基于SelTree 樹形組件的電力企業線損管理系統設計

余向前，張東平，王曉燕，張長青

（國網甘肅省電力公司，甘肅蘭州 730030）

目前，線損管理系統結構面臨電力工業結構調整的問題，無法帶動電網變化[1]。大多數線損管理系統不能實現實時的精細管理，各系統之間難以實現信息共享，容易形成信息孤島[2]。

使用SCADA 系統管理電力企業的線損管理系統，運行過程比較復雜，數據不能整合，給分析統計帶來許多麻煩，具體的線損信息無法直接查看；線損管理系統以面向服務的架構SOA 為基礎，配電網絡運行方式改變時，由于線損管理信息系統無法實現信息統一，容易出現系統互操作性差的問題，導致線損管理效果較差。

針對這一問題，提出了基于SelTree 樹形組件的電力企業線損管理系統設計方案。使用SelTree 組件表示數據之間的層次性依賴關系是一種生動直觀的方式，因此SelTree 樹形組件在應用程序設計中扮演著重要角色。

1 系統結構設計

通過對線損管理工作需求分析，建立了比較完整的線損管理系統，形成了相對開放、支持標準接口的服務系統平臺。圖1 給出了電力企業線損管理系統結構。

圖1 電力企業線損管理系統結構

1）顯示層

顯示層是與顧客互動的界面，通過瀏覽器與B/S結構中的客戶交互。使用者通過瀏覽器向處理器發出請求，處理器將處理過的資料傳回界面，界面由PC 機瀏覽器顯示[3-4]，PC 端瀏覽器如圖2 所示。

圖2 PC端瀏覽器

在PC 端瀏覽器上選擇特定服務標簽，背景資料以JSON 格式傳送至前臺，資料會顯示在前臺PC 端瀏覽器標簽上[5-6]。標記使用JQUERY 選擇器，可以選擇特定標記。

2）應用層

應用層是系統的核心部分，根據實際業務邏輯，將系統分為不同的功能模塊[7-9]。在系統啟動時，通過向Spring 容器注入應用層代碼，實現對應用層的管理[10]。當系統運行時，如果在業務之間進行了調用，那么將從Spring 容器獲得特定服務，隨后調用該代碼來完成特定的業務操作[11]。

3）服務層

服務層為系統最底層，該層借助Hibernate 框架對數據庫中所需數據進行封裝。服務層的代碼在使用時必須調用數據層代碼，通過傳遞參數來完成數據庫的操作。使用HQL數據庫操作語言的Hibernate，對于Hibernate，可將HQL 轉換成SQL 語句，完成數據處理[12]。

4）接口層

針對接口層，需通過URL 訪問后臺，后臺通過提供的XML/Web Service 接口接收來自前臺的請求內容[13]，一旦前臺接收到請求，立刻調用業務服務層執行特定的業務操作[14]。

2 系統軟件設計

利用SelTree 樹形組件存儲關系數據庫，獲取全部的電力企業線損管理數據，并計算臺區線損、10 kV饋線線損、10 kV 及以下饋線線損和分區線損，根據顯示和計算結果，設計實時線損服務管理流程。

2.1 SelTree樹形組件在關系數據庫中存儲方案設計

樹形數據結構是一種常見的非線性數據結構，在電力企業線損管理中，用來顯示信息的層次結構圖。其以層次清晰、意義明確的特點，實現了對電力企業線損管理指標的顯示[15]。

Path 表示方法擁有記錄從樹的根節點到當前節點完整路徑的路徑字段，以FAT 文件分配表來說，各級目錄名和文件名組成了FAT 結構，如圖3 所示。

圖3 FAT結構

Path 表示方法的優勢在于節點可以快速查找，然而一個節點的位置改變后，其路徑和子節點必須保持一致。這種情況下會頻繁操作樹，因此有必要使用父級符號來維護此節點[16]。

父級表示指的是在連續空間中存儲樹中的一組節點，每個節點代表鏈表中父節點的位置，數據域存儲節點的數據信息。parent 是一個指針字段，存儲數組中的父節點下標。利用此存儲結構，可以輕松地根據節點的父指針找到它，其時間復雜性為O(1)。如果父節點為0 或null，則表示找到樹節點的根，由此實現SelTree 樹形組件在關系數據庫中的存儲。

2.2 線損計算

線損就是線損功率，由于電力通過導線傳播(通常是銅線)，導線本身具有一定的電阻，因此在傳播過程中，這條線(網格)的電阻會消耗掉一部分電力，詳細的線損統計算法如下所示：

