ADO.NET組件的數據采集結果后臺存儲服務等，用于在本系統 中構建數據采集結果邏輯視圖。
（3） 監聽數據類型定義組件 作為數據采集功能主服務組件的輔助性功能，主要通過和通信功能服務進行
交互，在初始化階段對其中的數據采集監聽Event及其Delegate接口，按需采集的 數據類型進行個性化定義。
（4） 數據采集可視化服務組件
主要用于為客戶端的管理請求提供反饋支持，基于數據采集結果及ADO.NET 組件接口，實現對數據庫中的數據采集結果進行檢索、封裝、格式轉換等，并通 過客戶端/服務器通信服務組件，發送到客戶端進行展示。
（5） 客戶端/服務器端通信服務組件
連接客戶端、服務器端的后臺通信服務，同樣基于TCP協議的Socket套接字 服務封裝，是系統的軟件功能服務中的通用服務組件。
2.C#類結構設計 按照數據采集模塊的功能方案設計，針對各個功能組件進行類結構的分析， 其設計核心在于對數據采集功能服務和通信功能服務的接口調用及映射、數據采 集結果管理、客戶端和服務器端的通信功能、Event/Delegate服務的初始化管理等, 由此得到其C#類結構如圖3-8所示。
圖 3-8 數據采集模塊 C# 類結構
按圖3-8所示，數據采集模塊C#類結構中主要包括如下內容：
（1） ServiceInitialize 數據采集服務初始化類 實現數據采集功能主服務組件中的初始化功能，包括監聽數據列表的維護、
對通信功能服務中的 Event 及其 Delegate 代理接口的定義和關聯等。其中定義采集 數據類型列表、代理方法接口列表等屬性，并設置采集數據類型維護、代理方法 接口維護及數據采集服務啟動等方法。
（2） CollectDataService 數據采集結果管理類 主要用于對數據采集結果的保存、在線查看、應用、導出、裝載等處理，基
于和通信功能服務的接口交互，對采集數據進行解析和保存處理，從而提供查看、 應用、導出、裝載等功能。其中定義采集數據緩沖、類型標記等屬性，并設置數 據采集結果的解析、保存、查詢、應用、導出、裝載等方法。
（3） ClientServerCommunicator 客戶端/服務器通信類
實現系統客戶端和服務器后臺的通信功能，其中采用TCP協議套接字，按照 通信功能服務類似的邏輯，建立數據交互的通信通道。其中定義套接字對象、緩 沖、管理參數標記等屬性，并設置連接服務器、交互數據收發、緩沖和解析處理 等方法。
（4）ClientForm<Form>客戶端窗體類
基于.NET平臺Form窗體組件，通過類結構繼承方式，構建客戶端中的窗體 交互服務。按照數據采集模塊的內部功能，包含管理事項、事件信息、裝置信息、 故障信息、負載信息等數據采集結果的查看、應用、導出等服務操作窗體類。
3.時序流程設計
同樣基于時序圖技術，按照數據采集模塊的C#類結構設計，分析其功能時序 流程，其中的采集數據結果查看、應用、導出、裝載等功能的時序流程如圖 3-9 所示。
圖 3-9 數據采集模塊功能時序圖(采集結果應用)
按照圖 3-9 所示，對于數據采集結果的應用處理，主要是由終端用戶(變電站 管理人員)基于客戶端窗體發起管理請求，服務器后臺通過Servicelnitialize類對 象進行響應處理，具體的查看、應用、導出、裝載等功能，則通過 CollectDataService 服務類對象進行處理：
(1)根據用戶的客戶端界面操作，通過ctrlDelegate<>()方法在后臺調用操作 控件的委托響應方法，發起管理請求。
(2)管理請求通過客戶端的ClientServerCommunicator服務類和服務器進行 通信，采用其sendMsgToServer()方法向服務器發送管理請求及其參數，管理請求 和參數基于fillMsgBuffer()進行緩沖填充。
(3)服務器端接收到采集結果應用的管理請求之后，按管理類型及參數在 ServiceInitialize 類的委托接口映射支持下，通過 CollectDataService 服務類對象的 queryCollectData()方法、collectDataApplication()方法、exportCollectData()方法、 loadCollectData()方法等，對數據庫中保存的采集結果進行查詢、應用、導出、裝 載等功能響應。
(4)上一步的邏輯處理結果由服務器端通過 ClientServiceCommunicator 類對 象的sendMsgToClient()方法，在TCP協議Socket套接字的支持下，反饋到客戶端 交互界面中進行展示，從而完成數據采集結果的應用響應。
為了實現上述功能，需在服務器端對采集服務進行后臺管理，作為采集結果 應用的后臺支持，此部分功能由系統后臺處置，基于回調機制在服務器啟動之后 自動進行邏輯加載，其功能時序流程如圖 3-10 所示。
圖 3-10 數據采集模塊功能時序圖(采集服務管理)
按圖 3-10 所示，數據采集模塊中的采集服務管理的功能時序流程主要包括如 下步驟：
(1)在系統服務器啟動過程中，按 Windows Service 服務配置，自動由系統 回調 Servicelnitialize 類的 startDataCollectService，對采集服務進行啟動。
(2)在啟動時，首先通過 maintainEventDelegateInterface()方法將 SCADA 系 統、電網調度自動化平臺等軟件的數據更新監測事件及其委托方法接口進行配置 維護，從而實現采集服務的啟動。
(3)隨后，在 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件的數據出現更新時， Event/Delegate 機制自動由系統啟動，回調其 Delegate 接口，啟動數據采集結果的 通信、解析、保存等邏輯。
(4)在上述邏輯處理過程中，系統通過saveCollectData()方法進行數據采集 結果保存，數據的解析則基于resolveCollectData()方法，按數據類型進行數據解析, 得到待保存采集數據。
( 5)最后，由 CollectDataService 服務類對象調用 ADO.NET 組件接口，將數 據采集結果保存到后臺數據庫中，作為數據采集結果查看、應用、導出、裝載的 數據基礎。
3.4.2遠程控制模塊設計
1. 功能方案設計
遠程控制模塊以通信功能服務為基礎，通過向 SCADA 系統、電網調度自動化 平臺等軟件下發變電站控制指令，從而實現統一的開關、刀閘、線路、母線、電 力設備、變壓器、電容電抗器、廠站、分區等硬件設備、變電區域的運行狀態、 參數等的遠程更改等功能。
因此在其功能方案設計中，與通信功能服務之間的接口設計、遠程控制邏輯 調度、客戶端交互等是其功能核心。
遠程控制模塊的數據流主要是從本系統到 SCADA 系統、電網調度自動化平臺 等下行路徑，因此參照數據采集模塊的上行路徑進行類似的分析和設計，得到其 功能方案如圖 3-11所示。
圖 3-11 遠程控制模塊功能方案
按照圖 3-11 所示，遠程控制模塊中的功能組件主要是主服務組件，同時包含 用戶交互的客戶端組件、客戶端/服務器通信服務組件等，其組件的內容及設計方 法和數據采集模塊完全相同。
