基于MapX的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計*

姜 利，方 敏，陳 薇

（合肥工業(yè)大學 電氣與自動化工程學院，安徽 合肥 230009）

隨著我國經(jīng)濟建設和社會的發(fā)展，用電負荷日益增長，為了進一步滿足電力企業(yè)及用戶對電網(wǎng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟運行的現(xiàn)代化要求，利用地理信息技術（GIS）進行電力管理已是大勢所趨。本文研究的目的是設計一個配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫以及實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫相連接，方便管理者及時準確了解配電變壓器的地理位置及其設備的運行情況，提高供配電的可靠性。

1 配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)

隨著無線通信GSM/GPRS技術的不斷提高，利用移動運營商提供的無線網(wǎng)絡實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控SCADA，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的一個重要方向。配電變壓器是配電網(wǎng)絡中最重要的電力設備，其運行狀態(tài)關系著配電網(wǎng)絡的穩(wěn)定。針對配電變壓器（簡稱配變）運行狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控需要，依據(jù)GPRS通信技術，設計了基于GPRS無線通信技術的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)一般由現(xiàn)場監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡部分和監(jiān)測中心三部分組成。變壓器現(xiàn)場監(jiān)測終端實現(xiàn)了變壓器運行狀態(tài)信息的采集，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)中。GPRS網(wǎng)絡是監(jiān)控終端和監(jiān)測中心之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海O(jiān)控中心的通信服務器接收所有的上傳信息，并通過指定協(xié)議解析后存儲到數(shù)據(jù)庫服務器[1]。監(jiān)控客戶端為用戶提供了一個友好可視化的GIS監(jiān)控界面，并通過Winsock控件實現(xiàn)與服務器端的通信，間接實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的訪問。開發(fā)環(huán)境為Visual Basic6.0，數(shù)據(jù)庫服務器采用SQL Server 2000，系統(tǒng)架構采取C/S方式，在對數(shù)據(jù)庫操作查詢時采用ADO組件、SQL語言，便于數(shù)據(jù)庫移植和版本升級。

監(jiān)控系統(tǒng)關于配電變壓器運行狀態(tài)應用需求有兩種：（1）實時更新配電變壓器的最新運行狀態(tài)；（2）查詢歷史信息，主要用于低壓配電系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析、預測等。第一種情況只需要得知每臺變壓器的最新一組運行信息即可，具有較高的讀寫頻率，以保證變壓器運行狀態(tài)的實時性。顯然，在數(shù)據(jù)量上它們只占全部配電變壓器運行信息的極小部分。若每次對變壓器最新狀態(tài)的檢索或更新都在全體運行信息中進行，這種做法顯然是不合理的，對數(shù)據(jù)庫的資源利用太低。尤其當信息量增長到一定程度時，對表格的任何操作都會引起嚴重的超時過期的錯誤，嚴重影響了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。因此，對歷史數(shù)據(jù)采用單獨建一個數(shù)據(jù)庫存放[2]，圖1為系統(tǒng)結構圖。

2 配變遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計

配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可以分為兩種：一種是屬性數(shù)據(jù)庫，包括了配電變壓器的一些屬性信息和實時信息等，存儲在SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫里。另一種是空間數(shù)據(jù)庫，又分為兩類，一類是空間數(shù)據(jù)；另一類是地理元素中非空間的屬性，又稱為屬性數(shù)據(jù)[3]。在本系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)庫的構建是通過美國Mapinfo公司的一個強大的控件MapX實現(xiàn)的?？蚣軋D如圖2所示。

圖2 配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫框架結構

2.1 系統(tǒng)任務需求分析

（1）地理信息功能，本系統(tǒng)建立在地理信息系統(tǒng)平臺上，地圖可以縮放、分層顯示、全貌可以顯示全系統(tǒng)地理位置，局部可以顯示某配電變壓器的詳細內(nèi)容及運行情況。

（2）對操作人員的權限進行驗證，防止無關人員的操作。

（3）對配變參數(shù)的存儲：配變相關的一些參數(shù)需要記錄并可查詢。

（4）配變變壓器運行狀態(tài)的監(jiān)測：電壓、電流越限、變壓器溫度過高等異常情況需報警記錄。

（5）過程開關量控制：對箱式變中某些開關進行開斷閉合操作。根據(jù)電壓、功率因數(shù)、無功功率的大小，控制電容器的投切。

（6）歷史數(shù)據(jù)處理及趨勢分析功能：歷史數(shù)據(jù)查詢功能、圖表統(tǒng)計功能，電荷用電曲線報表等。

（7）事件（日志）查看：主站系統(tǒng)日志、參數(shù)修改日志等等）和數(shù)據(jù)庫管理功能（刪除、備份數(shù)據(jù)庫）。

2.2 系統(tǒng)體系結構分析

基于GIS的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以分為四部分。分別是配電變壓器監(jiān)測信息采集模塊（TTU）、GSM/GPRS無線通信模塊、通信服務器管理模塊、配變監(jiān)控GIS模塊（客戶端）。電子地圖是以二次開發(fā)繪制的合肥市行政屆電子地圖（Mapinfo.tab格式）為系統(tǒng)背景。

