變壓器分接頭實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)

于 峰 ，衛(wèi)志農(nóng) ，王成亮 ，姜理源

（1.河海大學能源與電氣學院，江蘇南京 210098；2.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211102）

變壓器是交流輸電、變電、配電過程中的主要設備之一，隨著電網(wǎng)的擴大、發(fā)電機容量的增大、輸電電壓的提高以及輸電功率的加大，其運行參數(shù)直接影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟運行[1，2]。因此，建立一套變壓器分接頭數(shù)據(jù)庫，以供運行人員進行數(shù)據(jù)管理維護和電力系統(tǒng)運行分析十分必要。

.NET框架是一個功能非常豐富的平臺，可開發(fā)、部署和執(zhí)行分布式程序[3]。結(jié)合公共信息模型（CIM）對變壓器分接頭相關數(shù)據(jù)的面向?qū)ο笮兔枋?，采用應用程序接口函?shù)(API)存儲分接頭實時數(shù)據(jù)，然后通過編寫.NET數(shù)據(jù)提供程序訪問讀取實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并采用Ajax（Asynchronous Java-Script and XML）網(wǎng)頁技術，實現(xiàn)了變壓器分接頭實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的B/S模式訪問。

1 變壓器分接頭

變壓器是電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電能傳輸和分配的核心元件，而變壓器分接頭起著調(diào)節(jié)高低壓兩側(cè)電壓、優(yōu)化電網(wǎng)無功分布和調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的作用。

變壓器等值網(wǎng)絡如圖1所示。圖中各參數(shù)均用標幺值表示，其中ZT為變壓器的阻抗，K為變比標幺值[4]。

由于變壓器的變比K總是接近于1，當K＞1時，左邊阻抗Z1為容性，右邊阻抗Z2為感性；當K＜1時，左邊阻抗為感性，右邊阻抗為容性，相當于在變壓器的一側(cè)放置并聯(lián)電容器，另一側(cè)放置并聯(lián)電抗器，前者向系統(tǒng)送出感性無功，后者從系統(tǒng)吸收感性無功。優(yōu)化變比K能優(yōu)化變壓器兩側(cè)系統(tǒng)無功潮流分布和變壓器兩側(cè)電壓。然而分接頭的調(diào)節(jié)并不總是有益的，當系統(tǒng)中無功電源缺乏時，若通過改變變比來升高電壓，會使系統(tǒng)其他地方無功更加缺乏，更甚者將導致電壓崩潰。

2 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 功能簡介

變壓器分接頭實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過B/S模式發(fā)布，用戶通過IE瀏覽器進行訪問，為用戶提供變壓器分接頭實時數(shù)據(jù)的瀏覽，包括當前實時數(shù)據(jù)的顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢。

2.2 數(shù)據(jù)模型

目前,實時數(shù)據(jù)庫有關系、層次和面向?qū)ο?種數(shù)據(jù)模型[5]。關系模型簡單、易維護、用戶界面友好,但只適合處理不包含拓撲關系的數(shù)據(jù),對電力系統(tǒng)拓撲結(jié)構的描述和應用軟件的接入比較困難；層次模型允許定義有父子層次關系的二維表,層間通過層次指針進行關聯(lián),目前許多運行的電力系統(tǒng)應用軟件均基于層次型實時庫；面向?qū)ο竽Ｐ团c面向?qū)ο蟮能浖こ套匀唤Y(jié)合，但實現(xiàn)比較復雜，未有成熟的產(chǎn)品。

2.2.1 CIM簡介

CIM描述了電力企業(yè)的所有主要對象，通過提供一種用對象類和屬性及他們之間的關系來表示電力系統(tǒng)的標準方法，從而方便了各獨立開發(fā)的應用的集成[6]。CIM由完整的一組包組成，主要有核心包（core）、域包（Domain）、發(fā)電包（Generation）、發(fā)電動態(tài)包（Generation Dynamics）、負荷模型包（Load-Model）、 量 測 包 （Meas）、停 運 包 （Outage）、 生 產(chǎn) 包（Production）、保護包（Protection）、拓撲包(Topology）、電線包（Wires）。單個的實體可以具有越過許多包邊界的關聯(lián)，從而每一個應用將使用多個包所表示的信息。

