应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 c.使用OPC方式(OLE for Process Control) 因为太多的数据库和DCS使用自己的API方式存取数据，无法做到算法的 通用，因此提出了一个标准的存取接口，这就是OPC。因为强制性的在这个标 准的存取接口中使用了COM/DCOM,令OPC只能在windows下使用，且效率 (因为是工控场合，所以效率非常重要)低下，所以现在的OPC基本上也脱离 了当初制定的目标，令很多产商不满，包括OSI在内，虽然OSI PI提供OPC接 口，但OSI不建议客户使用它，也不对它进行技术支持。在OPC中的COM还 有另外一个大问题，因为COM规定必须支持先前制定的接口，而工控要求又非 常严格，开发测试的费用和时间都非常高，没有任何厂商愿意支持先前的COM 接口，因此没有真正符合COM标准的OPC。 这些实时数据库不适用于电网调度自动化系统，主要的原因如下： >价格非常昂贵的，以百万人民币为单位，而一套地调级电网调度自动化 系统得总价格也就几百万，包括了所有的硬件和软件。 >这些实时数据库的许多功能对电网调度自动化系统来说是没有用的，而 且会成为系统的负担。 >这些实时数据库提供的接口对于电网调度自动化系统来说比较繁琐和复 杂。 对于电网调度自动化系统中的一些特殊的数据模型没有提供支持，对于 这些数据模型的使用比较复杂。 1.2.3目前调度自动化系统中实时数据库的现状 目前许多电网调度自动化系统的厂家虽然意识到实时数据库对其产品非常 重要，却总认为自己是做电网调度自动化系统产品的，主要力量放在了整个系统 的接口和功能实现上，而实时数据库只是一个专用的后台角色，不可能成为一个 单独的商品软件，因此在这方面投入不足。许多厂家针对不同的调度自动化产品 单独开发实时数据库管理系统。并且这些厂家将实时数据库视为其产品的核心技 术之一，不向外公开其技术，而且也不向外销售实时数据库。这造成重复开发和 资源浪费。其次造成不同厂家之间的调度自动化系统互联，甚至同一厂家的不同 系统之间互联非常困难，需要开发另外的互联接口。 长期以来，电网调度自动化系统的厂家往往只对接口软件和应用软件报价， 很少对其实时数据库单独报价，而客户很少关心实时数据库的性能如何。这些因 素有可能影响电网调度自动化系统的厂家开发实时数据库的积极性。 第11贞共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 C．使用OPC方式(OLE for Process Contr01) 因为太多的数据库和DCS使用自己的API方式存取数据，无法做到算法的 通用，因此提出了一个标准的存取接口，这就是OPC。因为强制性的在这个标 准的存取接口中使用了COM／DCOM，令OPC只能在windows下使用，且效率 (因为是工控场合，所以效率非常重要)低下，所以现在的OPC基本上也脱离 了当初制定的目标，令很多产商不满，包括OSI在内，虽然OSI PI提供OPC接 口，但OSI不建议客户使用它，也不对它进行技术支持。在OPC中的COM还 有另外一个大问题，因为COM规定必须支持先前制定的接口，而工控要求又非 常严格，开发测试的费用和时间都非常高，没有任何厂商愿意支持先前的COM 接口，因此没有真正符合COM标准的OPC。 这些实时数据库不适用于电网调度自动化系统，主要的原因如下： >价格非常昂贵的，以百万人民币为单位，而一套地调级电网调度自动化 系统得总价格也就几百万，包括了所有的硬件和软件。 >这些实时数据库的许多功能对电网调度自动化系统来说是没有用的，而 且会成为系统的负担。 >这些实时数据库提供的接口对于电网调度自动化系统来说比较繁琐和复 杂。 >对于电网调度自动化系统中的一些特殊的数据模型没有提供支持，对于 这些数据模型的使用比较复杂。 1．2．3目前调度自动化系统中实时数据库的现状 目前许多电网调度自动化系统的厂家虽然意识到实时数据库对其产品非常 重要，却总认为自己是做电网调度自动化系统产品的，主要力量放在了整个系统 的接口和功能实现上，而实时数据库只是一个专用的后台角色，不可能成为一个 单独的商品软件，因此在这方面投入不足。许多厂家针对不同的调度自动化产品 单独开发实时数据库管理系统。并且这些厂家将实时数据库视为其产品的核心技 术之一，不向外公开其技术，而且也不向外销售实时数据库。这造成重复开发和 资源浪费。其次造成不同厂家之间的调度自动化系统互联，甚至同一厂家的不同 系统之间互联非常困难，需要开发另外的互联接口。 长期以来，电网调度自动化系统的厂家往往只对接口软件和应用软件报价， 很少对其实时数据库单独报价，而客户很少关心实时数据库的性能如何。