通信管理模塊主要用于管理和后臺計算機相連的GSM通信設備，連接、斷開設備以及對收到的短信息進行管理等，該模塊包括通信管理、遠程終端管理、和配變信息管理?；贛apX的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)通信管理模塊框圖如圖3所示。

圖3 配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)通信管理模塊框圖

2.3 屬性數(shù)據(jù)庫的概念/邏輯設計

根據(jù)對系統(tǒng)所做的需求分析設計，規(guī)劃出本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫實體。本系統(tǒng)涉及到的實體主要有：系統(tǒng)管理員、配電變壓器、配電變壓器監(jiān)測終端、配變負責任人、變電站、電業(yè)局等。圖 4為用 E-R圖（實體-聯(lián)系圖）描述的配電變壓器屬性數(shù)據(jù)庫結構。其中配電變壓器的業(yè)務信息很多，例如配電變壓器屬性信息、配電變壓器整點數(shù)據(jù)信息、配電變壓器日統(tǒng)計信息等。

圖4 用E-R圖表述的數(shù)據(jù)庫概念結構

數(shù)據(jù)庫的邏輯設計過程就是把E-R圖中的實體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關系模式的過程，并據(jù)此創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表的表格以及表格之間的關系。

2.4 屬性數(shù)據(jù)庫關鍵表的設計

（1）服務器端管理員表

包括服務器管理員工號、管理員名稱、組名稱、組的權限、密碼、姓名等字段。

包括組編號、組名稱、組的權限等字段。

（3）客戶端操作員權限設置表

包括權限編號、權限名稱、權限具體內(nèi)容等字段。

（4）客戶端操作員用戶表

包括操作員編號、用戶名稱、用戶密碼、組編號等字段。

（5）客戶端操作員組表

包括組編號、組名稱、組的權限等字段。

艾呂雅的詩作中始終貫穿著這樣一種聲音：忠于自己、表達純粹、展現(xiàn)最適宜表達的超現(xiàn)實主義的夢幻?！赌阊劬Φ幕【€》是艾呂雅前期的作品，有著明顯的超現(xiàn)實主義意味。該詩共有十五行，三節(jié)，表現(xiàn)戀人時時刻刻都活在詩人的心里。戀人的眼睛使詩人著迷，她彎彎的秀眼更讓他浮想聯(lián)翩，也使他的生命有了意義(“你眼睛的弧線引起我心中的回旋”)。首節(jié)中，詩人成為了戀人秀眼的俘虜，秀眼彎彎使人想到了圓舞、圓環(huán)、光暈、搖籃。第二節(jié)和第三節(jié)中，詩人多以并列名詞構成詩行，列舉愛情的象征和化身：葉片、苔蘚、蘆葦、笑魘、翅膀、源泉、晨曦、星辰。

（6）客戶端操作員權限設置表

包括權限編號、權限名稱、權限具體內(nèi)容等字段。

（7）配電變壓器屬性表

包括配電變壓器編號、配電變壓器名稱、所屬客戶代號、所屬線路、所屬變壓站、所屬變壓等級等信息。

（8）實時監(jiān)測數(shù)據(jù)表

該表存儲從監(jiān)測終端實時采集到的數(shù)據(jù)（每小時采集一次）。

（9）報警記錄表

包括報警編號、配電變壓器編號、報警時間、報警內(nèi)容等字段。

（10）配電變壓器監(jiān)測終端信息表

包括配電變壓器監(jiān)測終端ID，配變電壓器ID、Sim卡號碼等字段。

（11）變壓器-責任人表

把一個變壓器綁定給一個責任人管理，當變壓器出現(xiàn)異常的時候，該責任人負責維修。主要包括編號、責任人編號、配變編號等信息。

3 屬性數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫的連接

本系統(tǒng)在開發(fā)過程中，采取了“底層數(shù)據(jù)庫+屬性文件”，即“SQL Server 2000底層數(shù)據(jù)庫+Mapinfo專題屬性文件”二級管理與實現(xiàn)模式[4]。系統(tǒng)客戶端加入了地理信息的元素，配電變壓器一旦發(fā)生異常，用戶能在客戶端第一時間發(fā)現(xiàn)并進行相關處理。但如何實現(xiàn)存儲在SQL Server 2000中的配電變壓器屬性數(shù)據(jù)和配電變壓器的電子地圖相連接是一個關鍵問題。