2.2.2 變壓器分接頭的CIM描述

Wires包是Core和Topology包的擴展，建立了輸電和配電網(wǎng)絡電氣特性的信息模型。Wires類圖中變壓器分接頭主要類的描述如圖2所示。

為更加有效地存儲和利用變壓器分接頭的相關數(shù)據(jù)，結(jié)合CIM包面向?qū)ο蟮奶攸c，本實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用對象-關系型數(shù)據(jù)模型。

2.3 數(shù)據(jù)分類

變壓器分接頭相關數(shù)據(jù)主要包括：靜態(tài)數(shù)據(jù)和實時動態(tài)數(shù)據(jù)。

2.3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)

在實時數(shù)據(jù)庫中，靜態(tài)數(shù)據(jù)不隨時間的變化而變動，包括分接頭的型號、變壓器的連接組別、分接頭檔位數(shù)、高壓側(cè)和低壓側(cè)電壓基準值等。

2.3.2 實時動態(tài)數(shù)據(jù)

在實時數(shù)據(jù)庫中，被周期寫入數(shù)據(jù)庫的是實時動態(tài)數(shù)據(jù)，它主要包括分接頭所在檔位、高壓側(cè)和低壓側(cè)實際電壓等。一個實時動態(tài)數(shù)據(jù)對象對應一個采樣時刻，有效期為本次采樣時刻到下次采樣時刻的間隔。

2.4 數(shù)據(jù)結(jié)構設計

變壓器分接頭數(shù)據(jù)庫的建立旨在分析變壓器分接頭相關數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運行的作用，為方便各分析應用程序的集成和擴展，采用基于CIM描述變壓器模型相關類的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構，建立了數(shù)據(jù)結(jié)構，如圖3所示。

2.5 數(shù)據(jù)表的建立

根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)結(jié)構，建立分區(qū)表、變電站表、變壓器數(shù)據(jù)表和變壓器分接頭數(shù)據(jù)表，其描述如表1—4所示。

其中，分區(qū)表的主鍵（key）為分區(qū)編號，其他表不設主鍵；各數(shù)據(jù)表之間的ER關系如圖4所示。

表1 分區(qū)表結(jié)構

表2 變電站表結(jié)構

表3 變壓器數(shù)據(jù)表結(jié)構

表4 變壓器分接頭數(shù)據(jù)表結(jié)構

以查詢某個變壓器分接頭數(shù)據(jù)為例。首先查詢該變壓器分接頭所在分區(qū)編號，然后由分區(qū)編號查詢所在變電站編號，再由變電站編號查詢所在變壓器編號，最終找到所在繞組，查詢得到該分接頭的所有數(shù)據(jù)信息。

2.6 實時數(shù)據(jù)的寫入

2.6.1 讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)

實時數(shù)據(jù)通過讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)庫語句來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。

采用C#語言編寫應用程序讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)，通過引入kernel32.dll實時連接庫調(diào)用應用程序接口（API）函數(shù)實現(xiàn)，代碼如下：

其中，hProcess為獲取參數(shù)上傳進程句柄，lpB-aseAddress為讀取數(shù)據(jù)的起始地址，lpBuffer為存放數(shù)據(jù)的緩存區(qū)地址，nSize為要讀取的字節(jié)數(shù)，lpN-umberOfBytesRead為實際讀取數(shù)存放地址。如果讀取失敗，則在下一時刻重新讀取。

2.6.2 存入數(shù)據(jù)庫

標準結(jié)構化查詢語言（SQL）能對數(shù)據(jù)庫進行各種操作，通過配置文件提供的數(shù)據(jù)庫連接字符串，連接數(shù)據(jù)庫，利用讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)的變量lpBuffer形成后臺代碼，插入語句如下：

INSERT INTO Table_Tap(value，……)；

實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫時，將當前數(shù)據(jù)的上傳時間作為字段之一存入數(shù)據(jù)表中，以方便運行人員對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

3 系統(tǒng)的發(fā)布和訪問

3.1 ADO.NET

ADO.NET是.NET框架中對數(shù)據(jù)存取的解決方案，它包括所有的System.Data命名空間及其嵌套的命名控件，例如System.Data.OracleClient和System.Data.OleDb。通過ADO訪問數(shù)據(jù)庫的原理如圖5所示。