1）臺區線損

式（1）中，L1表示臺區線損率；W1表示臺區供電量；S表示臺區售電量。在同一天，抄表臺區供電量和臺區售電量，臺區售電量計算公式如下：

式（2）中，xr表示臺區下低壓用戶每月抄表得到的實際用電量；sr表示以客戶正常月份用電量為基準，按正常月與故障月的差額補收的相應電量；gr表示加減電量。

2）10 kV 饋線線損

式（3）中，L2表示饋線線損率；W2表示10 kV 饋線供電量；m表示凍結電量；v表示10 kV 饋線用戶用電量。

3）10 kV 及以下饋線線損

4）分區線損

式（5）中，L4表示分區線損率；W3表示分區供電量；G表示分區售電量。

2.3 線損管理中心基礎服務流程

該系統的基本服務主要包括4 個方面：服務資源的通知/取消、服務資源查詢、服務資源使用、結果的計算和顯示。圖4 為實時線損業務管理流程。

圖4 實時線損服務管理流程

1）用戶開始訪問門戶實時線損估算系統Web瀏覽器。

2）PortalSearch 可以搜索注冊表中可用的實時線路損耗估計服務。

3）實時線損估算服務通過調用其組件服務(包括實時數據服務、區域拓撲數據的實時線損估算模塊以及計算節點)來尋找滿足需求的可用資源或服務。

4）實時線損評估服務通過查看實時線損評估指標選擇最合適的資源。

5）使用全新數據集估算線損，并實時采集數據，向數據服務提供虛擬服務模式。

6）在計算結束后，結果將發送給DataServices。

7）PortalRequest 請求的結果顯示在用戶顯示服務和Web 瀏覽器中。

3 實 驗

3.1 測試目的

在系統正式投入使用前，可發現系統開發和設計過程中的漏洞，改進系統設計，提高系統質量和可靠性。測試主要是模擬和執行系統在實際工作中需要完成的相關任務，利用系統反饋的結果和相關的信息指標，對系統進行最終評價，并發現潛在問題。

3.2 測試環境

進行系統測試前，必須建立一個測試環境，測試環境如下：測試平臺為Windows10；測試設備為酷睿i5.8GHzde CPU；硬盤大小為500 G；測試地點為機房；測試人員共2 位；次數共5 次。

3.3 實驗結果與分析

1）單一用戶界面響應時間應在10 s 以內作出響應，而客戶端統計時間應在5 s 以內，單一用戶操作響應如圖5 所示。

圖5 單一用戶操作響應

分別使用SCADA 系統、基于面向服務架構SOA線損管理系統、SelTree 樹形系統分析單一用戶操作響應時間，對比結果如表1 所示。

表1 不同系統單一用戶操作響應時間對比分析

由表2 可知，使用SCADA 系統界面響應時間超過10 s，而客戶端統計時間在5 s 以內；使用SOA 線損管理系統界面響應時間超過10 s，客戶端統計時間也超過5 s；使用SelTree 樹形系統界面響應時間在10 s 以內，客戶端統計時間在5 s 以內。

2）正常情況下，事物處理響應時間應在3 s 以內作出響應，涉及跨系統事物響應時間應在7 s 以內，事物處理響應如圖6 所示。

圖6 事物處理響應

分別使用SCADA 系統、基于面向服務架構SOA線損管理系統、SelTree 樹形系統分析事物處理響應時間，對比結果如表2 所示。

表2 不同系統事物處理響應時間對比分析

由表2 可知，使用SCADA 系統事物處理響應時間超過3 s，而涉及跨系統事物響應時間大部分超過7 s；使用SOA 線損管理系統事物處理響應時間大部分在7 s 以內，而涉及跨系統事物響應時間超過7 s；使用SelTree 樹形系統事物處理時間在3 s 以內，涉及跨系統事物響應時間在7 s 以內。

通過上述對比結果可知，使用SelTree 樹形系統線損管理時間在實際操作預期時間范圍內，由此說明設計的系統具有良好的管理效果。

4 結束語

SelTree 樹形組件能夠有效地集成已有的數據資源，所構建的系統具有良好的擴展性和重用性。基于SelTree 樹形組件設計了電力企業線損管理系統，對線損管理系統的目標、流程進行了分析，以適應線損業務過程的動態變化，實現了對線損情況的智能計算和分析。