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        基于SelTree 樹(shù)形組件的電力企業(yè)線損管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2021-12-07 07:45:28余向前張東平王曉燕張長(zhǎng)青
        電子設(shè)計(jì)工程 2021年23期
        關(guān)鍵詞:樹(shù)形臺(tái)區(qū)饋線

        余向前,張東平,王曉燕,張長(zhǎng)青

        (國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司,甘肅蘭州 730030)

        目前,線損管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)面臨電力工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的問(wèn)題,無(wú)法帶動(dòng)電網(wǎng)變化[1]。大多數(shù)線損管理系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的精細(xì)管理,各系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)信息共享,容易形成信息孤島[2]。

        使用SCADA 系統(tǒng)管理電力企業(yè)的線損管理系統(tǒng),運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜,數(shù)據(jù)不能整合,給分析統(tǒng)計(jì)帶來(lái)許多麻煩,具體的線損信息無(wú)法直接查看;線損管理系統(tǒng)以面向服務(wù)的架構(gòu)SOA 為基礎(chǔ),配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式改變時(shí),由于線損管理信息系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)一,容易出現(xiàn)系統(tǒng)互操作性差的問(wèn)題,導(dǎo)致線損管理效果較差。

        針對(duì)這一問(wèn)題,提出了基于SelTree 樹(shù)形組件的電力企業(yè)線損管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。使用SelTree 組件表示數(shù)據(jù)之間的層次性依賴關(guān)系是一種生動(dòng)直觀的方式,因此SelTree 樹(shù)形組件在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中扮演著重要角色。

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        通過(guò)對(duì)線損管理工作需求分析,建立了比較完整的線損管理系統(tǒng),形成了相對(duì)開(kāi)放、支持標(biāo)準(zhǔn)接口的服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)。圖1 給出了電力企業(yè)線損管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

        圖1 電力企業(yè)線損管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1)顯示層

        顯示層是與顧客互動(dòng)的界面,通過(guò)瀏覽器與B/S結(jié)構(gòu)中的客戶交互。使用者通過(guò)瀏覽器向處理器發(fā)出請(qǐng)求,處理器將處理過(guò)的資料傳回界面,界面由PC 機(jī)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(wù)標(biāo)簽,背景資料以JSON 格式傳送至前臺(tái),資料會(huì)顯示在前臺(tái)PC 端瀏覽器標(biāo)簽上[5-6]。標(biāo)記使用JQUERY 選擇器,可以選擇特定標(biāo)記。

        2)應(yīng)用層

        應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心部分,根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯,將系統(tǒng)分為不同的功能模塊[7-9]。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),通過(guò)向Spring 容器注入應(yīng)用層代碼,實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用層的管理[10]。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),如果在業(yè)務(wù)之間進(jìn)行了調(diào)用,那么將從Spring 容器獲得特定服務(wù),隨后調(diào)用該代碼來(lái)完成特定的業(yè)務(wù)操作[11]。

        3)服務(wù)層

        服務(wù)層為系統(tǒng)最底層,該層借助Hibernate 框架對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中所需數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。服務(wù)層的代碼在使用時(shí)必須調(diào)用數(shù)據(jù)層代碼,通過(guò)傳遞參數(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。使用HQL數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)言的Hibernate,對(duì)于Hibernate,可將HQL 轉(zhuǎn)換成SQL 語(yǔ)句,完成數(shù)據(jù)處理[12]。

        4)接口層

        針對(duì)接口層,需通過(guò)URL 訪問(wèn)后臺(tái),后臺(tái)通過(guò)提供的XML/Web Service 接口接收來(lái)自前臺(tái)的請(qǐng)求內(nèi)容[13],一旦前臺(tái)接收到請(qǐng)求,立刻調(diào)用業(yè)務(wù)服務(wù)層執(zhí)行特定的業(yè)務(wù)操作[14]。

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        利用SelTree 樹(shù)形組件存儲(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),獲取全部的電力企業(yè)線損管理數(shù)據(jù),并計(jì)算臺(tái)區(qū)線損、10 kV饋線線損、10 kV 及以下饋線線損和分區(qū)線損,根據(jù)顯示和計(jì)算結(jié)果,設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)線損服務(wù)管理流程。

