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)

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。基于SelTree 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。