3.1 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接

要實現(xiàn)配電變壓器屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的連接，其實也就是將采集上來的變壓器的屬性數(shù)據(jù)源放入MapX的過程，即實現(xiàn)了數(shù)據(jù)綁定。在Mapinfo中，地圖都是分層存放的，每一圖層的一組文件的文件名相同，只是后綴不同。其中該層中地物的空間數(shù)據(jù)主要存放在空間數(shù)據(jù)文件.map中，而每個地物對應的屬性數(shù)據(jù)則存放在同名的.DAT文件中，此外.tab文件存放了屬性數(shù)據(jù)的表結構。通過索引文件.id，Mapinfo就可以把空間地物和它們各自的屬性關聯(lián)起來。

該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)包括圖形矢量數(shù)據(jù)、空間屬性數(shù)據(jù)和工程管理數(shù)據(jù)（變壓器實時屬性信息等）。為了增強整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的靈活性，采用分開存儲的方法。圖形矢量數(shù)據(jù)以Mapinfo標準文件格式存儲在特定目錄下，圖形中每個地物均有其對應的唯一的標識（ID號），系統(tǒng)以此為索引建立該地物的圖形數(shù)據(jù)文件?？臻g屬性數(shù)據(jù)與工程管理數(shù)據(jù)均采用SQL Server 2000來存儲，各地物屬性記錄的關鍵字為圖形文件中該地物的ID號，由此便實現(xiàn)了圖形文件與屬性文件的一一對應關系[5]。 如圖5所示。

圖5 空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的連接

3.2 空間數(shù)據(jù)庫的獲取

從Mapinfo提供商里購買了合肥市行政屆電子地圖（Mapinfo版本），并自定義新的圖層，根據(jù)實際變壓器安裝的經(jīng)度和緯度信息，創(chuàng)建了點圖元。最后保存圖層文件。

3.3 利用ADO方式實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的綁定

ADO（ActiveX Data Object）是微軟新的數(shù)據(jù)訪問技術。它與數(shù)據(jù)訪問層OLE DB Provider一同工作，提供通用的數(shù)據(jù)訪問。ADO易于使用、速度快、占用內(nèi)存少，且采用了數(shù)據(jù)庫動態(tài)的綁定技術，從而可高效地獲取數(shù)據(jù)。

在基于MapX的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)庫按照MapX的圖層來管理，每一圖層對應一種類型的空間實體，配電變壓器空間數(shù)據(jù)層的圖層為trans.Tab，其屬性數(shù)據(jù)庫為byq。在本程序中設當byq數(shù)據(jù)庫sbssxx（設備實時信息）表中設備狀態(tài)為F時，變壓器就會觸發(fā)報警事件，并在地圖上以圖元閃爍的形式報警。在Visual Basic 6.0下添加一個定時器，其核心代碼為：

//連接名稱叫 con，數(shù)據(jù)源為 byq，用戶名為 sa，密碼為1 ，屬性數(shù)據(jù)表為trans.Tab

以上代碼完成了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綁定[6]。在以上程序中，數(shù)據(jù)綁定的任務是由DataSets.Add語句實現(xiàn)的。只要把trans圖層里的配變編號設置為索引，且byq數(shù)據(jù)庫配變編號設置為主鍵，且兩者數(shù)據(jù)類型相同，系統(tǒng)就會自動搜索相關內(nèi)容并進行綁定。一旦綁定成功之后可以通過MapX里的Layer對象中的Layer.Search方法進行有報警信息的圖元查詢[7]，通過編程達到閃爍的效果。監(jiān)控的畫面如圖6所示。

針對GSM/GPRS配電變壓器遠程監(jiān)控的特點，對任務需求進行了軟件需求分析、數(shù)據(jù)庫的概念/邏輯設計，完成了數(shù)據(jù)庫中關鍵表的設計。闡述了組件技術MapX在配變監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，完成了配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的連接。對基于GIS的配變監(jiān)測系統(tǒng)客戶端的開發(fā)具有一定的實際意義。

[1]郭宗蓮.基于GPRS無線通信的配變監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2008（23）：69-72.

[2]仰燕蘭，葉樺，費樹岷.車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計與優(yōu)化[J].東南大學學報（自然科學版），2010（1）：44-47.

[3]孫才新，周湶，劉理峰，等.電力地理信息系統(tǒng)及其在配電網(wǎng)中的應用[M].北京：科學出版社，2003.

[4]黃天戍，余智欣，喻勁松；基于MapX的組件式GIS系統(tǒng)的開發(fā)與研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2003（6）：14-16.

[5]張勇，楊作升，劉展，等.利用 MAPX實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的掛接 [J].青島海洋大學學報 （自然科學版），2003（1）：87-94.

[6]齊銳.用 MapX開發(fā)地理信息系統(tǒng)[M].北京：清華大學出版社，2004.

[7]Mapinfo公司.MapX5.0中文開發(fā)指南[M].1999.作者簡介：