这些因 素有可能影响电网调度自动化系统的厂家开发实时数据库的积极性。 第儿页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 1.3实时数据库概述 实时数据库是数据库系统发展的一个分支，它适用于处理不断更新的快速变 化的数据及具有时间限制的事务处理。实时数据库系统主要用在对时间要求很严 格的领域。实时数据库技术是实时系统和数据库技术相结合的产物，研究人员希 望利用数据库技术来解决实时系统中的数据管理问题，同时利用实时技术为实时 数据库提供时间驱动调度和资源分配算法。然而，实时数据库并非是两者在概念、 结构和方法上的简单集成。需要针对不同的应用需求和应用特点，对实时数据模 型、实时事务调度与资源分配策略、实时数据查询语言、实时数据通信等大量问 题作深入的理论研究。 实时数据库系统的主要研究内容包括： >实时数据库模型 >实时事务调度：包括并发控制、冲突解决、死锁等内容 >容错性与错误恢复 >访问准入控制 >内存组织与管理 >I/0与磁盘调度 >主内存数据库系统 >不精确计算问题 >放松的可串行化问题 >实时SQL > 实时事务的可预测性 >研究现状与发展 实时数据库系统主要用在对时间要求很严格的领域，如电网调度自动化，国 防、工业自动化、网络管理等。相对于传统的数据库系统来说，实时数据库系统 对于事务处理的时间要求是特别严格的。系统的正确性不仅仅在于数据逻辑结果 的正确，还在结果产生的时间上。任何处理的事务都必须在时间限制到达之前完 成，而绝大多数数据库系统都没有对实时应用进行专门的设计，或者缺乏对实时 事务处理的支持。其实，因为总有不可预见的数据产生，在实时数据库系统中， 也不能保证任何时间限制事务的实现，但可以尽量减少这些不能达到要求的事务 的数量。 实时数据库系统的主要目标就是尽可能地减少超过时间限制事务处理的情 况，调度决策尽可能地依靠事务的属性如优先权、时限等来达到这个目标。在绝 第12页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 1．3实时数据库概述 实时数据库是数据库系统发展的一个分支，它适用于处理不断更新的快速变 化的数据及具有时间限制的事务处理。实时数据库系统主要用在对时间要求很严 格的领域。实时数据库技术是实时系统和数据库技术相结合的产物，研究人员希 望利用数据库技术来解决实时系统中的数据管理问题，同时利用实时技术为实时 数据库提供时间驱动调度和资源分配算法。然而，实时数据库并非是两者在概念、 结构和方法上的简单集成。需要针对不同的应用需求和应用特点，对实时数据模 型、实时事务调度与资源分配策略、实时数据查询语言、实时数据通信等大量问 题作深入的理论研究。 实时数据库系统的主要研究内容包括： >实时数据库模型 >实时事务调度：包括并发控制、冲突解决、死锁等内容 >容错性与错误恢复 >访问准入控制 >内存组织与管理 >I／0与磁盘调度 >主内存数据库系统 >不精确计算问题 >放松的可串行化问题 > 实时SQL >实时事务的可预测性 >研究现状与发展 实时数据库系统主要用在对时间要求很严格的领域，如电网调度自动化，国 防、工业自动化、网络管理等。相对于传统的数据库系统来说，实时数据库系统 对于事务处理的时间要求是特别严格的。系统的正确性不仅仅在于数据逻辑结果 的正确，还在结果产生的时间上。任何处理的事务都必须在时间限制到达之前完 成，而绝大多数数据库系统都没有对实时应用进行专门的设计，或者缺乏对实时 事务处理的支持。其实，因为总有不可预见的数据产生，在实时数据库系统中， 也不能保证任何时间限制事务的实现，但可以尽量减少这些不能达到要求的事务 的数量。 实时数据库系统的主要目标就是尽可能地减少超过时间限制事务处理的情 况，调度决策尽可能地依靠事务的属性如优先权、时限等来达到这个目标。在绝 第12页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 大多数调度策略中，运行时间就是一个很难获得的值，将运行时间运用到调度决 策中是非常重要的。如果调度进程已经获得了事务处理时间的相关信息，而这些 信息又可以用来检测出哪些是最接近时限的事务，那么就可以赋予这些事务更高 的优先权，或者将那些不会超时的事务挂起。 实时数据库应用在电网调度自动化系统方面，分布式的状况又导致了实时控 制的复杂性。主要的问题就是，在分布系统中的多个数据库服务器和客户端的通 信问题。通信的开销导致远程服务器的响应处理时间变得不可预测，这就引出了 一个分布式的实时数据库系统(DRDB)的实现问题。在分布式的数据库系统 中，客户端的输入并不能在同一时间内反映到数据库中，或者是由于处理的延时 以及通信的开销，都将导致数据的不一致性。