基于J2EE的继电保护整定计算与定值单系统的设计与实现.docx
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基于J2EE的继电保护整定计算与定值单系统的设计与实现
基于J2EE的继电保护整定计算与定值单管理系统的设计与实现
摘要：
关键词
1引言随着电网的不断建设与改造，电网规模不断更新扩大，结构日趋复杂，作为保证电网安全稳定运行的重要技术——继电保护显得越来越重要,而且对继电保护的专业人员的要求也越来越高，整定的工作难度和强度也是越来越大。
但随着计算机技术的不断发展，进行整定计算的软件的功能已经很完善，但是在计算完成后定值单的管理、流转等环节上还需要进一步的发展。
定值单的编制、核对、审批和下发不仅是继电保护运行管理中的一项重要工作,也是调度运行日常工作中的一项繁琐细致的工作。
传统的纯手工的计算、手工管理或者单纯依靠Word文档和Excel文档管理办法虽然可行,但是如果文档数量过多,那么此种管理方式不仅效率低下，查询统计非常不方便且容易出错，并耗费大量纸张及人力资源，同时，整定计算人员不能及时掌握定值单审核、执行等情况，对定值单审核、执行等情况进行跟踪比较困难，而且没有充分利用计算机数据库技术和网络技术。
（文章重点解决的问题）
2系统分析与设计
2.1系统设计目标
本系统应能够对已有的和即将接入的继电保护装置进行整定计算，并编制整定方案直到定值单的形成、打印，对整定计算的有关历史纪录和基础资料做好有效的管理。
具体目标如下：
（1）具备强大的短路计算和整定计算能力：
短路计算能满足复杂电网结构方式和任意复杂故障的计算要求，并能够对接地系统和不接地系统使用不同的数学模型做准确的计算；实现各类元件保护的整定计算，且对于新的保护装置和整定算法，能进行简单方便快速的升级；整定计算过程的一体化方式与用户干预方式相结合，满足各种计算要求。
（2）所有管理和分析计算工作的可视化，图形交互与管理、计算功能无缝结合。
提供强大的电力系统图形处理能力，大大减少电力系统图形的维护工作量。
（3）系统的模块化和组件化，易于维护和升级。
实现与其他系统的数据共享与交换，并在系统设计上考虑今后厂内MIS系统互联的需要，预留开放性接口。
（4）对整定风格的考虑全面、灵活、方便。
部颁大型发电机变压器整定计算规程
是整定计算的基本规程，但具体到不同的保护装置往往又对具体的整定方法有不同的要
求，这就要求整定程序能够综合考虑这些多样化的整定方法，提高丰富的人工干预的手
段，最大限度的利用人工经验，适应不同电厂的要求。
（5）对所生成定值单实现在线上传与下载、浏览与签字、管理与查询、数据的备份与恢复等操作功能。
2.2系统体系结构设计
应用软件采用B/S、C/S相结合模式，充分发挥两种应用模式各自的优点，最大限度满足用户实际应用需要。
其中管理、查询及定值单流转功能采用B/S模式，应用J2EE技术架构；整定计算和定值单仿真功能以C/S模式为主。
网络拓扑示意图如下：
图2.1网络拓扑示意图
2.2.2故障分析整定管理部分的结构设计
以往的发电厂继电保护定值整定及管理系统，保护的整定计算规则都写入程序内部，用户不能对其进行修改，而且对具体设备保护的配置也是固定的，造成当用户对具体设备及其所配置的保护进行添加或删除时、以及当保护整定计算规则发生变化的时候，不能灵活的处理，难以满足该类软件通用性和实用性的要求，因此很难满足不同容量发电厂实际应用的需要。
针对上述问题，本文采用了模块化、开放式的整定计算和管理系统，其目的是当发电厂系统结构发生变化、系统运行方式或者构成系统的设备参数发生变化以后，系统中的各个设备的保护还能保持它的完整性和可靠性。
图2.2故障分析整定管理框架图
2.2.3定值单管理部分的结构设计
定值单流转部分采用网络三层体系结构（Browser∕WebServer/Database）。
第一层采用用户浏览器；第二层是Web服务层，其实现采用的MVC（Model、View、Controler）的设计模式。
第三层是数据库层，数据库服务器用来存储管理信息系统中所用到的各种数据，数据由数据库管理程序直接录入。
如下图2.3所示：
图2.3定值单流模块的结构设计图
2.3系统数据库设计
2.3.1故障分析整定管理部分库设计
本文设计了基于网络的集中式数据库。