        2.1 SelTree樹(shù)形組件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)

        樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在電力企業(yè)線損管理中,用來(lái)顯示信息的層次結(jié)構(gòu)圖。其以層次清晰、意義明確的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力企業(yè)線損管理指標(biāo)的顯示[15]。

        Path 表示方法擁有記錄從樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)完整路徑的路徑字段,以FAT 文件分配表來(lái)說(shuō),各級(jí)目錄名和文件名組成了FAT 結(jié)構(gòu),如圖3 所示。

        圖3 FAT結(jié)構(gòu)

        Path 表示方法的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)點(diǎn)可以快速查找,然而一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置改變后,其路徑和子節(jié)點(diǎn)必須保持一致。這種情況下會(huì)頻繁操作樹(shù),因此有必要使用父級(jí)符號(hào)來(lái)維護(hù)此節(jié)點(diǎn)[16]。

        父級(jí)表示指的是在連續(xù)空間中存儲(chǔ)樹(shù)中的一組節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表鏈表中父節(jié)點(diǎn)的位置,數(shù)據(jù)域存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。parent 是一個(gè)指針字段,存儲(chǔ)數(shù)組中的父節(jié)點(diǎn)下標(biāo)。利用此存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),可以輕松地根據(jù)節(jié)點(diǎn)的父指針找到它,其時(shí)間復(fù)雜性為O(1)。如果父節(jié)點(diǎn)為0 或null,則表示找到樹(shù)節(jié)點(diǎn)的根,由此實(shí)現(xiàn)SelTree 樹(shù)形組件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)。

        2.2 線損計(jì)算

        線損就是線損功率,由于電力通過(guò)導(dǎo)線傳播(通常是銅線),導(dǎo)線本身具有一定的電阻,因此在傳播過(guò)程中,這條線(網(wǎng)格)的電阻會(huì)消耗掉一部分電力,詳細(xì)的線損統(tǒng)計(jì)算法如下所示:

        1)臺(tái)區(qū)線損

        式(1)中,L1表示臺(tái)區(qū)線損率;W1表示臺(tái)區(qū)供電量;S表示臺(tái)區(qū)售電量。在同一天,抄表臺(tái)區(qū)供電量和臺(tái)區(qū)售電量,臺(tái)區(qū)售電量計(jì)算公式如下:

        式(2)中,xr表示臺(tái)區(qū)下低壓用戶每月抄表得到的實(shí)際用電量;sr表示以客戶正常月份用電量為基準(zhǔn),按正常月與故障月的差額補(bǔ)收的相應(yīng)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(jié)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(qū)線損

        式(5)中,L4表示分區(qū)線損率;W3表示分區(qū)供電量;G表示分區(qū)售電量。

        2.3 線損管理中心基礎(chǔ)服務(wù)流程

        該系統(tǒng)的基本服務(wù)主要包括4 個(gè)方面:服務(wù)資源的通知/取消、服務(wù)資源查詢、服務(wù)資源使用、結(jié)果的計(jì)算和顯示。圖4 為實(shí)時(shí)線損業(yè)務(wù)管理流程。

        圖4 實(shí)時(shí)線損服務(wù)管理流程

        1)用戶開(kāi)始訪問(wèn)門(mén)戶實(shí)時(shí)線損估算系統(tǒng)Web瀏覽器。

        2)PortalSearch 可以搜索注冊(cè)表中可用的實(shí)時(shí)線路損耗估計(jì)服務(wù)。

        3)實(shí)時(shí)線損估算服務(wù)通過(guò)調(diào)用其組件服務(wù)(包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)、區(qū)域拓?fù)鋽?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)線損估算模塊以及計(jì)算節(jié)點(diǎn))來(lái)尋找滿足需求的可用資源或服務(wù)。

        4)實(shí)時(shí)線損評(píng)估服務(wù)通過(guò)查看實(shí)時(shí)線損評(píng)估指標(biāo)選擇最合適的資源。

        5)使用全新數(shù)據(jù)集估算線損,并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù),向數(shù)據(jù)服務(wù)提供虛擬服務(wù)模式。

        6)在計(jì)算結(jié)束后,結(jié)果將發(fā)送給DataServices。

        7)PortalRequest 請(qǐng)求的結(jié)果顯示在用戶顯示服務(wù)和Web 瀏覽器中。

        3 實(shí) 驗(yàn)

