多人在線智能變電站二次設計系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

周富強，楊慶偉，費云中，朱勝輝（.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江嘉興34000；.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東深圳58057）

多人在線智能變電站二次設計系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

周富強1，楊慶偉2，費云中1，朱勝輝1
（1.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江嘉興314000；2.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東深圳518057）

隨著網(wǎng)絡帶寬及技術的發(fā)展，多人在線協(xié)作技術已在很多行業(yè)得到應用。目前智能變電站多人在線同時展開設計的工作模式尚未得到有效展開。為此，在分析了設計單位的網(wǎng)絡環(huán)境和智能變電站設計功能需求的基礎上，提出了多人在線的智能變電站二次設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過將圖紙文件壓縮后存放于數(shù)據(jù)庫中，再結合功能管理模塊、權限校驗模塊、通信模塊等模塊，解決了多人在線協(xié)同設計沖突問題，有效地增強了設計人員的協(xié)同工作能力，提高了工作效率。

智能變電站；多人在線；二次設計；數(shù)據(jù)庫；功能管理

隨著網(wǎng)絡帶寬及技術的發(fā)展，多人在線協(xié)作技術已在很多行業(yè)得到應用。在知網(wǎng)學術庫上通過關鍵詞“多人在線多人協(xié)作”檢索得到380條記錄。使得多人同時在線開展智能變電站的設計成為可能，多人在線設計可以讓設計人員同時開展協(xié)同工作且不限于工作地點，提高工作效率。

隨著智能變電站進入全面建設階段，智能變電站的設計工作量越來越大。智能變電站的設計完全交給由一個人設計已經(jīng)不太現(xiàn)實。根據(jù)智能變電站的設計特點，文獻[1-5]分別從不同角度提出了優(yōu)化設計工作的設計模式，但都未考慮多人在線的協(xié)同設計工作方法。

本文認真分析了智能變電站系統(tǒng)的網(wǎng)絡運行環(huán)境、用戶權限、多人同時操作、性能需求等，在智能變電站設計模式基礎上展開系統(tǒng)設計，提出了多人在線的智能變電站二次設計系統(tǒng)，從而實現(xiàn)多人在線的同時開展設計功能。

1　系統(tǒng)分析

1.1系統(tǒng)環(huán)境

智能變電站的設計資料比較重要，設計單位需要將智能變電站的設計資料歸檔至服務器，因而通常情況采用C/S模式。智能變電站二次設計系統(tǒng)的應用網(wǎng)絡環(huán)境如圖1所示。設計工作平臺（電腦）通過交換機等網(wǎng)絡設備和服務器連接在一塊。設計人員在設計工作平臺上登錄至服務器，展開相關設計。

1.2用戶權限分析

根據(jù)設計單位的組織結構，可以將用戶按權限按職責劃分：管理用戶、工程用戶。管理用戶是所有用戶的管理員，具備指定其他用戶為工程用戶的職能；工程用戶又分為操作用戶、瀏覽用戶、其他用戶，其他用戶不能查看該工程的任何信息。

圖1　系統(tǒng)應用環(huán)境Fig.1The system application environment

1.3多人同時操作分析

多人在線設計，指有兩人或兩人以上的設計人員同時展開對同一變電站的設計。

為更好地實現(xiàn)多人在線同時設計，按操作粒度把用戶的操作分為3類：查看類操作、編輯類操作、獨立類操作。查看類操作表示用戶僅是查看設計信息，不進行任何編輯操作，該類型的特點是多用戶可以同時進行操作；編輯類操作表示用戶會進行添加、修改、刪除的設計操作，該類型的特點是涉及設計信息修改，同時僅能單個用戶操作。獨立類操作表示該功能獨立于本系統(tǒng)之內，功能運行時，不涉及系統(tǒng)內的設計信息，該類型的特點是可以多人進行操作，不限制使用人數(shù)。

二次設計系統(tǒng)常見查看類操作有：二次設備查看、虛端子查看、輸出虛端子表、輸出SCD、輸出光纜清冊、輸出網(wǎng)絡配置表、輸出二次設備表、輸出交換機端口表、物理回路查看等。

常見編輯類操作有：間隔配置、ICD文件導入、ICD文件更新、虛回路配置、屏柜布置、模板文件管理、網(wǎng)絡參數(shù)配置、網(wǎng)絡配置、用戶管理。

