基于SSH框架的智能變電設(shè)備監(jiān)控與決策輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張瑜

（西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038）

傳統(tǒng)針對變電站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)有很多，但這些系統(tǒng)大部分只通過采集某一設(shè)備的某一種運(yùn)行參量進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的判斷，并且不同系統(tǒng)的監(jiān)測參量無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，對于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)判準(zhǔn)確率較低，不符合智能電網(wǎng)發(fā)展下變電設(shè)備大數(shù)據(jù)智能化的需求。目前，針對變電站各類設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測輔助系統(tǒng)主要有：主變油色譜在線監(jiān)控系統(tǒng)、主變局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)、消弧線圈運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、變電站視頻監(jiān)控統(tǒng)一平臺(tái)（含防火防盜）、泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)、蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)、SF6告警裝置、門禁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)接地巡線裝置等[1-2]。

以上系統(tǒng)各自獨(dú)立、分散地運(yùn)行在變電站內(nèi)，形成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)孤島，有時(shí)查看不同設(shè)備的數(shù)據(jù)需要運(yùn)行不同的監(jiān)測平臺(tái)，平臺(tái)由不同的供應(yīng)商提供，開發(fā)水平參差不齊，數(shù)據(jù)傳輸也沒有統(tǒng)一的規(guī)范，經(jīng)常出現(xiàn)新增設(shè)備與現(xiàn)有系統(tǒng)不兼容，或者新上系統(tǒng)與前期設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸不匹配等情況，許多系統(tǒng)在實(shí)際項(xiàng)目上沒有適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行運(yùn)行維護(hù)等，多半都處于半工作的運(yùn)行狀態(tài)，缺乏推廣的實(shí)用性。

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能變電設(shè)備監(jiān)控與決策輔助系統(tǒng)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并隔離故障隱患，讓工作人員在現(xiàn)場之外收到站內(nèi)的告警信息，及時(shí)采取措施，降低電網(wǎng)的故障率，提高站內(nèi)設(shè)備的利用率，在一定程度上提升了變電站自動(dòng)化、信息化和智能化水平。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本軟件采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，設(shè)計(jì)思想基于Java Web的SSH（Struts＋Hibernate＋Spring，SSH）框架整合，將Java服務(wù)器頁面（Java Server Pages，JSP）和層疊樣式表（Cascading Style Sheets，CSS）有力結(jié)合，搭載多用戶多線程的小型開源數(shù)據(jù)庫MySQL設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)為瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，簡稱B/S）結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶終端通過瀏覽器向Web服務(wù)器提交請求，服務(wù)器執(zhí)行腳本后與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，再通過后臺(tái)將反饋結(jié)果頁面?zhèn)骰亟o用戶。這種模式用途廣泛、易于維護(hù)，用戶終端只要安裝瀏覽器即可，不論是接入局域網(wǎng)還是Internet，都可使用本系統(tǒng)。通信方式采用基于“光纖通信為主，WiFi接入為輔”的方案，系統(tǒng)中所有傳感器和智能電子裝置均符合IEC61850數(shù)據(jù)通信建模標(biāo)準(zhǔn)。

2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，逐級詳細(xì)分析各個(gè)模塊的具體功能。系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計(jì)如圖2所示。對整個(gè)系統(tǒng)的功能自動(dòng)向下進(jìn)行模塊化劃分，再細(xì)化每個(gè)部分的詳細(xì)功能描述。其中，用戶登錄與退出功能驗(yàn)證訪問用戶的身份，首先要保證操作系統(tǒng)的權(quán)限性。

圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)

2.1 綜合監(jiān)測

綜合監(jiān)測包括2個(gè)模塊：①設(shè)備狀態(tài)列表。該模塊顯示站內(nèi)所有被監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，包括變壓器局部放電監(jiān)測、油中氣體監(jiān)測、避雷器監(jiān)測、斷路器機(jī)械特性監(jiān)測及SF6絕緣氣體監(jiān)測。設(shè)備狀態(tài)分為正常、故障、報(bào)警，對應(yīng)不同顏色的警示燈。②綜合預(yù)報(bào)警。該模塊可根據(jù)設(shè)備類型、名稱、監(jiān)測類型、起始時(shí)間等進(jìn)行組合條件篩選查詢，獲取全部設(shè)備全時(shí)段監(jiān)測數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果可以導(dǎo)出Excel，支持對誤報(bào)和已排除的故障信息進(jìn)行手動(dòng)消警。

2.2 變壓器、避雷器、斷路器監(jiān)測

在這3類設(shè)備的監(jiān)測頁面中，均可以通過選擇不同設(shè)備來查詢，獲取相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及歷史曲線。除此之外，局部放電監(jiān)測中提供譜圖分析；油中氣體監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)中提供數(shù)據(jù)分析診斷連接，點(diǎn)擊進(jìn)入故障分析界面，集合改良三比值法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊邏輯法這3種故障診斷算法判定設(shè)備的故障狀態(tài)；斷路器機(jī)械特性監(jiān)測可以顯示錄波圖像，為機(jī)械特性的定值修改提供二次登錄校驗(yàn)。

2.3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置包括2個(gè)模塊：①預(yù)報(bào)警參數(shù)設(shè)置，完成設(shè)備的注意閾值和告警閾值設(shè)置；②變電站設(shè)備管理，完成監(jiān)測設(shè)備變更時(shí)的設(shè)備型號(hào)的增刪、改查，例如可對新增設(shè)備進(jìn)行接入，替換設(shè)備進(jìn)行修改等。

