繼電保護定值管理系統

繼電保護是電力系統的重要組成部分，而繼電保護定值管理工作的有效性、及時性是電網安全、穩定運行的有力保障。在分析了繼電保護定值管理工作特點的基礎上，利用工作流技術，構建了基於瀏覽器/Web伺服器/資料庫伺服器三層定值管理系統模型。通過網頁編程技術和資料庫技術對系統進行了設計實現，從而使該系統在滿足繼電保護定值管理日常工作要求的同時，實現了定值單的自動流轉。

基本介紹

• 中文名： 繼電保護定值管理系統
• 外文名：Relay protection fixed value management system
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 模式：瀏覽器/伺服器結構
• 功能：實現任務狀態的自動更新和轉換

簡介

電力系統繼電保護是電力系統的重要組成部分，它在保證電力系統安全、穩定和經濟運行等方面起著非常重要的作用。而繼電保護管理工作的有效、及時是電網安全、穩定運行的有力保障。隨著計算機技術在電力系統生產調度中的套用越來越廣泛，繼電保護定值管理方式也由原來主要通過手工錄入和有紙辦公的形式開始向基於計算機和網路技術的無紙辦公形式過渡。現有的這些定值管理系統大多能利用網路實現一些數據交換，但還不能使定值單在各部門之間自動高效地流轉，不能對工作流程進行有效的監控和管理。工作流是一類能完全或部分自動執行的業務過程，根據一系列過程規則使文檔、信息或任務能在不同的執行者之間傳遞與執行，而工作流技術為任務的協同處理提供了支持。繼電保護定值管理涉及大量保護裝置定值數據的計算管理、保護設備管理、定值單在不同職責的管理人員和部門之間的流轉管理，帶有很大的群體性、互動性和協作性。本文結合定值管理工作和工作流的特點，將工作流的思想引入定值單管理信息系統。該系統利用資料庫來實現工作流系統，既具備傳統管理信息系統的特點，又能夠實現定值單的自動流轉和監控。

系統需求分析

通過對用戶需求分析和考慮定值管理工作的特點，確定了系統三大功能模組:定值單管理模組、定值單生成模組和系統管理模組。

定值單管理

通過管理界面，用戶可以實現定值單的錄入、修改、刪除等維護工作，滿足傳統的管理要求。同時，在此模組中利用工作流技術來實現定值單在不同職能部門的處理和自動流轉。 該模組還提供了對本單位所有定值單的查詢統計功能，為繼電保護管理工作提供準確、及時、全面的信息服務，該功能對所有用戶開放。在設計中，採用了所見即所得的形式，以方便用戶閱讀。同時，該模組提供了模糊查詢功能，滿足多種查詢方式的要求，既可按定值單編號查詢，又可按電壓等級、運行單位、設備名稱、保護型號、定值單狀態等任選一項或幾項進行組合查詢，並且對於查詢的結果提供了列印功能。

定值單生成

為了方便定值單的生成，將定值單的內容劃分為三個模組:表頭信息，具有固定的格式和內容，包括電壓等級、單位、保護名稱等信息，這些信息可以通過列表框進行選擇生成;表尾信息，一方面存儲審批流程中涉及到的操作人員信息，另一方面在定值單審批過程中提供數字簽名之用，這一部分同樣具有固定的格式和內容，包括申請人、計算人、審核人、復算人等;保護內容，包括定值單的整定值描述和整定值，控制字描述和控制字這兩大部分。這部分內容根據定值單的複雜性，區別比較大。通過以上分析可以看出，定值單生成工作的重點和難點主要集中在保護內容的生成。因此針對保護內容，此模組提供了四種定值單生成模式:模版模式，以定值單表頭信息為條件檢索模版庫，從而找到與新定值單比較接近的定值單模版，然後用戶進行修改，以生成所需的定值單;手工模式，提供空白的定值單，在此基礎上用戶可以逐行添加和刪除整定值和控制字，最終形成定值單;輔助模式，用戶可以將常用的控制字和整定值描述存入整定值庫和控制字型檔，在定值單生成時，用戶首先從中選擇需要的整定值和控制字描述，然後再添加相應的整定值和控制字，從而形成新的定值單;自動生成，本模組提供了與自動計算程式的接口，可以將整定值導入到本系統資料庫中，從而形成新的定值單。通過以上模組的設計，在一定程度上方便了定值單的生成。