        3.1 測(cè)試目的

        在系統(tǒng)正式投入使用前,可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程中的漏洞,改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性。測(cè)試主要是模擬和執(zhí)行系統(tǒng)在實(shí)際工作中需要完成的相關(guān)任務(wù),利用系統(tǒng)反饋的結(jié)果和相關(guān)的信息指標(biāo),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最終評(píng)價(jià),并發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。

        3.2 測(cè)試環(huán)境

        進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試前,必須建立一個(gè)測(cè)試環(huán)境,測(cè)試環(huán)境如下:測(cè)試平臺(tái)為Windows10;測(cè)試設(shè)備為酷睿i5.8GHzde CPU;硬盤(pán)大小為500 G;測(cè)試地點(diǎn)為機(jī)房;測(cè)試人員共2 位;次數(shù)共5 次。

        3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        1)單一用戶界面響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在10 s 以內(nèi)作出響應(yīng),而客戶端統(tǒng)計(jì)時(shí)間應(yīng)在5 s 以內(nèi),單一用戶操作響應(yīng)如圖5 所示。

        圖5 單一用戶操作響應(yīng)

        分別使用SCADA 系統(tǒng)、基于面向服務(wù)架構(gòu)SOA線損管理系統(tǒng)、SelTree 樹(shù)形系統(tǒng)分析單一用戶操作響應(yīng)時(shí)間,對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

        表1 不同系統(tǒng)單一用戶操作響應(yīng)時(shí)間對(duì)比分析

        由表2 可知,使用SCADA 系統(tǒng)界面響應(yīng)時(shí)間超過(guò)10 s,而客戶端統(tǒng)計(jì)時(shí)間在5 s 以內(nèi);使用SOA 線損管理系統(tǒng)界面響應(yīng)時(shí)間超過(guò)10 s,客戶端統(tǒng)計(jì)時(shí)間也超過(guò)5 s;使用SelTree 樹(shù)形系統(tǒng)界面響應(yīng)時(shí)間在10 s 以內(nèi),客戶端統(tǒng)計(jì)時(shí)間在5 s 以內(nèi)。

        2)正常情況下,事物處理響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在3 s 以內(nèi)作出響應(yīng),涉及跨系統(tǒng)事物響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在7 s 以內(nèi),事物處理響應(yīng)如圖6 所示。

        圖6 事物處理響應(yīng)

        分別使用SCADA 系統(tǒng)、基于面向服務(wù)架構(gòu)SOA線損管理系統(tǒng)、SelTree 樹(shù)形系統(tǒng)分析事物處理響應(yīng)時(shí)間,對(duì)比結(jié)果如表2 所示。

        表2 不同系統(tǒng)事物處理響應(yīng)時(shí)間對(duì)比分析

        由表2 可知,使用SCADA 系統(tǒng)事物處理響應(yīng)時(shí)間超過(guò)3 s,而涉及跨系統(tǒng)事物響應(yīng)時(shí)間大部分超過(guò)7 s;使用SOA 線損管理系統(tǒng)事物處理響應(yīng)時(shí)間大部分在7 s 以內(nèi),而涉及跨系統(tǒng)事物響應(yīng)時(shí)間超過(guò)7 s;使用SelTree 樹(shù)形系統(tǒng)事物處理時(shí)間在3 s 以內(nèi),涉及跨系統(tǒng)事物響應(yīng)時(shí)間在7 s 以內(nèi)。

        通過(guò)上述對(duì)比結(jié)果可知,使用SelTree 樹(shù)形系統(tǒng)線損管理時(shí)間在實(shí)際操作預(yù)期時(shí)間范圍內(nèi),由此說(shuō)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有良好的管理效果。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        SelTree 樹(shù)形組件能夠有效地集成已有的數(shù)據(jù)資源,所構(gòu)建的系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和重用性?;赟elTree 樹(shù)形組件設(shè)計(jì)了電力企業(yè)線損管理系統(tǒng),對(duì)線損管理系統(tǒng)的目標(biāo)、流程進(jìn)行了分析,以適應(yīng)線損業(yè)務(wù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)線損情況的智能計(jì)算和分析。

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