常見獨立類操作有：ICD、SCD文件校驗。

1.4文件存儲

根據(jù)文獻[6]的針對數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)的測試結論，當文件大小超過1 MB時，文件放在系統(tǒng)文件內存儲速度較快，當文件小于256 kB時數(shù)據(jù)庫存儲速度較快，當文件小于1 MB大于256 kB時，沒有很清晰的區(qū)別。智能變電站的設計圖紙數(shù)量較多，但文件比較小，因而采用數(shù)據(jù)庫存儲，直接存放在數(shù)據(jù)庫表結構的字段內。為避免超大文件的出現(xiàn)及提高數(shù)據(jù)庫的存儲效率，需要將文件大小控制在256 kB以內。采用文件壓縮算法壓縮文件。

7z壓縮格式是主流高效的壓縮存儲格式，它采用多種壓縮算法進行數(shù)據(jù)，具有極高的壓縮比，采用GNU寬通用公共許可證（GNU LGPL）協(xié)議下開放源代碼[7]，是文件壓縮不錯的選擇。

1.5性能需求

1.5.1系統(tǒng)容量

系統(tǒng)支持裝置類型≥500。系統(tǒng)支持裝置數(shù)量≥1 000。

系統(tǒng)支持交換機數(shù)量≥1 000。

系統(tǒng)支持同時在線工作人數(shù)≥50人。

1.5.2時間需求

系統(tǒng)登錄時間≤5 s平均登錄時間應在1~3 s。

系統(tǒng)繪圖操作響應時間≤3 s。

系統(tǒng)互斥檢查時間≤1 s。

2　系統(tǒng)設計

基于本文第1節(jié)所提的功能分析，方案以設計單位普通使用的AutoCAD軟件為開發(fā)平臺，使用AutoCAD二次開發(fā)技術ObjectARX實現(xiàn)方案功能，如圖2所示。該方案有多個功能模塊組成，它們分別是權限校驗模塊、用戶管理模塊、工程管理模塊、通信模塊、功能管理模塊、配置管理模塊、圖紙管理模塊、檢索模塊、校驗模塊、版本管理模塊等。軟件架構重點關注多人在線的相關模塊，在圖2中以綠色表示，其他模塊在文獻[1-5]的基礎上提煉而成。本文不再重點描述。軟件的輸入是ICD文件，輸出是設計圖紙、光纜清冊、SSD、SCD等文件。

圖2　軟件架構Fig.2Software architecture

2.1模塊設計

2.1.1功能管理模塊

功能管理模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，用于多位用戶進行同一操作產(chǎn)生沖突關系的處理，位于服務器上。所有的操作都需經(jīng)由功能管理模塊處理，如圖3所示。

圖3　功能管理模塊結構Fig.3The structure of the function management module

功能管理模塊又細化為操作分類模塊、操作記錄模塊、操作結果模塊。操作分類模塊將操作按操作類型進行分類。

為便于記錄操作狀態(tài)，操作記錄模塊內置簡易內存數(shù)據(jù)庫，記錄本系統(tǒng)所有的操作并添加字段記錄使用狀態(tài)。針對查看、獨立類操作結構定義如下：

功能名使用者人數(shù)。

編輯類操作具有排他性，某一時刻僅有有一名用戶使用，字段使用者ID記錄正在使用的用戶，ID來源于用戶表。針對編輯類操作結構定義如下：

功能名使用者ID。

操作結果模塊返回用戶申請該操作的判斷結果，分為可以執(zhí)行、禁止執(zhí)行。

2.1.2通信模塊

通信模塊有兩個職能：

1）用于系統(tǒng)內用戶給其他用戶發(fā)送的消息；

2）用于當用戶操作某一功能模塊時，該功能模塊若已經(jīng)被占用，通信模塊會給用戶發(fā)送消息提醒已經(jīng)被其他用戶鎖定。

通信模塊細分為初始化模塊、線程函數(shù)模塊，基礎方法模塊，如圖4所示。初始化模塊負責初始化數(shù)據(jù)結構、初始化網(wǎng)絡。線程函數(shù)模塊負責數(shù)據(jù)發(fā)送和接收線程處理?；A方法模塊負責數(shù)據(jù)發(fā)送和日志記錄。

