陳 飛

（云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011）

0 引言

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的核心平臺(tái)，是電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，其安全性直接影響整個(gè)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的安全性能。為此，提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息傳輸效率以及安全性成為研究重點(diǎn)［1］。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)在電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中以離散式方式存在，每臺(tái)計(jì)算設(shè)備中均包含一份相對(duì)完整的文件拷貝副本，或副本的部分文件具備自身獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，且每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，共同構(gòu)成一個(gè)相對(duì)完善且全局分布緊密的數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的本質(zhì)就是定時(shí)限制，必須遵循時(shí)間一致性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。當(dāng)前對(duì)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究中，主要通過ODBC轉(zhuǎn)儲(chǔ)，但此方式很大程度上具有局限性，存在傳輸效率慢的問題［2］。在國(guó)外，針對(duì)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究起步較早，Motherwell Information System公司推出Macro View產(chǎn)品是世界上較早的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。目前，在國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛的是Plant Information System實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索能力，在眾多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中脫穎而出。為了更好地優(yōu)化電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，本文在對(duì)其進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與設(shè)計(jì)提供更為廣闊的發(fā)展空間。

1 基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)查詢，并且具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控的能力。采用三層架構(gòu)的方式對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)體系圖Fig.1 Real-time database architecture diagram based on power dispatching monitoring system

基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心內(nèi)容就是實(shí)時(shí)調(diào)度，可以通過三個(gè)步驟完成基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下文所述。

1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，共分為3個(gè)組成模塊，分別為：資源管理模塊、事務(wù)調(diào)度管理模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊。其中，最主要的模塊是事務(wù)調(diào)度管理模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)性的功能［3］。本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度具體流程為：首先，在電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)收容狀態(tài)下采集新事務(wù)；其次，對(duì)事務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配，完成后則進(jìn)入就緒狀態(tài)；將處于就緒狀態(tài)的事務(wù)投入電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)；最后，根據(jù)事務(wù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)決定是否執(zhí)行，若處于執(zhí)行狀態(tài)的事務(wù)被其他事務(wù)搶先則進(jìn)入阻塞狀態(tài)，若未出現(xiàn)此情況則進(jìn)入完成狀態(tài)。由此可見，在實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度中最重要的部分就是事務(wù)的優(yōu)先級(jí)，本文通過實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度算法計(jì)算事務(wù)的優(yōu)先級(jí)［4］。設(shè)事務(wù)的優(yōu)先級(jí)為s，則其計(jì)算公式為：

式中，d為實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度截止時(shí)間，t為電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)刻，p為電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的估算時(shí)間，r為實(shí)時(shí)事務(wù)已接受處理的時(shí)間［5］。當(dāng)多個(gè)事務(wù)并發(fā)時(shí)，需通過式（1）確定事務(wù)的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)決定處理的先后順序，優(yōu)先級(jí)越高則越優(yōu)先處理，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)首先創(chuàng)建事務(wù)線程，按照計(jì)算所得的事務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配，形成新的優(yōu)先隊(duì)列，最高優(yōu)先級(jí)的最先執(zhí)行，若其中有沖突事件，則需判斷該事務(wù)是否需要重新計(jì)算優(yōu)先級(jí)，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的事務(wù)調(diào)度。

1.2 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

在完成實(shí)時(shí)事務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)［6］?？紤]到電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)需要常駐磁盤，要求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)存版本必須為主拷貝。因此，設(shè)計(jì)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖2所示的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖中，A1表示易失內(nèi)存，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)器；A2表示不易失內(nèi)存，為臨時(shí)的固定存儲(chǔ)器；A3表示磁盤存儲(chǔ)器，稱為MMDB；A4表示檔案式存儲(chǔ)器，如磁帶，一般情況下處于脫機(jī)狀態(tài)［7］。從電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)看來(lái)，每個(gè)變電站包括上千個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，為防止數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，在基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，需給每個(gè)數(shù)據(jù)分配一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)類，提高內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)性能。

圖2 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of memory database storage structure

1.3 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主動(dòng)功能

基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)必須具備主動(dòng)功能，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將一個(gè)應(yīng)用實(shí)體表達(dá)為一個(gè)類，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行插入、更新和刪除操作［8］。電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中很容易出現(xiàn)突發(fā)事件，影響實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行，可以通過以下步驟解決該類問題。

首先，可以利用SSA理論明確實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)源信息的變化規(guī)律，進(jìn)而提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息整合精度，設(shè)原始數(shù)據(jù)為A，精度整合后的數(shù)據(jù)為An，則數(shù)據(jù)庫(kù)信息整合精度公式為：