系統管理

主要實現用戶管理，資料庫的維護、日誌管理、單位管理、保護設備管理和模版信息的管理功能。通過以上的需求分析，建立了如圖1所示的管理系統功能框圖。

系統設計

系統結構設計

系統結構設計就是根據系統套用的需求，在確定系統運行環境和運行方式的情況下，設計出能使系統高效運行、安全穩定的實現架構。目前電力系統內的網路構建日益成熟，更多的套用將逐漸轉向網路。為了滿足網路用戶的需求，本系統採用當前比較流行的瀏覽器/Web伺服器/資料庫伺服器三層架構模式。通過合理部署資料庫伺服器和應用程式伺服器，一方面有利於提高系統的安全性和執行效率，另一方面也有利於程式的維護和升級。由於當前的作業系統基本上為windows，因此在伺服器端利用微軟的IIS來架設Web伺服器，伺服器程式利用ASP進行開發，頁面製作工具則採用專業的網頁製作工具Dreamweaver。這樣可以將網頁的布局設計與頁面功能程式的設計相分離，發揮各個軟體的優勢，加快整個程式的開發進度。考慮到數據的海量性和安全性，資料庫採用SQL Sever2000，伺服器程式利用ADO進行資料庫的連線。為了增加程式的重用性，編寫了具有資料庫連線和關閉功能的獨立檔案，其它程式只需包含此檔案就可以實現對資料庫的連線和關閉。客戶端直接利用現有的區域網路或工nternet連線，不需要特殊設定和安裝，使用標準的工E瀏覽器直接訪問Web伺服器，通過Web伺服器程式就可以實現資料庫中存儲數據的遠程操作，從而不存在客戶端程式的開發和維護。定值單的審批流程涉及到申請單位、繼保科整定計算組、整定專工、主管部門、調度科和廠站等單位，他們分別位於流程中的不同的節點。定值單從申請單位提出申請，繼保科整定組完成定值單的整定、通過復算、審核到最終完成定值單的執行和存檔替換為一個定值單的審批流程。通過審批流程分析，可以明確定值單流轉過程及其涉及到的人員、單位，為工作流模型設計及實現提供基礎。

工作流管理系統邏輯結構設計

與通常的MIS系統不同，本模組自上而下可劃為四層:表示層、工作流層、功能層、數據層。

表示層就是系統的操作界面層，是用戶接口部分，為參與工作流程的工作人員提供與系統進行互動以及對工作流程中流轉的數據進行操作的人機接口和界面，它擔負著用戶與套用間的對話功能。

工作流層通過表示層通知參與者要執行的工作任務，通過調用功能層的功能構件來執行具體的任務操作。在此利用資料庫技術，設計了工作流層的三大模組:

1)路由表。通過流程分析，確定定值單的轉發路徑，形成路由信息以表的形式保存。從流程圖中可以看出，在定值單審批流程中主要是串列路由，同時存在著局部循環路由。為了實現以上路由，每一個節點保存其到前驅節點和後繼節點的條件即定值單的狀態，通過定值單的狀態來確定定值單轉發路徑。

2)任務表。用以存儲審批流程中的任務信息。在此對不同許可權部門設計了保存本部門任務信息的局部任務列表，同時設計了保存定值單詳細信息的全局任務列表，它們之間通過定值單編號進行關聯。

3)角色表。定義了執行相應操作的許可權。通過對定值單審批流程所涉及到的操作分析，定義了定值單申請、定值單整定、定值單復算、定值單審批、定值單批准、定值單執行等角色。這些角色由系統管理員賦予屬於不同部門的人員，而人員又是角色的具體執行者。因此，在資料庫中通過定義部門表，用戶表，許可權表，實現相關角色的定義。

功能層就是根據不同部門的職責和身份的不同，設計了不同的功能頁面:定值單申請、定值單生成、定值單復算、定值單審核、定值單批准和定值單執行等頁面。當用戶登錄系統時，根據登錄人的角色登入進相應的任務列表頁面進行定單處理。同時在頁面中定義了針對不同操作的功能選項:定值單退回、定值單轉發、定值單保存，不同的功能選項對應於定值單的不同的狀態。

數據層，由於定值管理中涉及大量的數據信息，因此採用了專門的資料庫管理系統為各應用程式提供數據訪問支持，從而實現數據存儲、查詢、更新等功能。主要包括設備數據、定值數據、保護模版信息，任務列表信息、路由信息和用戶信息等數據。

定值單狀態定義

在定值單審批管理流程中，為了使一個工作任務能準確自動地選擇路由，需要在工作任務的運行過程中產生和回響一些狀態，利用任務狀態的產生、轉換來推動工作任務的流轉執行。為實現系統的工作流模型，定義了定值單已申請、定值單待重新申請、定值單待計算、定值單待審核、定值單待下發、定值單待執行、定值單執行成功、定值單待修改、定值單無法執行等狀態。根據每階段的操作結果，通過在任務列表中定義相應觸發器實現任務狀態的自動更新和轉換。