圖4　通信模塊結構Fig.4The structure of the communication module

2.2數(shù)據(jù)表設計

2.2.1用戶類數(shù)據(jù)表

其中，userPriority表示用戶權限，它標識是否為管理員，管理員權限分為0~20個等級，數(shù)值越低，表示級別越高，0為超級用戶不能被刪除，1~20為用戶等級隨數(shù)值增大而權限逐漸降低，高級別用戶可以添加、修改刪除低級別用戶。級別0~10表示用戶為管理員用戶，可以直接操作任何工程，級別11至20表示用戶為普通用戶，可以被管理員指定為工程用戶。表1所示為用戶表結構userTable。

表1　用戶表結構userTableTab.1User table structure

userStatus為用戶狀態(tài)，表示用戶是否登錄到系統(tǒng)或能否使用，分為在線、離線和凍結3種狀態(tài)。

表2記錄用戶組信息，用戶組一般對應于設計單位的部門。

表2　用戶組userGroupTableTab.2User group table

表3記錄工程用戶的信息，即用戶對該工程的操作權限。為方便記錄，用戶權限使用宏定義記錄

表3　工程用戶表projectUserTableTab.3Project user table

{

sznariPriority Forbidden=0

有一天我正在圖書館里閱讀，一位中國同胞前來找我?guī)兔μ顚懮暾埳鐣ｋU的表格。他到法國20年了，竟然連姓名性別這樣最簡單的法文字詞都看不懂！他說自己就像瞎子或聾子一樣，很不方便。這些遠赴異國他鄉(xiāng)謀生的華裔們，在生活上遇到多大的困難?。?/p>

sznariPriorityWrite=1，

sznariPriorityRead=2，

}

2.2.2圖紙類數(shù)據(jù)表

根據(jù)本文第一節(jié)的分析，針對各種類型的圖紙，構建表4所示表結構。graphData用于存儲壓縮后的文件數(shù)據(jù)。

表4　圖紙表graphTableTab.4Graph table

3　系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1流程設計

3.1.1系統(tǒng)應用流程

結合設計單位現(xiàn)在的工作模式，多人在線的工作模式如圖1所示。

圖5　在線設計工作模式Fig.5The online design work mode

2）新建工程，若是新建工程，直接進入工程設計，否則用戶可以選擇打開工程。

3）打開工程，服務器返回工程列表供用戶選擇。

4）工程權限判斷，判斷用戶是否具備打開工程權限。

5）下載工程，打開工程后，由服務器將變電站工程傳輸?shù)接脩綦娔X本地。

6）工程設計，期間需要通過權限校驗模塊和功能管理模塊進行用戶在線權限設計校驗。

7）工程提交，工程設計完成后，用戶將工程傳至服務器。

3.1.2消息發(fā)送流程圖

以用戶B發(fā)送消息給用戶B為例進行說明，流程圖如圖6所示。

圖6　消息發(fā)送流程圖Fig.6The flow diagram of message sending

1）用戶A選擇用戶B和輸入需要發(fā)送的消息。

2）通信模塊在數(shù)據(jù)庫中查找用戶B當前是否登錄到系統(tǒng)上，若是查找用戶B的網(wǎng)絡地址信息，若沒有，提示無法發(fā)送信息。

3）發(fā)送子模塊根據(jù)用戶B的網(wǎng)絡地址將消息發(fā)送給用戶B。

4）用戶B的接收子模塊接收到消息，傳遞給用戶B的顯示子模塊顯示給用戶。

3.1.3功能管理流程圖

功能管理模塊是本系統(tǒng)的核心模塊。處理流程如圖7所示。

1）用戶開始操作時，經(jīng)由權限校驗模塊判斷是否具有權限。

2）功能管理模塊將操作進行分類，判斷當前操作屬于編輯類、查看類、獨立類操作。

3）若是編輯類操作，查看是否有其他用戶在使用，若沒有直接返回給用戶允許其進行下一步；若有其他用戶在使用，查出使用者信息，由通信模塊將正在使用者信息返回給用戶，提示有用戶正在使用，禁止執(zhí)行該操作，然后返回。