继电保护整定不同的部门，不同的整定人员对网络结构、参数及定值的修改都是按照权限和管辖区域进行，数据统一由集中式数据库服务器进行管理。
数据库服务器有两台，一台为工作机，一台为热备用机。
正常情况下，工作机正常运行，按照设定时间更新备用机数据，使得工作机与备用机数据保持一致。
当工作机故障，备用机及时投入，从而不会影响正常工作。
集中式的数据库管理机制保证了数据的一致性，为调度管辖区域的变更提供方便，同时为其他相关部门提供了方便的资料查询途径。
数据库结构主要定义了五部分，其中包括工程管理、整定计算管理、系统参数管理、绘图图元管理及定值单管理。
管理接口查询接口绘图接口计算接口
2.3.2定值单管理部分库设计
该部分设计了三张数据表：
管理员信息表、用户信息表和定值单信息表。
管理员信息表记录系统管理员的相关信息；用户信息表记录系统可操作用户的相关信息；定值单信息表保存定值单的基本信息，包括定值单的编号、名称、变电站、设备名称、保护型号、等相关信息。
2.4系统的功能模块设计
本文设计的继电保护整定计算及定值单管理系统具备有整定计算、故障计算、系统的仿真校验以及定值单的在线浏览、签字和查询、备份等功能，系统的功能模块图如下：
2.4.1系统整定计算模块主要功能介绍
1系统管理功能：
系统管理功能主要实现基于一次系统接线图的、电厂原始一、二次参数的管理和维
护。
（1）管理参数类型。
主要包括线路、变压器、发电机、母线、电动机、电抗器等一次元件的名称、电气参数和其他原始参数、各系统运行方式下的拓扑结构信息、元件运行状态（投/停状态、互感线路挂检、变压器中性点接地方式变化）等；CT、PT、保护装置等二次元件的型号、生产厂家、安装位置、运行状态、运行定值等。
（2）参数查询功能。
可以按照元件名称、型号、生产厂家、电压等级、所属地理区域、厂站、元件类型等关键字进行精确查询和模糊查询。
（3）参数编辑和修改功能。
可以通过对话框对单个元件进行参数编辑和修改，也可
以通过参数表格对多个元件进行参数编辑和修改。
（4）参数计算功能。
可以根据线路型号、公里数、类型等计算线路阻抗参数，可以
根据变压器试验数据计算其电抗参数，可以进行标么值和有名值转换。
（5）参数检查功能。
可以自动辨识孤立母线、孤立区域、零序孤岛等特殊接线，可
以判别线路参数的合理性等等。
2面向保护装置的整定计算功能
面向保护装置整定计算功能主要实现面向保护装置的、各种类型、各种型号保护装
置的整定计算。
（1）整定计算内容。
实现对各种类型保护装置的整定计算和管理，包括：
发电机保护、变压器、电动机保护、电抗器保护等；对于新增的保护装置，能够简单方便地实现升级。
（2）整定计算过程一体化，整定计算全面考虑整定规程的要求，采用整定风格和半
自动整定工作方式满足整定原则的灵活性；采用多样灵活的定值调整手段，使用户能够
充分干预整定全过程，提高了定值的正确性和适应性。
（3）能够在网络接线图上完成整定计算各个环节的工作，包括运行方式的设置、整
定范围的指定、定值的查看和手工调整等。
（4）提供丰富的计算结果输出功能，详细显示每一步整定的细节，形成保护定值配
置图、形成Word格式的定值单稿等，为有效地进行人工干预提供依据。
（5）提供历史纪录和基础资料的管理功能。
3故障计算功能
故障计算是继电保护整定计算的基础。
它对复杂电网结构和特殊接线形式以及多重复杂故障的处理能力在很大程度上决定了整个继电保护计算软件的功能和整体性能。
实现的功能有：
（1）可以计算电力系统各种简单故障，包括单相短路，两相短路，两相短路接地，
三相短路，三相短路接地，单相断线，两相断线，三相断线，非全相运行以及两线路间
的跨线短路故障等，且每种短路故障的过渡电阻、非全相摆角都可以任意设置。
（2）可以计算以上各种简单故障任意组合成而成的任意重复杂故障，在线路（包括互感线路）和变压器上可以设置多个发生在不同位置的故障。
（3）能处理以下特殊的电网结构形式：
零阻抗支路、无穷大阻抗支路、任意重零序部分互感线路。
序网络不需要用户手工建立，程序能自动进行零序网连通性检查，并可以处理网络中存在零序不接地孤立网络的情况。
（4）对电网规模无限制，计算时间与电网规模的增长呈线性关系。
（5）可以对大型电网的网络参数进行分区组织和管理，并能对分区电网进行网络等值计算。
在进行大批量故障计算过程中，对没有发生故障的区域先作网络等值，然后再参与故障计算，可以大大缩短计算所需的时间。