對于遠程控制模塊中的操作響應、控制指令下發、控制反饋接收等功能，均 基于通信功能服務的接口調用和服務映射進行處理。在主服務組件中，按具體的 變電站電力信息管理情況，封裝針對指令庫的維護功能。
2. C#類結構設計
由于遠程控制模塊和數據采集模塊中均包含了客戶端、客戶端/服務器通信服 務組件等，區別在于其主服務內容存在不同。因此，在C#類結構設計中采用類似 的設計思路與方法進行，按主服務中的內容封裝對應的類結構。客戶端服務和客 戶端/服務器通信服務分別基于 Form 服務及圖 3-8 中的 ClientServerCommunicator 類實現。
基于上述分析，得到遠程控制模塊的C#類結構如圖3-12所示。
圖 3-12 遠程控制模塊 C# 類結構
按圖 3-12 所示，遠程控制模塊類結構中的關鍵為 StationControlService 遠程控 制服務類，其余的類結構和數據采集模塊類似。
在 StationControlService 類中主要封裝了遠程控制主服務組件中的通信功能服 務接口調用和映射處理、指令庫的維護管理功能。
其中設置控制指令對象、控制反饋結果緩沖、控制類型等成員屬性，并按遠 程控制操作類型分別設置控制類型更新、控制指令填充、控制指令下發、控制反 饋接收等方法接口。對于控制指令庫的管理，則通過其中的控制指令增刪改查等 方法實現。
同時，為了實現統一的控制操作，在遠程控制模塊中對 SCADA 系統、電網調 度自動化平臺的控制指令進行一體化設計，按各軟件實際的遠程操作下發指令內 容，設計如下指令格式：
“指令編號目標系統編號目標系統IPI目標系統接口 I指令內容I類型列表”
在上述指令格式中，通過“|”字符進行分割，其中的“指令內容”是指 SCADA 系統等軟件實際下發的控制指令，“類型列表”是指可進行控制的操作類型標記， 和具體的軟件相關。
在控制指令的更新過程中，本系統通過目標系統的編號、IP地址、功能調用 接口標記等進行指令檢索，并讀取其中的指令內容，并按“類型列表”字段進行 指令更新，最終得到所需下發的指令字符串。
3.時序流程設計 遠程控制模塊中的開關、刀閘、線路、母線、電力設備、變壓器、電容電抗 器、廠站、分區等硬件設備、變電區域的運行狀態、參數等的遠程更改等功能均 基于 StationControlService 服務類對象實現，其邏輯流程完全相同，區別在于下發 的控制指令及其管理參數存在差異。
遠程控制模塊的功能時序流程如圖 3-13 所示。
按照圖3-13 所示，遠程控制模塊功能時序流程中主要包括如下步驟：
(1)變電站管理人員在客戶端窗體中發起遠程管理操作，系統基于 Form 窗 體控件接收遠程控制請求。
(2)隨后通過 Form 窗體中的控件委托接口，在其中獲取管理請求，并封裝 其管理參數。
(3)在客戶端完成管理參數封裝之后，調用 ClientServerCommunicator 類對 象的sendMsgToServer()方法，向服務器發送遠程控制請求。
(4)在服務器端，由 StationControlService 服務類對象的 sendControlCode() 方法，基于 3.2 節中的通信功能服務接口，進行控制指令的檢索和下發。控制指令 的內容填充則通過fillControlCode()方法進行更新，同時通過updateControlType() 方法對控制類型進行設置。
(5)通過將控制指令下發到 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件之后， 調用recvControlFeedback()方法，從上述軟件中接收遠程控制結果。
(6)在接收到SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件的變電站遠程控制 反饋結果之后，調用 ClientServerCommunicator 類對象的 recvMsgFrmServer()方法， 將反饋結果基于TCP協議Socket套接字，返回到客戶端中進行界面展示。
3.5數據庫設計
本系統采用SQL Server數據庫管理維護數據采集結果、控制指令及其他相關 的配置參數信息等。因此數據庫設計是系統設計工作的重要內容。在具體設計中， 采用邏輯設計、物理設計的方法，首先采用E-R(Entity Relationship)實體關系圖 的方式構建系統的數據邏輯結構；隨后，通過對E-R圖進行邏輯拆分、合并等處 理，按照SQL Server數據庫的定義規范，設計數據庫中的各個數據表結構，包括 其元組列表、數據類型、約束關系等。
3.5.1邏輯設計
通常情況下，數據庫的邏輯設計是在概念設計之后進行，并且E-R圖是概念 設計階段的產物。但是由于本系統的后臺數據庫邏輯結構相對簡單，因此本文將 其概念設計和邏輯設計階段的工作進行合并，并統一采用E-R圖的方式進行展示 和說明。
在數據邏輯結構的分析設計中，主要考察本系統所需管理維護的業務數據類 型，并封裝為對應的數據實體。同時對各類數據之間的邏輯關系進行考察，建立 各個數據實體之間的邏輯關系。在此基礎上得到系統的 E-R 圖。
按照本系統的內部功能結構，結合變電站電力信息管理業務的具體內容和流 程，可以得到其中的主要數據類型包括事項信息、事件信息、同期信息、列表信 息、自動裝置信息、減載信息、故障信息、控制指令等，SCADA系統、電網調度 自動化平臺等交互軟件的通信配置信息，采用控制指令進行標記。上述數據類型 全部基于變電站作為基礎，建立對應的邏輯關聯。
采用 E-R 圖的方式，對上述數據類型進行實體封裝，構建各實體之間的邏輯 關系，得到系統的數據 E-R 結構圖如圖3-13 所示。
按照圖 3-13 所示，對于變電站的關聯信息，其中的事項信息主要分類為 DTS 消息、調度事項、歷史報警、潮流迭帶信息、潮流錯誤信息；列表信息按類型劃 分為區域、廠站、開關、刀閘、母線、電力設備、負荷、線路、端點等；自動裝 置信息則包含了動作策略、量測設備、充電條件、動作設備等；減載信息按類型 劃分為低頻減載、低壓減載；控制指令按照具體的管理對象，劃分為開關指令、 刀閘指令、線路指令、母線指令、電力設備指令、變壓器指令、符合指令、電容 電抗指令、廠站分區指令等。
3.5.2物理設計
數據庫的物理設計是指按數據庫工具的技術規范，設計具體的數據表結構。 本節按照系統的數據庫邏輯設計，簡要介紹和展示部分數據表結構的設計。
由于SQL Server數據庫支持中文字段，因此從可讀性的角度考慮，本系統的 所有數據表字段均采用中文定義。
1.DTS 消息數據表
在DTS消息數據表中主要存儲事項信息中的電網響應數據，例如保護動作信
息、開關跳閘信息、自動裝置動作信息等事項數據，其結構如表3-1 所示。
表 3-1 DTS 消息數據表
字段定義 字段數據類型 允許為空 字段說明
消息編號 int N 主鍵，系統自動生成自增型整數
消息時間 time N 消息產生的序列時間
消息類型 int N 外鍵，消息類型編號