圖7　功能管理流程圖Fig.7The flow diagram of function management module

4）若是查看類、獨立類操作記錄將當前使用者人數(shù)增加1。返回給用戶允許其進行下一步。用戶B的接收子模塊接收到消息，傳遞給用戶B的顯示子模塊顯示給用戶。

3.2用例圖

為更好地描述系統(tǒng)各部分的功能，設計人員角色用例圖如圖8所示。

圖8　用例圖Fig.8Use case diagram

4　結語

本文分析了智能變電站系統(tǒng)的網(wǎng)絡運行環(huán)境、用戶權限、多人同時操作、性能需求等功能需求，在智能變電站設計模式基礎上展開系統(tǒng)設計，提出了多人在線的智能變電站二次系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過將圖紙文件壓縮后存放于數(shù)據(jù)庫中，再結合功能管理模塊、權限校驗模塊、通信模塊等模塊解決了多人在線協(xié)同設計沖突問題，有效地增強了設計人員的協(xié)同工作能力，有效地提高了工作效率。

[1]孫一民，裘愉濤.智能變電站設計配置一體化技術及方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（14）:70-74. SUN Yimin，QIU Yutao.Configuration design integration technology and scheme for smart substation[J].Automation of Electric Power Systems，2013，37（14）:70-74.DOI: 10.7500/AEPS201301206（in Chinese）.

[2]修黎明，高湛軍.智能變電站二次系統(tǒng)設計方法研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40（22）:124-128. XIU Liming，GAO Zhanjun.Secondary system design method for smart substation[J].Power System Protection and Control，2012，40（22）:124-128（in Chinese）.

[3]葉翔，劉輝.智能變電站圖模一體化設計軟件實現(xiàn)方案[J].江蘇電機工程，2014，33（3）:41-44. YE Xiang，LIU Hui.Implemention of graph and model integration software for smart substation[J].Jiangsu Electrical Engineering，2014，33（3）:41-44（in Chinese）.

[4]林俊，胡華威.智能變電站中基于CAD的圖形化模型設計軟件開發(fā)方案[J].電力自動化設備，2012，32（9）:142-147. LIU Jun，HU Huawei.Secondary system design method for smart substation[J].Electric Power Automation Equipment，2012，32（9）:142-147（in Chinese）.

[5]甄鐵嶺，倪兆瑞.基于SOA的智能變電站設計平臺的模式設計[J].電力信息與通信技術，2013，11（10）:61-64. ZHEN Tieling，NI Zhaorui.Pattern design of SOA-based intelligent substation design platform[J].Electric Power Information and Communication Technology，2013，11（10）: 61-64（in Chinese）.

[6]SEARS R，VANINGEN C，GRAY J.To BLOB or not to BLOB:Large object storage in a database or a file system [EB/OL].http://re-search.microsoft.com/apps/pubs/default. aspx?id=64525，2006.

[7]黃鷹，劉金萍.LZMA壓縮算法在Symbian系統(tǒng)S60平臺下中的應用[J].電子技術，2010，1（3）:13-15. HUANG Ying，LIU Jinping.Application of LZMA compressed algorithm in symbian OS series 60 platform[J]. Electronic Technology，2010，1（3）:13-15（in Chinese）.

（編輯徐花榮）

Design and Implement of Secondary Design for Smart Substation with Multiuser Online

ZHOU Fuqiang1，YANG Qingwei2，F(xiàn)EI Yunzhong1，ZHOU Shenghui1
（1.State Grid Jiaxing Electric Power Company，Jiaxing 314000，Zhejiang，China；2.CYG SUNRI Co.，Ltd.，Shenzhen 518057，Guangdong，China）

With the development of network bandwidth and technology，the multiplayer online collaboration technology has been applied in many industries.However，currently the multiuser online simultaneous design of smart substations has yet to be effectively carried out.To this end，based on analyzing the network environment of the design unit and the functional requirements of smart substation design，this paper proposes a multiuser online design plan for secondary system of the smart substation.By storing the compressed drawings in the database，using the function management module，permissions check module and communication module，the system solves the conflict problem in the multiuser online collaborative design. The system can effectively enhance the designer’s ability to work together，and improves the work efficiency.

smart substation；multiuser online；secondary design；database；function management

1674-3814（2015）06-0021-05

TM734

A

2015-02-07。

周富強（1980—），男，工程師，技師，研究方向電力系統(tǒng)繼電保護；

楊慶偉（1985—），男，碩士，研究方向電力系統(tǒng)自動化；

費云中（1976—），男，本科，高級工程師，研究方向電力系統(tǒng)繼電保護；

朱勝輝（1983—），男，本科，技師，研究方向電力系統(tǒng)自動化。