（6）可以管理任意多个系统运行方式，并实现多方式，多故障状态下的批量故障计算。
对运行方式，考虑了元件投切状态变化、变压器接地方式变化、母联开关开断、互感线路两端挂检等。
（8）计算条件的设定（计算方式的选择，故障设置和输出量的设置等）都通过图形窗口或列表窗口由用户交互式输入，简单直观。
（9）计算结果可以用列表的形式来查看，且系统可以对批处理计算的结果进行自动排序，对短路电流曲线以二维曲线的形式输出，并可输出格式化文本便于打印。
2.4.2定值单管理模块主要功能介绍
定值单管理功能作为系统的第二大功能模块对整定计算部分所生成的电子档定值单信息进行细致、详尽的归类管理，大大的减轻了管理人员的工作量，摒弃了以往的“存手工“式的管理归档的方式，减少了事故的发生。
其主要功能包括：
（1）系统用户管理功能：
该模块主要是对用户信息的管理，包括对用户的权限进行分类、控制不同的用户对数据的访问和操作，查询用户信息，并赋予管理员用户添加、删除、修改用户权限和信息的权利，以适应企业机构或人员的变动。
（2）定值单的在线流转与签字：
此功能主要是实现定值单的在线审批与查阅，由整定计算部分生成的定值单在此功能模块中的状态被分为了编制、待校核、待审批、待下发、待执行、已作废，已驳回七个状态进行管理，由整定计算部分生成的每一张定值单将会在系统中由编制人员、校核人员和审批人员进行分级查阅、批示和签字，确保每一张定值单数据的准确可靠，对于经过分级审批通过的定值单，才能下发到现场进行执行。
对于未通过的定值单将会集中提交给编制人员，编制人员可以通过驳回的定值单上附录的驳回原因进行进一步的再修改，使其更加完善。
（3）定值单的在线查询：
此功能模块可以根据特定的某张定值单号单号、定值单的执行时间、定值单所属变电站、所属馈路进行查询，可以进行单一条件查询，也可进行联合条件查询。
（4）数据备份与恢复：
数据备份与恢复功能完成对系统定值单数据及数据库信息的备份与恢复，大大增加的系统数据的安全性，防止出现一些不可预知的事件破坏系统的数据；
3系统的实现及关键技术介绍
3.1系统的开发环境介绍
本系统中C/S结构的整定计算部分采用了VC6的编程工具。
这是因为本系统是面向图形的可视化整定计算程序，而VC6具有功能强大、开发灵活的优点，同时它又是采用面向对象技术的开发工具。
系统中的B/S结构的定值单管理部分使用了经典的MVC架构，模型－视图－控制器（MVC）设计模式强制性的使应用程序的输入、处理和输出分开。
系统基于MVC结构，使用Servlet，JSP，JavaBean等技术将模型、视图、控制器这三部分有效的拆分开来，是整个系统的结构更加清楚，层次感更加清晰。
MVC结构与J2EE有良好的结合，这样既有利于本系统的开发，也有利于系统后期的维护。
3.2系统工作流程及算法设计
3.2.1整定计算工作流程
整定计算子系统实现了从参数建立、保护装置整定到定值单形成整定计算全过程
的自动化，实现了继电保护整定计算功能的全面集成。
具体来说，整个整定计算过程
按如图3-5所示流程执行。
（1）打开工程。
用户打开需要进行整定的工程，则系统从电网原始参数库中载入整个工程的参数信息，从整定计算信息库中载入该工程中已经建立的所有过程的基本信息。
（2）新建过程。
打开工程后，用户选择新建过程命令，在新建过程界面中设定过程的名称描述、类型、基础方式、是否继承已有过程等信息。
新建过程完毕后，系统从整定计算信息库中载入过程整定参数缺省值信息；如果新建的过程是继承已有的过程，则系统还将被继承过程的所有信息载入内存。
（3）划定整定范围。
新建过程后，用户选择划定整定范围命令，在划定整定范围界面中指定需要进行整定的保护范围。
既可以以保护装置为单位进行划定，也可以以被保护元件为单位进行划定，则该元件上所有保护装置均参加整定计算。
可以划定多套保护装置或者多个被保护元件同时参加整定计算。
划定整定范围完毕后，系统按照预先设置的整定方法自动进行整定计算。
（4）定值调整。
自动整定计算完毕后，所有整定结果在定值调整界面中提交给用户查看。
用户可以对自动整定计算中采纳的方式、故障、整定参数、配合状态等进行调整，也可以选择人工强制给定定值。
若用户对已有方式不满意，还可以选择“自定义方式”命令进行补算。
用户对定值调整完毕后，系统将在用户人工修改基础上对所有保护定值进行修正，保证保护间正确的配合关系。
（5）结果输出。