相關廠站 int N 外鍵，消息關聯的廠站編號
消息內容 varchar（100） N 消息的具體內容
2.事件數據表
在事件數據表中主要存儲變電站的內置裝置/設備產生的業務事件數據，以及 管理人員手動裝載的事件信息，其結構如表3-2所示。
表 3-2 事件數據表
字段定義 字段數據類型 允許為空 字段說明
事件編號 int N 主鍵，系統自動生成自增型整數
設備類型 int N 外鍵，事件關聯設備的類型編號
關聯廠站 int N 外鍵，事件關聯的廠站編號
事件類型 int N 外鍵，事件類型編號
執行時間 time N 消息產生、執行、裝載的序列時間
設備名稱 varchar（50） N 事件關聯的設備名稱
事件詳情 varchar（100） Y 事件的具體內容
3.同期數據表 在同期數據表中主要記錄了針對變電設備進行同期操作過程中，其開關雙側 電壓、相角、頻率的差異情況，其結構如表 3-3 所示。
表 3-3 同期數據表
字段定義 字段數據類型 允許為空 字段說明
數據編號 int N 主鍵，系統自動生成自增型整數
操作時間 datetime N 同期操作的時間戳
設備編號 int N 外鍵，同期操作的變電設備編號
電壓 1 float（6,2） N 同期操作前的電壓值
電壓 2 float（6,2） N 同期操作后的電壓值
電壓差 float（6,2） N 同期操作前后的電壓差值
相角 1 float（6,2） N 同期操作前的相角值
相角 2 float（6,2） N 同期操作后的相角值
相角差 float（6,2） N 同期操作前后的相角差值
頻率 1 float（6,2） N 同期操作前的頻率值
頻率 2 float（6,2） N 同期操作后的頻率值
頻率差 float（6,2） N 同期操作前后的頻率差值
4.量測設備數據表
在量測數據表中主要保存變電站自動裝置的量測設備相關信息，包括其采樣 類型、符號、限值、延時等，其結構如表3-4 所示。
表 3-4 同期數據表
字段定義 字段數據類型 允許為空 字段說明
序號 int N 主鍵，系統自動生成自增型整數
裝置編號 int N 外鍵，量測設備關聯的自動裝置編號
裝置名稱 varchar（50） N 量測設備關聯的自動裝置名稱
投退序號 int N 量測設備關聯的自動裝置投退序號
設備類型 int N 外鍵，量測設備的類型編號
所屬廠站 int N 外鍵，量測設備關聯的廠站編號
設備名稱 varchar（50） N 量測設備的詳細名稱
采樣類型 int N 量測設備的采樣類型（電壓、電流等）
符號 int N 量測設備的采樣數值符號
限值 int N 量測設備的采樣限值
延時 int N 量測設備的采樣延時，單位：毫秒
5.故障數據表 在故障數據表中存儲了公司變電網中發生的相關故障信息，其結構如表 3-5 所示。
表 3-5 故障數據表
字段定義 字段數據類型 允許為空 字段說明
故障編號 int N 主鍵，系統自動生成自增型整數
裝置類型 int Y 外鍵，發生故障的電氣裝置類型編號
設備名稱 int N 發生故障的電氣裝置/設備全稱
發生時間 datetime N 故障發生的具體時間
故障類型 int N 外鍵，故障的類型編號
故障狀態 int N 故障當前的處置狀態
故障描述 varchar（100） Y 故障內容及類型的詳細描述
3.6本章小結
本章在系統需求分析工作的基礎上，按照系統的功能目標，利用軟件設計技 術和工具，包括UBD軟件模式等，對系統進行了詳細設計，包括系統的總體設計、 通信功能設計、功能模塊設計及數據庫設計等。
第四章 變電站電力信息管理系統實現
本章按照系統的功能設計和數據庫設計，采用.NET平臺的C#開發技術對系統 進行功能實現，介紹系統的實現環境、通信功能的實現方法，以及系統各功能模 塊的實現過程及結果等。
4.1實現環境
本系統采用.NET平臺進行開發實現，編程語言采用C#語言。本章在系統功能 設計的基礎上，按照通信功能服務及針對變電站管理人員的數據采集模塊、遠程 控制模塊的C#類結構、功能時序流程，分析其功能實現思路、關鍵代碼等，并展 示說明系統的功能界面。在開發過程中，按照.NET平臺的技術框架，以及其中的 C/S 分布式軟件開發原理，結合本系統的功能開發要求及技術方案，采用如下開發 環境配置：
1..NET 平臺框架：.NET Framework 4.5
2.IDE 工具：Visual Studio .NET 2014
3.編程語言： C#.NET
4.數據庫： SQL Server 2016
5.服務器操作系統： Windows Server 2014
6.客戶端操作系統： Windows 7 Professional 64位
7.服務模式： Windows Service 模式
在上述開發環境的支持下，通過Visual Studio集成開發工具，對客戶端的Form 窗體進行布局和控件開發，對服務器端的通信功能服務，以及數據采集和遠程控 制模塊進行編碼研發。由于系統客戶端的Form窗體開發主要集中在Visual Studio 的窗體控件拖放及內部控件的設置、事件委托接口開發中，其技術難度較低，因 此在本文中主要研究基于 Windows Service 模式的服務器端功能的實現研究。
4.2通信功能實現
通信功能服務主要用于本系統和SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件之 間的跨平臺交互，包括數據采集結果的獲取、遠程控制指令的下發、控制反饋結 果的獲取等。
按照通信功能服務的設計，其實現技術采用的是.NET平臺中提供的TCP協議 Socket套接字技術。因此參照通信功能服務的C#類結構及功能時序流程，包括數 據采集的后臺通信功能和遠程控制功能的實現兩個方面：
1. 數據采集的后臺通信功能實現
在功能實現中主要通過 EventDelegateService 類構建 Event/Delegate 服務框架， 在 CommunicatorService 和 DataResolveService 類的輔助下，實現對 SCADA 系統、 電網調度自動化平臺等軟件的數據更新動態監聽。
（1）功能實現流程 通過對其功能時序流程進行細化，考察時序流轉過程中的類結構方法接口內 部代碼邏輯流程，得到其功能實現流程如圖 4-1 所示。
圖 4-1 數據采集的后臺通信功能代碼實現流程
按圖 4-1 所示，數據采集的后臺通信功能采用 ListArray 列表對象進行 Event 事件列表的管理。按照待采集的數據類型及其所在的軟件配置參數，對 Event 對象 進行實例化、Delegate接口配置、監聽啟動。當目標數據更新時，Event對象自動 觸發，并回調其 Delegate 接口。在 Delegate 接口中進行 Event 緩沖的讀取、格式 化、數據庫存儲等，實現從 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件中獲取本系 統需要采集的變電站電力信息管理業務數據。
（2）關鍵代碼
按圖 4-1 所示，在功能實現中主要包括如下關鍵代碼：