式中，n為整合次數(shù)，h為系數(shù)。

其次，運(yùn)用整合后的數(shù)據(jù)庫(kù)信息來(lái)重構(gòu)數(shù)據(jù)源信息時(shí)間序列的相空間，計(jì)算公式為：

其中G為空間序列，An為整合后數(shù)據(jù)，M為嵌入維數(shù)，Rn為置信度。

最后，計(jì)算數(shù)據(jù)源信息在時(shí)間模式上的初始信息權(quán)重，獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息時(shí)間序列。設(shè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)源信息的變化規(guī)律為Q，則其計(jì)算公式為：

式中，t表示數(shù)據(jù)源信息一維距平化時(shí)間矩陣，t=[t1，t2，…，tn]，n∈?；σ表示數(shù)據(jù)源信息一維距平化時(shí)間矩陣的落后協(xié)方差矩陣；M表示嵌入維數(shù)；j表示落后協(xié)方差矩陣的行數(shù)，j=1，2，…，n，n∈?；l表示落后協(xié)方差矩陣的列數(shù)，l=1，2，…，n，n∈?；k表示數(shù)據(jù)源信息在空間上軌跡矩陣；f表示在空間上軌跡矩陣中的元素，f=1，2，…，n，n∈?［3］。因此，本文可以通過定義規(guī)則庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的主動(dòng)功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主動(dòng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主動(dòng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Real-time database active function structure diagram

通過圖3可知，基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎［9］。以DataDictionary為操作軟件，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的操作流程為：首先，初始化數(shù)據(jù)字典，可以通過DataDictionary類中Initialize DD（）函數(shù)完成此操作；而后，將數(shù)據(jù)字典寫入緩存，可以通過Cache類中的Set（）函數(shù)完成；在此基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)字典中載入系統(tǒng)表和默認(rèn)表，由DataDictionary類中的Load DefaultTable（）函數(shù)完成；進(jìn)而獲取指定名稱表的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)索引，由DataDictionary類中的GetTableIndex ID（）函數(shù)完成；最后，獲取內(nèi)存中相應(yīng)表的數(shù)據(jù)，由Table Access類中的Get函數(shù)完成［10］。除此之外，基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)帶有數(shù)據(jù)后臺(tái)自動(dòng)存儲(chǔ)備份功能，能夠多層次地保障了數(shù)據(jù)的安全。至此，基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)完成設(shè)計(jì)。

2 對(duì)比分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

隨機(jī)選取北京某區(qū)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源，模擬此次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，整體實(shí)驗(yàn)在MATLAB上進(jìn)行，安裝雙端口萬(wàn)兆位的路由協(xié)調(diào)控制器，選型計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)及相關(guān)配置。遵循標(biāo)準(zhǔn)安裝流程將互聯(lián)網(wǎng)與PC設(shè)備連接，并允許地方區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)資源共享，在確保電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)格局相同的條件下，搭建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息傳輸區(qū)域。相關(guān)準(zhǔn)備設(shè)備參數(shù)，如表1所示。

表1 選型設(shè)備及參數(shù)值Tab.1 Equipment selection and parameter values

結(jié)合表1中設(shè)定的參數(shù)，先用傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息傳輸，記錄信息傳輸時(shí)間，記為對(duì)照組；再采用本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息傳輸，記錄信息傳輸時(shí)間，記為實(shí)驗(yàn)組。通過比較兩組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息傳輸時(shí)間，評(píng)定出傳輸效率更高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)2.1節(jié)提出的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)步驟，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息傳輸時(shí)間作為此次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵對(duì)比指標(biāo)，整理收集的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表Tab.2 Comparison of experimental data

根據(jù)表2可得出如下結(jié)論：運(yùn)用本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸信息的時(shí)間明顯短于對(duì)照組，傳輸效率更高，可實(shí)現(xiàn)基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過算例仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明，本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠滿足在電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)行需求，可以投入使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究愈發(fā)受到重視，基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)也經(jīng)歷了從起步到快速發(fā)展的階段。因此，本文對(duì)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行研究并優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠?yàn)樘岣唠娏φ{(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的傳輸效率提供理論支持，拓寬了電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)方面的研究廣度與深度，為未來(lái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息傳輸方面提供參考。但本文不足之處在于，沒有對(duì)基于電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行深入分析，這一點(diǎn)可以作為電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域日后優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容之一。