以連接Oracle數(shù)據(jù)庫為例，假設連接字符串connectionStr= “Data Source=db；Persist Security Info=True；User ID=userid；Password=password；Unicode=True”，執(zhí)行連接數(shù)據(jù)庫語句表示為：

OracleConnection myCon=new Oracle Connection(connectionStr)；myCon.Open()；

3.2 ASP.NET

ASP.NET是一種基于Microsoft.NET平臺的Web應用程序開發(fā)技術,它構建在公共語言運行時（CLR）之上,可以使用.NET框架所提供的全部功能。ASP.NET的頁面執(zhí)行過程如圖6所示。

3.3 Ajax

Ajax主要包括的技術有JavaScript函數(shù)的應用、級聯(lián)樣式表（CSS）對Web頁面的控制、XMLHttpRequest進行異步數(shù)據(jù)的查詢、檢索以及DOM（Document Object Model）進行動態(tài)顯示與交互。Ajax允許通過異步回送和動態(tài)的客戶端Web頁面處理，改進Web應用程序的用戶界面。Ajax包含技術在Web瀏覽器模型中的使用原理如圖7所示。

3.4 數(shù)據(jù)綁定

可擴展標記語言（XML）具有自描述性，可以對復雜對象進行詳盡的結(jié)構化描述；具有語言獨立性，可把數(shù)據(jù)、結(jié)構和顯示方式相分離；并具有良好的可擴展性和平臺無關性。利用XML數(shù)據(jù)文件與Dataset的數(shù)據(jù)交互，可以提高數(shù)據(jù)庫訪問的效率。

當服務器收到客戶端查詢請求時，服務器將先檢測存儲該查詢所得數(shù)據(jù)的XML文件是否存在，如果存在，用Dataset讀取，然后綁定數(shù)據(jù)顯示控件，返回客戶端；否則，重新連接數(shù)據(jù)庫形成XML數(shù)據(jù)文件，其實現(xiàn)流程如圖8所示。

圖8 XML數(shù)據(jù)綁定流程

3.5 建立Web站點

使用 IIS （Internet Information Service） 發(fā)布VS2005開發(fā)的網(wǎng)站目錄，通過設置IP地址和訪問端口，局域網(wǎng)內(nèi)用戶即可通過電腦客戶端根據(jù)用戶權限操作使用。變壓器分接頭數(shù)據(jù)庫發(fā)布模塊結(jié)構如圖9所示。

圖9 變壓器分接頭數(shù)據(jù)庫模塊結(jié)構圖

3.6 Web站點訪問

客戶端通過訪問實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)布站點可以對分接頭數(shù)據(jù)庫進行實時訪問。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合CIM包面向?qū)ο蟮奶攸c，采用Oracle數(shù)據(jù)庫軟件，利用.NET框架平臺工具，使用API函數(shù)讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)，通過配置文件提供的數(shù)據(jù)庫連接字符串連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并采用緩存XML文檔作為綁定數(shù)據(jù)，以B/S模式進行訪問，提高了數(shù)據(jù)庫訪問的效率。為方便分接頭數(shù)據(jù)在電網(wǎng)穩(wěn)定分析和經(jīng)濟運行分析的應用，需進一步完善分接頭數(shù)據(jù)的共享和分析的功能。

[1]趙興勇，張秀彬，何 斌.優(yōu)化有載調(diào)壓變壓器改善電壓穩(wěn)定性的新算法[J].高電壓技術，2007，33(10)：170-173.

[2]李林川，李俊元，武文杰.考慮變壓器分接頭動作次數(shù)限制的綜合無功優(yōu)化[J].中國電力，2005，38(2)：49-52.

[3]NAGEL C，EVJEN B.C#2005&.NET3.0高級編程(第 5版)[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]李向榮.變壓器分接頭與廣西電網(wǎng)無功電壓水平的關系分析[J].廣西電力，2007(1)：9-10.

[5]張慎明，卜凡強，姚建國，等.遵循IEC 61970標準的實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26(24)：26-30.

[6]電力系統(tǒng)控制及其通信委員會.DL/T 890.301—2004能量管理系統(tǒng)應用程序接口(EMS-API)第301部分：公共信息模型(CIM)基礎[M].北京：中國電力出版社，2005.