//Event 事件對象的定義、初始化、接口配置等
foreach(Event event in listArray<Event>){
〃按數據采集類型，對列表中的Event對象進行配置 event.EventType.Set(sys.ConfigApplication(path.Xml.Node(i, “type”))); event.EventArgument[“Platform”].Value.Set(...);〃 目標平臺設置 ……//采集參數配置調用數據采集模塊代碼實現
//Delegate 委托接口配置
event.Delegate += communicatorService.recvData();
i++；〃事件次序標記后移
}
在完成Event事件對象的初始化配置之后，通過其Start()方法進行事件啟動， 按其配置對SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件的數據更新事件進行監聽。 當監聽成功之后，自動通過Communicatorservice類對象進行跨平臺數據通信處理, 通過如下代碼獲取目標數據：
〃通過TCP協議Socket套接字進行數據接收
tcpSock.EndPoint.Fill(server.Ip, server.Port);
//目標系統連接
tcpSock.Connect();
//讀取 Event 事件對象的緩沖 bytesBuffer.FillWithByteSerial(event.EventBuffer(0, EventBuffer.BufferSize)); 隨后，通過 DataResolveService 類格式化讀取結果，并通過 ADO.NET 組件接 口進行數據庫保存。格式化處理的方式按字節流緩沖中的數據類型標記進行，封 裝為 switch/case 分支語句，按各標記分別處理即可。其中的數據采集結果存儲的 主要代碼如下：
//利用 SqlCommand 服務對象進行 SQL 指令的更新 sqlCmd.CommandType.Set(CommandType.Insert);// 類型配置 sqlCmd.CommandString = “INSERT INTO …VALUES” +values;//SQL 語句 //數據庫連接對象更新
sqlCmd.Connection = conn;
〃通過SQL接口按SQL語句存儲采集結果
sqlCmd.ExecuteWithNonQuery();
按照上述代碼進行處理之后，可以基于Event/Delegate服務從SCADA系統、 電網調度自動化平臺等軟件中的數據更新情況進行監測，并將更新結果讀取到本 系統，對其進行格式化處理之后保存到數據庫中，作為數據采集模塊中的數據查 看及其他應用的基礎。
2. 遠程控制的后臺通信功能實現
對于遠程控制的后臺通信，主要通過 ControlCodeService 類中的控制指令管理 接口，在 CommunicatorService 和 DataResolveService 類的支持下，向 SCADA 系 統、電網調度自動化平臺等軟件發送控制指令，通過這些軟件對變電站的相關設 備、裝置進行狀態更改、配置等，最后接收控制反饋結果。
按照其功能時序流程設計，考察時序流轉過程中的類結構方法接口內部代碼 邏輯流程，得到其功能實現流程如圖 4-2 所示。
圖 4-2 遠程控制的后臺通信功能代碼實現流程
按照圖 4-2 所示，遠程控制的后臺通信功能主要是通過控制的要求，進行控制 指令的檢索、參數配置。
隨后，按照目標系統的 IP 地址、端口等通信參數，封裝為 EndPoint 節點，并 通過 TCP 協議的 Socket 套接字對象進行連接和指令下發。最后，接收目標系統返 回的控制操作結果。
（2）關鍵代碼
在功能代碼中，控制指令相關的處理主要通過 ADO.NET 組件的數據檢索接口 實現，控制指令管理則通過遠程控制模塊實現。 因此其關鍵代碼主要集中在基于 Socket 套接字的通信服務過程中，其核心代 碼如下：
//創建目標系統的 EndPoint 節點對象
endPoint.IpAddr = sys.ConfigApplication(path.Xml.ItemNode(systemName)[1]); endPoint.Port = Int32.Convert(
sys.ConfigApplication(path.Xml.ItemNode(systemName)[1]), ConvertType.ByteSerialization(), true);
在得到 EndPoint 對象之后，通過如下代碼進行目標系統連接和控制指令的網 絡發送：
try{
socket.Connect(endPoint, localHost); //發送控制指令，并設置控制反饋信息的回調接口 socket.Send(codeByte, codeByte.Buffer.Size(), recvSocket);
}catch(SocketException ex){ …//連接失敗及異常捕獲
}
通過上述代碼進行控制指令發送之后，SCADA系統、電網調度自動化平臺等 軟件的反饋信息通過 recvSocket 套接字對象進行接收。
4.3功能模塊實現 在通信功能服務開發的基礎上，本節對數據采集模塊、遠程控制模塊的功能 實現流程、關鍵代碼進行分析，并展示說明其中的部分功能界面。
4.3.1數據采集模塊實現
數據采集模塊中包括了采集服務管理及采集結果應用，前者是指基于.NET平 臺的 Event/Delegate 機制對數據采集過程進行調度的管理，后者是指基于保存到數 據庫中的數據采集結果的查看、導出、裝載等應用處理。
1.功能實現流程 (1)采集服務管理功能實現流程
采集服務管理是數據采集模塊的后臺功能，通過系統后臺的回調機制以自啟 動的方式，在通信功能服務的支持下，構建和SCADA系統、電網調度自動化平臺 等軟件之間的數據交互服務體系，獲取本系統需要采集的變電站電力信息業務數
據，例如事項數據、事件數據、同期數據、減載數據等。
在功能實現中，主要的工作包含對通信功能服務中的 Event/Delegate 的配置、 采集功能服務的啟動配置、數據采集結果的格式化存儲等，其功能實現流程如圖 4-3 所示。
圖 4-3 采集服務管理功能代碼實現流程
按照圖 4-3 所示，采集服務管理功能是通過自啟動的 Windows Service 服務配 置功能，按照 Event/Delegate 參數及接口信息進行讀取和配置，對通信功能服務進 行初始化，為后續的數據采集和存儲提供基礎。
其中的Event/Delegate參數及接口信息按照采集數據的來源系統及系統參數進 行設置，具體如表 4-1 所示。
表 4-1 數據采集來源系統及參數表
目標系統 采集數據 目標系統參數
SCADA 系統 運行狀態數據、故障數據 網絡 IP： 10.0.11.*,數據庫：Oracle
電網調度自動化平 臺 事項數據、事件數據、同期 數據、故障數據 網絡 IP： 10.0.17.*，數據庫： Oracle