系統運行分析

基於工作流的定值單審批管理，主要根據定值單狀態的改變，從而調用不同的頁面來實現工作流程執行過程中的各項任務的分配，根據流轉規則即路由推進定值單在不同部門的自動流轉。當用戶登入系統後，系統根據用戶的身份檢索任務列表，將就緒的任務呈現給用戶。用戶對任務處理完畢後，系統根據用戶的不同操作，自動更新任務狀態，以任務狀態為條件檢索本單位路由表確定任務處理的下一環節，利用資料庫的觸發功能將任務插入下一環節的任務列表，實現任務的自動分配和流轉。

系統最佳化設計

連線池

由於系統採用了B/S模式，所以主要的工作都在伺服器端完成;同時，在每一個用戶訪問Web伺服器時，都要同資料庫建立一個連線，那么資料庫就有可能要同時處理許多建立連線的請求，這對於資料庫伺服器和Web伺服器而言是一個很嚴重的負擔，甚至會導致資源耗盡而當機。所以在保證客戶的回響速度和服務質量的前提下，如何使有限的計算機系統資源為更多的客戶提供更好的服務，在程式的設計中就需要考慮。本系統在設計實現時使用了連線池機制來解決這個問題。連線池基本的思想就是預先建立一些連線放置於記憶體對象中以備使用。當用戶需要建立與資料庫的連線時，首先到連線池中查詢，如果有連線，則只需讀取連線即可，如果沒有可以用的連線，則建立新的連線。當用戶退出程式，不需該連線時，只需將該連線放回到連線池中，以便其他程式或用戶使用，從而提高程式的運行效率。同時連線池機制對於位於池中的連線具有管理的功能.增加了資料庫連線的強壯性

客戶端確認

為了減少伺服器的負擔，將一部分工作轉移到客戶端完成，如用戶身份的驗證，提交表單時表單內容的校驗;同時在使用比較頻繁的數據查詢功能中，用戶在向Web伺服器提交查詢命令時，在客戶端對用戶的查詢條件進行了限制和檢驗，防止用戶隨意和無條件的大批量的數據查詢，影響系統的性能。

事務處理

資料庫中數據的一致性、正確性是保證系統可靠運行的關鍵。由於定值單審批過程中，每一步的操作都涉及到對多個數據表的操作。為了防止在數據操作失敗時造成數據不一致的後果，在設計中採用了事務處理機制，從而在數據操作失敗時，可以利用事務的回滾機制，保證數據的一致性。

系統安全設計

用戶許可權設計

在套用設計中，系統管理員對用戶訪問所有模組的許可權設計了一個許可權表，通過該許可權表，決定用戶可訪問模組的範圍。系統用戶根據其許可權分為三種:一是系統管理員，具有系統最高許可權，由他們負責整個系統的安全、調度、授權和維護等工作;二是一般用戶，僅能夠進行定值單的查詢和統計功能，不具有寫的許可權;三是操作員，操作員分別屬於不同的角色，從而具有不同的操作許可權，可以對本單位的工作任務進行處理。這樣通過許可權設定即起到了防止用戶非法操作的目的又方便了用戶管理。

用戶身份驗證

進入定值管理系統需要輸入用戶名和密碼，進行身份驗證，驗證通過後將該用戶名及其所屬的角色以Session的形式進行保存。當用戶進入相應的頁面進行操作時，首先檢查其是否為登入用戶，如果是則繼續，否則轉到登入頁面。對每一個登入系統的用戶，系統賦予了一個操作碼，對定值單的每一步寫操作都需要輸入其操作碼，然後驗證程式根據其操作碼查詢用戶數據表，如果有此用戶，則比較其用戶名和角色與其登入時的用戶名及其角色是否相同，如果相同則表明用戶身份合法，如果不同則表明用戶身份不合法，從而防止了登入用戶和非登入用戶對定值單的非法的操作。

日誌管理

系統提供了詳細的日誌記錄，對停留系統期間的每一個用戶的詳細操作都進行了記錄，包括其用戶名稱、登入時間、操作內容、定值單編號、操作時間及其IP位址等信息，從而可以監測審批中的詳細過程，供系統管理員參考。

總結

該繼電保護定值管理系統的設計，採用當前流行的瀏覽器/伺服器結構模式，將MIS系統和工作流技術相結合，利用伺服器端的腳本和資料庫管理系統來實現工作流程的管理、工作任務的調度、狀態信息的維護等工作流邏輯，在滿足供電部門繼電保護工作對MIS使用上的傳統要求的同時，實現了定值單在不同部門的自動流轉。目前，該系統已在某電力公司試運行，通過現場使用情況表明，該系統一方面實現了以往傳統紙質和電子定值單的入庫工作，方便了管理;另一方面利用定值單多種生成功能提高了新定值單的生成效率;同時藉助於現有的計算機網路，利用定值單審批功能實現了定值單在不同部門的自動傳遞和處理，提高了審批效率。總之，本系統的開發與實現在一定程度上提高了繼電保護定值管理工作的效率。