2.4 用戶設(shè)置

用戶設(shè)置主要負(fù)責(zé)不同用戶登錄的權(quán)限控制，可以對所有一般用戶進(jìn)行新增或刪除、修改密碼等。為了保證系統(tǒng)的安全性和專業(yè)數(shù)據(jù)的不可更改性，高級管理權(quán)限用戶只能通過開發(fā)者在數(shù)據(jù)庫中添加和刪除，一般用戶登錄提供監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢和瀏覽。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)定義了一個(gè)通用的業(yè)務(wù)流程及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型，該模型根據(jù)目前智能變電站的監(jiān)測單元進(jìn)行最大設(shè)計(jì)，在以后的使用過程中只需要通過配置就可以構(gòu)建符合要求的數(shù)據(jù)庫，減少修改次數(shù)。系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)分為基礎(chǔ)信息區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、診斷結(jié)果區(qū)和配置信息區(qū)。基礎(chǔ)信息區(qū)存放各類監(jiān)測項(xiàng)目表，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)使用基礎(chǔ)信息區(qū)擴(kuò)展的具體數(shù)據(jù)，診斷結(jié)果區(qū)的數(shù)據(jù)由配置信息區(qū)的各項(xiàng)配置參數(shù)計(jì)算得出，具體的庫表分區(qū)如圖3所示[3]。

在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)中，表間存在多種實(shí)體對應(yīng)關(guān)系，各表的主外鍵之間也存在一定的約束關(guān)系，以此來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的表間查詢功能。根據(jù)上述數(shù)據(jù)庫表分區(qū)，使用Power Designer作為建模工具，得到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Java Web的SSH框架作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)B/S模式下的Web應(yīng)用程序的總體框架設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的SSH框架結(jié)構(gòu)如圖5所示。SSH架構(gòu)是一個(gè)由表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層組成的3層體系結(jié)構(gòu)。

4.1 表示層

系統(tǒng)的主要展示頁面都位于此層，負(fù)責(zé)提供用戶界面的交互控制；通過JSP技術(shù)和Tag lib，調(diào)用Filter Dispatcher控制器委托業(yè)務(wù)邏輯層來處理實(shí)現(xiàn)用戶的請求和響應(yīng)，驗(yàn)證用戶權(quán)限后，根據(jù)處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)捻撁嫣D(zhuǎn)。

4.2 業(yè)務(wù)邏輯層

該層由Spring負(fù)責(zé)，將表示層與數(shù)據(jù)持久層隔離開，實(shí)現(xiàn)軟件多層架構(gòu)之間的松散耦合，使軟件更易于擴(kuò)展和維護(hù)。該層通過讀取配置文件調(diào)用與表現(xiàn)層之間的Bean Interface接口，實(shí)現(xiàn)對Bean實(shí)例的管理和業(yè)務(wù)處理，協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)邏輯之間的依賴關(guān)系，管理事務(wù)操作。

圖3 數(shù)據(jù)庫分區(qū)

圖4 數(shù)據(jù)庫建模

圖5 SSH框架結(jié)構(gòu)

4.3 數(shù)據(jù)持久層

這一層實(shí)現(xiàn)Web應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫處理數(shù)據(jù)的讀取/寫入，實(shí)現(xiàn)對象關(guān)系映射（Object Relational Mapping，簡稱ORM），從而把面向?qū)ο蟮倪壿嬣D(zhuǎn)化為面向關(guān)系的操作。從業(yè)務(wù)邏輯來說，Hibernate將數(shù)據(jù)庫的具體操作屏蔽，只是提供可被調(diào)用的API接口和Hibernate查詢語言（Hibernate Query Language，簡稱HQL）接口來對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，獲得持久化對象（Persistent Object，簡稱PO）。對用戶來說，無需關(guān)心使用何種數(shù)據(jù)庫；而對開發(fā)人員來說，分層式的數(shù)據(jù)訪問方式也更易于開發(fā)和維護(hù)。通過讀取相關(guān)配置文件調(diào)用Dao Interface接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Dao Implement類與Hibernate Template對數(shù)據(jù)庫的操作。

圖6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于SSH框架的系統(tǒng)，客戶端的請求會(huì)調(diào)用Struts框架中的Action Servlet控制器處理，請求到Model中Action處理器對象之間的映射，由Action Mapping實(shí)現(xiàn)；請求發(fā)送給Action Servlet控制器后，控制器會(huì)將請求轉(zhuǎn)交給Request Processor進(jìn)行處理，根據(jù)請求的URL，對Action Form進(jìn)行實(shí)例化，驗(yàn)證通過后，調(diào)用Execute方法，再由Hibernate完成與數(shù)據(jù)庫的交互，通過ORM文件實(shí)現(xiàn)具體對數(shù)據(jù)源的操作；Spring的控制反轉(zhuǎn)（Inversion Of Control，簡稱IOC）則在全程充當(dāng)管理容器的角色。Hibernate內(nèi)封裝了JDBC接口，通過簡單的配置就可以連接到數(shù)據(jù)庫，通過Web應(yīng)用中的Servlet/JSP編程完成與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化，在以上配置基礎(chǔ)上再作一定的頁面設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)功能。部分實(shí)現(xiàn)界面如圖6所示。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與決策輔助系統(tǒng)，功能設(shè)置較為合理、全面，能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站內(nèi)各類被監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障診斷預(yù)警。本系統(tǒng)已于寧夏750 kV智能變電站安裝，在試運(yùn)行期間，軟件穩(wěn)定可靠，完成了變電站內(nèi)部各類設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測。