變電網運維系統 變電網基礎信息、運行狀態 數據、故障數據 網絡 IP： 10.0.13.*，數據庫： Oracle
電力采集系統 運行狀態數據、事項數據、 事件數據、故障數據 網絡 IP： 10.0.2.*，數據庫： Oracle
開關管理系統 減載數據、運行狀態數據 網絡 IP： 10.0.10.*，數據庫： MySQL
變電故障管理系統 運行狀態數據、故障數據 網絡 IP： 10.0.1.*，數據庫： SQL Server
續）表 4-1 數據采集來源系統及參數表
目標系統 采集數據 目標系統參數
變電網調試系 統 事項數據、事件數據、同期 數、運行狀態數據 網絡 IP： 10.0.17.*,數據庫：SQL Server
在實現中，通過將表4-1中的各個系統數據庫網絡IP、數據庫管理端口及采 集數據關聯的物理表名稱等，記錄在本系統數據中。
在本系統的后臺服務啟動調用時，讀取上述配置數據，并通過.NET平臺中的 Event/Delegate創建事件委托服務，事件類型為FileSystemMonitorEvent,即文件系 統監測事件。
通過該類型的事件對象，可以設置待監測的文件系統對象，當其中的數據出 現變化時， FileSystemMonitorEvent 事件對象自動觸發，并調用其關聯的 Delegate 委托接口。
所有 Event 的委托接口均設置為通信功能服務的 EventDelegateService 類的 callbackEventDelegate（）方法，在該方法中利用TCP協議Socket套接字默認讀取數 據，并關聯存儲到 Event 事件對象屬性中，讀取和解析、保存該屬性即將采集數據 保存到本系統數據庫中。
（2）采集結果應用功能實現流程 采集結果應用功能主要是指利用已保存到數據庫中的信息，為變電站管理人 員提供終端操作支持。在功能實現中主要基于 ADO.NET 組件進行數據庫的檢索操 作和應用，其功能實現流程如圖 4-4 所示。
圖 4-4 采集結果應用功能代碼實現流程
按圖 4-4 所示，采集結果應用功能主要基于變電站管理人員的操作請求，通過 SQL 指令進行數據庫檢索。隨后按數據的查看、導出、裝載等管理類型，利用檢 索結果進行處理，并將處理結果返回到客戶端。其中，數據的導出功能實現采 用.NET平臺中的Office Com組件，基于EXCEL表格文件的方式導出到客戶端的 本地文件目錄下。
2.關鍵代碼
(1)采集服務管理功能關鍵代碼 在采集服務管理功能的實現中，通過如下代碼對系統后臺服務進行自啟動配
置處理：
this.SystemService.StartMode.Set(ServiceMode.Auto);
對于 Event/Delegate 的初始化處理，則通過表 4-1 中的參數表數據進行配置， 其關鍵代碼如下：
fileSystemMonitorEvent.EventArgument.Set
(
systemEndPoint.IpAddress;// 目標 IP 地址 systemOs.Name;// 目標系統 OS systemDataB ase.Type;// 數據庫類型 systemDataBase.ManageService.Default.Port;// 管理端口 dataPath.FileSystem.Path(...);〃待監聽的數據表文件路徑集合
);
//委托 Delegate 接口配置 fileSystemMonitorEvent.Delegate += this.SystemApplication.Interface(
EventDelegateService::callbackEventDelegate()); //啟動數據采集的監聽服務 fileSystemMonitorEvent.Start();
通過上述代碼的執行，可以對SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件中的 變電站電力信息的更新進行事件監聽，并在監聽成功之后自動通過通信功能服務 中的 EventDelegateService::callbackEventDelegate()接 口進行數據采集、解析以及數 據庫保存，為采集結果應用提出數據支持。
(2)采集結果應用功能關鍵代碼
采集結果應用功能的實現主要基于ADO.NET組件中的SQL指令接口實現， 其實現難度較低，因此下面主要介紹數據采集結果的EXCEL導出功能的實現，其 關鍵代碼如下：
〃加載用于采集數據導出的Office Com組件
exportService = this.SystemService.Interface.Load (Adcp.Off!ce.Com.Initialization());〃 系統功能路徑
//創建用于導出的 EXCEL 文件對象 exportService.ServiceInterface(excelFilePath);
...//EXCEL文件對象的格式初始化，本系統采用默認配置
//導入數據
foreach(DataLine dl in rDataTable){
//逐行讀取保存在數據列表對象中的數據行，逐單元格寫入文件 exportService.FileObject(FileType.Excel).WriteLine(dl);
}
通過上述代碼將待導出的數據寫入EXCEL文件，隨后通過exportService對象 的 Save 接口進行內容保存。隨后， 通過讀取該文件的數據流對象， 通過 ClientServerCommunicator 客戶端/服務器通信功能類，逐字節傳輸到客戶端。
3.運行界面 在數據采集模塊的運行界面中主要包含了管理事項、事件信息、裝置信息、 故障信息、負載信息等數據的在線查看、應用、導出、裝載等操作界面。其中， 事項信息管理界面如圖4-5 所示。
DTS事攻列表
DTSitMK |阪*項寰|歷史報診宸|癒迭帝債息表|礙櫓演信息表I
圖 4-5 事項信息管理界面
在圖4-5 中，系統通過事項列表的方式，對變電站管理人員選擇的變電站消息 數據、調度事項數據、歷史報警數據、潮流迭帶數據、潮流錯誤數據等事項信息 進行列表展示。
事件數據管理的界面如圖4-6所示，在其中系統以列表形式將所選變電站的事 件信息進行展示，并提供裝載、保存等管理操作接口。
事件列表
設備類型時間類型 執行時間 設備 事件
線路 立即執行 00:00:00. 000 腺鐵線 線路故障設置
開關 立即執行 00:00:00. 000 北站220kV滕湖線216開關 開關分
母線 按相對時間 00:00:05. 000 囪E站220kV*誨線 母線故障設置
I就地裝載11就地保存11劇除11淸空11發送11全部發送11關閉I
圖 4-6 事件數據管理界面
同期數據查看界面如圖4-7所示，系統將所選開關關聯的變電裝置在操作前后
的電壓、相角、頻率等同期數據的差異情況進行界面展示。
低頻低壓減載數據管理界面如圖4-8 所示。
在圖 4-8 中，系統按照低頻、低壓減載類型展示減載數據，并提供基于減載輪 次的管理操作接口，其中的投運、停運、服務等操作由遠程控制模塊中的控制指 令下發邏輯實現。