整定计算完毕以后，整定结果可以以多种形式输出，包括保护定值配置图、整定文档和定值单等。
以系统一次接线图为基础，所有整定结果可以显示在图上相应的位置，形成保护定值配置图打印输出；而且，用户可以自由调整结果显示位置，调整一次后位置信息将保存在数据库中，新形成的定值配置图将按照用户调整后位置进行显示。
整定文档包括Word格式的定值算稿、方式说明。
整定文档以规范的格式，如标题、整定人、目录、页码等，包含了整定计算的所有中间信息，相关用户可以方便地查阅整定过程。
（6）保存过程。
选择保存过程命令，则过程所有信息将保存在整定计算信息库中，
用户可以通过打开过程随时查询该过程的相关信息。
3.2.2定值单管理工作实现流程
图2.9流程控制模块
，定值单的管理过程实际上反映了继电保护管理工作中定值单管理的流程：
生成的定值单先录入相关信息进入管理模块；由编制人员对录入的定值单进行编制修改后提交给校核人员检查，通过检查后在提交给审批人员批准，确认后下发执行；同时原来该设备的定值单自动作废。
一张定值单在继保管理工作中的各个不同状态及转移情况可用图5.3表示。
（1）编制定值单：
这里为定值单管理的入口，所有被管理的定值单从此处录入系统进行统一的调度管理，编制人员需要对新进入系统的定值单的信息进行详细的记录与统计，以便在日后的管理中通过录入的信息更好对每一张定值单进行管理。
每录入一张单子需要将，单子的变电站名定值单号，以及定值单名称写入相应的数据库和定值单一起提交给系统，同时编制人员检查无误后可以通过点击通过按钮提交给校核人员进行进一步的审核，当编制人员通过此定值单的时候其姓名会自动的签署到文档的特定位置，同时定值单的状态也会有编制状态变为待校核状态，等待校核人员的复审。
（2）校核定值单：
通过编制人员审查的定值单将会出现在校核人员的工作列表当中，这些定值单都是待校核需要校核人员处理的定值单，校核人员再次充当了一个对编制人员的检查监督的作用，当校核人员检查无误后他会将定值单提交给审批人员进行审批，如果校核人员发现定值单存在问题或错误，他可以将此定值单驳回给编制人员重新检查与编制，并附有驳回的理由等，当被校核人员处理过的定值单不论是通过还是驳回，将也会在文档的特定位置签署校核人员的姓名记录，同时定值单的状态会变为待审批或已驳回状态，等待审批人员进行审批或是编制人员进行再修改。
（3）审批定值单：
定值单通过编制和校核人员的检查与通过后，便需要由审批人员进行审批来使此定值单具备被现场执行的条件，通过审批人员通过，签署有审批人员名字的定值单将可以被下发到现场进行执行，同时审批人员如果发现定值单存在正疑惑错误，可以通过驳回将其提交到编制人员处，附上驳回理由以令其修改后重新流转。
（4）定值单下发：
通过编制、校核、审批多级检查和签署的定值单已经具备了被现场执行的一切条件，编制人员可通过此将可执行了定值单提交到执行现场，等待现场发挥的信息。
（5）定值单的执行：
提交到现场的定值单在现场被执行后，需要将执行的准确时间以信息形式发回，编制人员将此定值单的时间写入数据库，此时定值单的状态变为已执行状态。
（6）作废定值单：
当某一设备的旧定值单被一新定值单所代替时，次定值单将会变为已作废状态。
（7）删除定值单：
被标示为已作废的定值单不会从数据库中清除，如果希望彻底清除此定值单的信息，则可以通过删除定值单来完成此操作。
（8）系统数据备份：
系统的数据备份可分为手动备份或自动备份，当有新的一批定值单录入后，管理人员可以通过手动备份来实现系统的备份，同时系统可以设定管理人员在一段时间（譬如是一个月）的时间内为对系统进行备份，则系统自行启动自动备份功能。
（9）系统数据还原：
当系统数据遭到破环，或出现异常的时候，管理人员可已通过数据还原功能将系统数据还原到上次备份的时刻。
（10）定值单查询：
管理人员通过定制单查询可以进行精确查询，也可以进行模糊查询，查询条件包括：
定值单号，定值单名称、变电站名、定值单状态、定值单的执行时间、定值单的录入时间等，可以但一查询，也可以联合查询，使用方便，查询快速准确。
小结：
3.3系统实现的关键技术
3.3.1定值单上传模块流程图
图文件上传
3.3.2定值单查询
3.3.3数据备份与恢复
图3.3数据备份流程图图3.4数据还原流程图
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