4.3.2遠程控制模塊實現
遠程控制模塊中實現了對變電網中的開關、刀閘、線路、母線、電力設備、 變壓器、電容電抗器、廠站、分區等硬件設備、變電區域的運行狀態、參數等的 遠程更改等。在功能實現中，主要通過向 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟 件發送控制指令，由這些軟件作為中間件基于電力通信網向變電站發送控制指令， 從而實現同一的遠程控制。
1.功能實現流程
按照遠程控制模塊的功能時序流程，在實現中主要按照 SCADA 系統、電網調 度自動化平臺等軟件內置的變電站遠程操作功能，定義統一的操作指令，并按變 電站管理人員的操作請求，向對應的軟件系統發送控制指令，其功能實現流程如 圖 4-9 所示。
圖 4-9 遠程控制模塊功能代碼實現流程
按照圖 4-9 所示，遠程控制模塊功能實現的核心是按控制管理請求，定義可以 兼容 SCADA 系統、電網調度自動化平臺等軟件的控制指令。按照系統設計中定義 的指令規范，在實現中結合具體軟件的網絡參數及操作規范，其中的部分控制指 令定義如表 4-2 所示。
表 4-2 遠程控制功能部分指令表
指令類型 目標系統 指令字符串
分/重合閘 SCADA 系統、開 關管理系統 c021I#1(#7)IIP1(IP2)IIntercap(IP1/IP2)I"set/reset/stop"I#switch
故障設置 變電故障管理系 統 c017| #9|IP|Intercap(IP)|"set —f"+param[]| #device
保護設置 變電故障管理系 統、變電網運維 系統 c02I#9(#6)IIP1(IP2)IIntercap(IP1/IP2)I"protect -p"I#device
遠動設置 SCADA 系統、電 網調度自動化平 臺 c04I#1(#2)IIP1(IP2)IIntercap(IP1/IP2)I"distruct -u"I#device
測點設置 變電網運維系統 c06I#6IIP1IIntercap(IP1)I"set mes -tf "I#device
遙測設置 變電網運維系統 c07I#6IIP1IIntercap(IP1)I"set mes -tf -r"I#device
負荷調節 SCADA 系統 c010|#1|IP1|Intercap(IP1)|"load -u -l"|#device
參數設置 電網調度自動化 平臺、變電網運 維系統 c018I#2(#6)IIP1(IP2)IIntercap(IP1/IP2)I"set -p"I#device
在表 4-2 中，指令字符串的格式定義和 3.3.2 節中的指令規范相同，即“指令
編號目標系統編號目標系統IPI目標系統接口 I指令內容I類型列表”
基于上述控制指令定義，在遠程控制功能實現中，通過向對應的軟件系統下 發控制指令(指令定義中的雙引號內部字符串，并按“類型列表”進行指令參數 填充)，基于通信功能服務的跨平臺通信接口，間接通過SCADA系統等軟件實現 對變電站的遠程控制管理，例如設備的保護設置、開合閘、故障設置、參數設置、 遙測設置等。
2.關鍵代碼
按照遠程控制模塊的功能實現流程分析，其中的控制指令通過4.2節中的通信 功能服務實現。
因此，其開發工作的核心在于控制指令的填充過程，其中的部分關鍵代碼包 括如下：
//基于操作類型獲取目標系統信息
systemEndPoint= EndPoint(NetworkStream(codeString.Split(‘I', 0),
EndPointType.INTERCAP));
//填充遠程控制指令參數
codeParameters[0] = codeString.Split('|', 4);
codeParameters[1] = codeString.Split('|', 5);
//遠程控制指令封裝處理 codeNode.Fill(codeParameters[0], codeParameters[1], systemEndPoint);
通過上述代碼可以將待發送的控制指令保存在變量codeNode中，隨后根據 Windows Server操作系統下的批量操作指令進行再次封裝，作為通信功能服務的目 標數據，代碼如下：
codeObj.String.Fill(“System start service —p ”+codeNode);
在上述代碼中，利用Windows Server操作系統的System start service批處理命 令，將保存在 codeNode 變量的 systemEndPoint 子變量中的網絡參數及接口信息進 行讀取，并按codeParameters中保存的操作參數，啟動SCADA系統、電網調度自 動化平臺中的功能服務，從而實現對設備的保護設置、開合閘、故障設置、參數 設置、遙測設置等的遠程操作。
3.運行界面
遠程控制模塊中的開關設備分合閘操作界面如圖4-10 所示，在其中可以通過 選擇開關設備，設置分合閘操作的具體時間及操作類型，通過點擊“執行”之后， 基于通信功能服務的接口，向SCADA系統下發開關設備的分合閘操作指令，完成 對開關設備的遠程控制。
圖 4-10 開關設備遠程控制界面
線路重合閘操作的功能界面如圖4-11所示，在其中可以通過廠站及設備選擇 的方式，確定需要進行重合閘操作的變電線路。隨后，通過選擇線路的套別等信 息，對其進行域值的設置，基于域值的變更實現重合閘的操作，從而實現對變電 線路運行狀態的遠程控制。
圖 4-11 線路重合閘操作界面
電力設備運行數值的設置操作界面如圖4-12 所示，在其中通過選擇電力設備 設備，并對其設置生效時間、目標值等進行配置，點擊“執行”之后，實現對變 電站內的發電運行數值進行遠程設置。
圖 4-12 電力數值設置界面
變壓器負荷設置的操作界面如圖 4-13 所示，系統采用和電力設備數值設置類
似的方式，基于所選變壓器設備及生效時間、目標值等，對變壓器進行遠程配置。
圖 4-13 變壓器負荷設置界面
遠程控制模塊中的其他功能操作界面類似于上述效果，均基于所選廠站、臺 區、設備等，為變電站管理人員提供控制操作服務，按操作的具體參數，基于通 信功能服務，在SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件的支持下，間接實現對 變電站的設備、裝置、線路等進行遠程控制。
4.4本章小結
本章詳細分析了系統的功能實現思路、方法和效果。通過對系統的通信功能 服務實現過程進行分析，為數據采集、遠程控制模塊的實現提供支持。隨后按上 述功能模塊的方案設計，分析了其功能實現的詳細流程、關鍵代碼等，同時對其 運行界面效果進行了簡要展示說明。
第五章 變電站電力信息管理系統測試
本章對變電站電力信息管理系統進行測試分析，介紹系統的測試方法，并按 系統的內部功能，分別對其通信功能、模塊邏輯及性能表現進行驗證，分析系統 是否達到開發目標。
5.1測試方法
軟件測試方法主要分為黑盒、白盒測試法兩種：
1.黑盒測試法
以軟件需求為基準，由測試用戶終端操作或模擬操作為途徑，基于軟件反饋 結果進行基準驗證，測試軟件是否達到預期開發目標。
2 白盒測試法
以軟件需求為基準，按軟件代碼功能邏輯分支進行逐項覆蓋測試，通過調試 結果或軟件反饋結果為基準驗證，測試軟件是否達到預期開發目標。
通常情況下，黑盒測試法適用于功能相對簡單的交互型軟件，或規范的業務 軟件測試中；白盒測試法適用于算法型軟件，或軟件邏輯功能復雜的軟件測試工 作中。由于本系統中涉及到通信功能服務，其運行模式為后臺服務，而數據采集 和遠程控制模塊為用戶交互型軟件功能，因此在測試中，采用白盒測試法對通信 功能服務進行測試，用戶采集和遠程控制模塊測試基于黑盒測試法。
在具體測試中，采用如表 5-1 所示的環境配置。
表 5-1 系統測試環境配置表
配置類型 配置項目 配置詳情
硬件 應用服務器 HP Server S300 系列， Windows Server 操作系統
數據庫主機 HP Server S300 系列， Windows Server 操作系統
客戶端主機 公司辦公主機， Windows 7 操作系統
軟件 數據庫 SQL Server 2016 版
.NET 版本 .NET Framework 4.5 版
測試工具 國網軟件測試平臺、 HP LoadRunner 工具
網絡 公司內部業務網、服務器機房網絡，網絡類型均為TCP/IP以太網
在表 5-1 中，國網軟件測試平臺是國家電網公司推行的集成化軟件模擬工具，
可以在其中進行已經應用的業務軟件的功能模擬，并通過調試服務獲取軟件的后
臺運行參數、數據等。在本系統中主要用于通信功能服務的測試。HPLoadRunner 工具則用于系統的數據采集、遠程控制模塊的功能測試，以及系統的性能驗證和 測試，利用其模擬并發運行的方式，驗證系統的性能。
在系統測試中，根據軟件工程的測試理論和方法，采用如圖 5-1 所示的測試工 作流程。
圖 5-1 系統測試流程
按圖 5-1 所示，系統的測試流程包括如下步驟：
1.環境配置和系統功能發布：按表 5-1 進行系統測試的軟硬件及網絡配置， 隨后在其中進行功能的上線發布，作為測試工作的基礎。
2.基于白盒測試法對系統的通信功能服務進行測試和驗證，采用國網軟件測 試平臺分析其功能目標是否達到預期，并對發現的 BUG 進行定位修正。
3.在通信功能服務測試通過之后，基于黑盒測試法對數據采集模塊、遠程控 制模塊進行測試分析，利用 HP LoadRunner 工具的自動化測試功能，驗證上述功 能模塊是否達到預期要求，并對發現的 BUG 進行定位修正。
4.在功能測試通過之后，基于 HP LoadRunner 工具進行系統的模擬壓力環境
創建，驗證系統的性能測試是否達標，包括并發能力和響應時間兩個方面。
5.2通信測試
在通信測試中，采用國網軟件測試平臺中模擬的 SCADA 系統、電網調度自動 化平臺等軟件，模擬上述軟件系統的服務器。
運行本系統的通信功能服務，從該平臺中讀取和檢查 SCADA 系統、電網調度 自動化平臺等軟件的數據接收情況以及功能的模擬響應結果，進行如下功能的測 試和驗證：
1.數據采集的后臺通信服務是否啟動， Event/Delegate 機制是否生效，讀取到 的采集結果是否正確。
2.遠程控制的后臺通信服務是否啟動， SCADA 系統、電網調度自動化平臺等 軟件接收到的控制指令是否正確，對應的功能響應結果是否正確，控制操作的反 饋結果是否正確等。
基于國網軟件測試平臺的通信功能服務的部分測試界面如圖5-2所示。
set/reset/stop 開芙 1 001-3512s done?
set -f switch error ste廠t monito廠??? station H22 linl!2203
圖 5-2 通信功能服務測試界面
在圖5-2中，上圖為國網軟件測試平臺模擬出的SCADA系統、電網調度自動 化平臺等軟件，可以從消息列表中查看從本系統接收到的信息。下圖展示的是本 系統調試窗口中的消息，代表了本系統向SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟 件下發的數據采集消息、控制指令等。
在測試中，主要檢查上述兩個窗口中的消息是否完全相同，并且查看國網軟 件測試平臺中檢測到的執行結果是否為“success”如果為“success”則表示SCADA 系統等軟件正確接收到本系統下發的控制指令等消息，并成功執行完成。
在實際測試中，具體的測試情況如表5-2所示。
表 5-2 系統通信功能服務測試結果表
測試內容 測試說明 測試結果
數據采集的通
信功能服務 共計進行300次，目標系統正確接收消息 300次，
且所有數據采集結果交互正確實現 通過
遠程控制的通
信功能服務 共計進行300次，目標系統正確接收消息 300次，
且所有遠程控制結果交互正確實現 通過
按照表5-2所示的測試情況，對于通信功能的測試共計進行了 600次，即通過 在本系統中進行數據采集和遠程控制的后臺通信接口調用，按照國網軟件測試平 臺中檢測到的執行結果進行比對和分析，檢查通信功能服務是否達到預期要求。 按照實際的測試結果可以得到，所有的通信功能服務均成功，因此其測試結果達 到預期要求，測試通過。
5.3功能測試
在通信功能服務測試通過之后，對系統的數據采集和遠程控制模塊進行測試。 按照黑盒測試法的基本規范，編制其功能測試用例，規定測試的目標、流程、數 據、預期結果等。
由測試人員在客戶端中進行模擬操作，并人工檢查系統的功能反饋是否符合 預期。在測試中，將系統的功能BUG分類為如下類型：
1.界面BUG：系統客戶端中的交互界面存在錯誤，包括控件顯示錯誤、布局 錯誤等，主要是由于.NET平臺中的Form窗體開發錯誤導致。
2.數據庫錯誤：主要集中在數據采集模塊中，系統針對測試人員的數據應用 請求，從數據庫中檢索到的數據存在錯誤，主要是由ADO.NET組件的接口調用錯 誤導致。
3.接口錯誤：主要集中在數據采集模塊的數據導出功能中，無法基于 EXCEL 文件將所選數據導出到客戶端，主要是由于 Office Com 組件的接口加載及功能服 務調用代碼中存在錯誤。
4.配置錯誤：主要集中在遠程控制模塊的控制指令下發過程中，系統未能按 控制要求創建和下發正確的控制指令，主要是由于在指令解析及參數配置過程中 存在代碼錯誤。
按照上述BUG錯誤類型，對功能測試過程中發現的BUG及其修正情況進行 統計，得到如表5-3 所示的結果。
表 5-3 系統功能 BUG 表
BUG 類型 檢測數量 修正情況
界面錯誤 第 1 輪： 24 個；第 2 輪： 2 個；后續測試未檢出 全部修正并復測通過
數據庫錯誤 第 1 輪：17 個；第 2 輪：4 個；第 3 輪：1 個；后 續測試未檢出 全部修正并復測通過
接口錯誤 第 1 輪： 5 個；第 2 輪： 1 個；后續測試未檢出 全部修正并復測通過
配置錯誤 第 1 輪：13 個；第 2 輪：8 個；第 3 輪：2 個；第
4 輪： 1 個；后續測試未檢出 全部修正并復測通過
在實際測試中共計進行了 5輪，表5-3中的BUG是在前4輪測試中發現的， 通過對每輪測試的BUG進行檢查、定位和修正，并進行復測，最終在第5輪測試 中未發現BUG錯誤，表明系統的功能BUG全部得到修正，功能表現達到預期要 求，功能測試通過。
5.4性能測試
在系統性能測試中主要檢查系統的并發能力和響應時間，測試工具采用 HP LoadRunner進行。通過HPLoadRunner工具模擬出性能需求中提出的1000個終端 用戶的模擬壓力環境，并通過模擬操作的方式，檢查系統的響應時間是否滿足預 期的小于3 秒的要求。
系統性能測試的部分運行界面如圖 5-3 所示。 在具體測試中，對 LoadRunner 工具進行如下配置：
1.目標并發量：1000 個，一次性迭代加壓
2.并發壓力時間：6 小時，持續加壓
3.性能監測點：系統所有功能服務項
4.測試模式：Win32Application 模式
圖 5-3 系統性能測試界面
通過上述配置，可通過1000 個虛擬用戶的模擬操作，驗證系統的性能表現， 驗證時間持續6 小時，可以此反映系統的性能情況。
在圖 5-3 中， LoadRunner 工具可以對虛擬并發壓力下的系統性能表現進行動 態監測，并以圖形方式、列表形式進行展示。其中，在圖 5-3 中包含的性能監測數 據主要由各個功能邏輯并發執行的最大耗時、平均耗時、最低耗時等，并按照功 能邏輯的方法名進行逐行展示。同時，通過在上部統計圖窗口中將上述數據以直 觀的方式進行展示。
通常情況下,在利用LoadRunner工具進行性能的并發模擬驗證和測試過程中， 處理查看圖5-3所示的測試界面之外，還可以將LoadRunner工具的性能監測信息 進行導出，以文本形式進行人工分析，從中得到系統的運行性能。本系統主要通 過人工分析的方式對LoadRunner工具的性能監測數據進行整理，以驗證系統的并 發抗壓能力和響應時間。
在模擬加壓運行完成之后，讀取LoadRunner工具檢測到的系統性能數據。本 文主要考察其中的響應時間指標，通過對這些指標數據進行統計，得到如表5-4 所示的性能數據。
表 5-4 系統性能測試結果統計表
測試時間戳 最大響應時間（S） 平均響應時間（S）
1 小時 0.935 0.833
續）表 5-4 系統性能測試結果統計表
測試時間戳 最大響應時間（S） 平均響應時間（S）
2 小時 0.917 0.837
3 小時 0.897 0.825
4 小時 0.962 0.851
5 小時 2.426 0.841
6 小時 0.973 0.849
按照表5-4所示，由于本系統的最大響應時間存在一定的隨機性，即服務器端 可能會出現CPU、內存等資源占用量短時間內迅速增加的情況，從而導致響應時 間也隨之加大。
具體來看，在測試的第5小時，該指標出現激增，達到2.426秒，其余測試階 段中均保持在0.9到1 秒之間。但是，從平均響應時間指標來看，在整個測試過程 中基本保持在 0.8到 0.9 秒之間，表明系統的性能表現相對比較穩定。
同時，雖然最大響應時間存在激增現象，但是也未超過預定的 3 秒，因此總 體來看，可以得到系統性能測試通過。
5.5本章小結
本章基于系統的實際測試情況，分析介紹了系統的測試方法及流程、環境配 置等，并按系統的內部功能，對其通信功能服務、數據采集模塊、遠程控制模塊 的功能測試過程及結果進行了分析，并闡述了系統的性能測試情況。最終的測試 結果表明，系統的功能及性能都達到了預期的要求。
第六章 總結與展望
6.1總結
由于甘孜供電公司的智能電網建設規模快速擴大，變電站的數據采集、遠程 控制管理業務日益復雜，實際的管理涉及到較多的軟件系統，例如SCADA系統、 電網調度自動化平臺等軟件，從而導致管理過程比較復雜、電力信息存儲分散等 問題和不足。
本文針對上述問題，按照實際參與的軟件項目，設計和實現了一套變電站電 力信息管理系統，通過系統的應用實現變電站電力信息管理的統一實施。系統采 用.NET平臺開發實現，技術選型主要包括了.NET平臺中的C#、ADO.NET技術, 以及SQL Server數據庫技術等。
系統針對變電站管理人員提供數據采集和遠程控制管理功能，其實現均需基 于和SCADA系統、電網調度自動化平臺等軟件的后臺的通信功能服務，在系統通 信服務基礎上，建立終端的用戶交互服務功能。因此，在實現過程中首先研究分 析系統的通信功能服務，包括其功能實現流程和具體的編碼思路。隨后，按數據 采集和遠程控制功能的設計，對其類結構、時序流程等進行設計分析，并考察了 其功能編碼的關鍵流程和代碼。通過系統的測試驗證，最終得到系統達到了預期 的開發要求。
基于本系統的應用，可以將原來分散在SCADA系統、電網調度自動化平臺、 變電故障管理系統、變電網運維系統等現有業務軟件中的狀態數據采集、控制管 理等常用功能進行集成，為變電站管理人員提供統一、便捷的業務管理工具，從 而提高業務管理效率。同時，通過系統的后臺數據庫對變電站電力信息管理業務 的數據進行統一存儲和維護，提高了數據的整合效率及集中性，建立集成化程度 更高的業務數據體系。
本系統不僅可以為甘孜供電公司的變電站管理人員提供高效的業務管理工 具，同時對于其他供電企業也具有一定的技術參考價值。
6.2展望
目前，系統已經在甘孜供電公司內部進行了應用，實現了變電站電力信息管 理業務的集成化、自動化和信息化。同時，系統和SCADA系統、電網調度自動化 平臺等軟件之間的通信功能服務表現正常，系統內部的數據采集模塊、遠程控制
模塊的管理效果符合預期，并建立了變電站電力信息管理業務的數據平臺，為變 電站管理人員提供了接口統一、安全可靠、應用便捷的業務管理體系，達到了預 期的業務自動化管理要求，提高了業務管理的效率和質量。
從未來的發展改進角度來看，隨著近年來移動互聯網技術的不斷普及和應用， 公司內部的業務管理軟件也面臨著移動平臺遷移的挑戰。對于本系統而言，未來 的主要改進和優化方向集中在系統功能的移動化層面，即通過Android平臺、IOS 平臺等移動硬件設備作為基礎，構建系統的移動APP應用程序，在確保系統功能 可靠及數據安全的基礎上，為變電站管理人員提供移動平臺的功能服務版本，進 一步提高系統的應用便利性。
致謝
在該論文完成之時，我要忠心感謝給予我關心、支持和幫助的導師、講師同 事和同學。
首先要感謝我的導師趙貽玖，在這幾年的學習期間，在趙貽玖導師的細心指 導下，我順利完成了研究生基礎學習內容，在論文撰寫過程中，他認真細致地給 與我指導，為我答疑解惑，他扎實的理論知識基礎和靈活的思維方式，給了我許 多啟迪，使我在課題研究和論文撰寫上受益匪淺。同時，他對待學術嚴謹務實的 態度給我留下了深刻印象，為我今后的工作和學習樹立了榜樣。
我要向劉海洋高工表示感謝，在項目研究和論文撰寫過程中，于百忙中抽出 時間給我指導，為我解答了很多電力專業相關知識，使我完成了本篇論文。
我還要向各位同事表示感謝，在工作和學習中，在項目研究和論文撰寫上都 給了我很大的幫助，使我順利走到今天。
最后，向所有關心我、支持我、幫助我的老師、同事、同學表示衷心的感謝！
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