DRDB是以客户机/服务器方式 来设计的，它具有多个多线程的服务器，支持多个客户端的数据请求。 1.4本文主要研究内容 现阶段电网调度自动化主要研究课题之一是：研制和开发新一代适合多种应 用的、开放的调度自动化系统支撑平台。积极采用先进的计算机技术和数据库、 网络通讯、图形、WEB、事务处理、安全加密、多媒体等技术，以及API接口标 准、通信协议标准，研制和开发能够方便支持EMS、TMR、水调自动化、继电保 护管理，实时动态监测，雷电定位监测以及电力市场技术支持等相关系统和功能 应用，符合二次系统安全防护要求的新一代开放的调度自动化系统支撑平台，降 低系统的硬、软件投资和开发、维护的工作量。 新一代适合多种应用的、开放的调度自动化系统支撑平台中的一个主要模块 是实时数据库。现在的调度自动系统如ES、TMR、水调自动化、继电保护管理， 实时动态监测，雷电定位监测以及电力市场技术支持系统，他们对数据的实时性、 可靠性和安全性要求非常高，而且这些系统最初的数据来源和数据模型都非常类 似，因此这些系统能够共享调度自动化系统支撑平台。 调度自动化支撑平台是系统的基础，包括数据库管理：图形管理：网络管理和 系统管理等公用服务工具。其中，数据库管理又包括实时数据库管理和商用数据 库管理两部分。实时数据库管理是支撑平台乃至整个系统的核心内容，系统的体 系结构：数据组织：集成方案以及实时性：开放性：安全性和分布性等性能指标很 大程度上取决于实时数据库管理系统。因此，新一代电网调度自动化系统应首先 从实时数据库管理系统开始实施IEC61970-标准系列，在新的数据库管理系统的 基础上，实现其他支持软件和应用软件。调度自动化支撑平台的结构如图1-1 第13页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 大多数调度策略中，运行时间就是一个很难获得的值，将运行时间运用到调度决 策中是非常重要的。如果调度进程已经获得了事务处理时间的相关信息，而这些 信息又可以用来检测出哪些是最接近时限的事务，那么就可以赋予这些事务更高 的优先权，或者将那些不会超时的事务挂起。 实时数据库应用在电网调度自动化系统方面，分布式的状况又导致了实时控 制的复杂性。主要的问题就是，在分布系统中的多个数据库服务器和客户端的通 信问题。通信的开销导致远程服务器的响应处理时间变得不可预测，这就引出了 一个分布式的实时数据库系统(D R D B)的实现问题。在分布式的数据库系统 中，客户端的输入并不能在同一时间内反映到数据库中，或者是由于处理的延时 以及通信的开销，都将导致数据的不一致性。D R D B是以客户机／服务器方式 来设计的，它具有多个多线程的服务器，支持多个客户端的数据请求。 1．4本文主要研究内容 现阶段电网调度自动化主要研究课题之一是：研制和开发新一代适合多种应 用的、开放的调度自动化系统支撑平台。积极采用先进的计算机技术和数据库、 网络通讯、图形、WEB、事务处理、安全加密、多媒体等技术，以及API接口标 准、通信协议标准，研制和开发能够方便支持EMS、TMR、水调自动化、继电保 护管理，实时动态监测，雷电定位监测以及电力市场技术支持等相关系统和功能 应用，符合二次系统安全防护要求的新一代开放的调度自动化系统支撑平台，降 低系统的硬、软件投资和开发、维护的工作量。 新一代适合多种应用的、开放的调度自动化系统支撑平台中的一个主要模块 是实时数据库。现在的调度自动系统如EMS、TMR、水调自动化、继电保护管理， 实时动态监测，雷电定位监测以及电力市场技术支持系统，他们对数据的实时性、 可靠性和安全性要求非常高，而且这些系统最初的数据来源和数据模型都非常类 似，因此这些系统能够共享调度自动化系统支撑平台。 调度自动化支撑平台是系统的基础，包括数据库管理：图形管理：网络管理和 系统管理等公用服务工具。其中，数据库管理又包括实时数据库管理和商用数据 库管理两部分。实时数据库管理是支撑平台乃至整个系统的核心内容，系统的体 系结构：数据组织：集成方案以及实时性：开放性：安全性和分布性等性能指标很 大程度上取决于实时数据库管理系统。因此，新一代电网调度自动化系统应首先 从实时数据库管理系统开始实施IEC61970一标准系列，在新的数据库管理系统的 基础上，实现其他支持软件和应用软件。调度自动化支撑平台的结构如图1-1 第13页共64页
应用于电例调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 调度自动化系统支撑平台 数据库管理 图形管理 实时数 据库管 理 网络管理 商用数 系统管理等公用服务 据库管 工具 理 图1-1调度自动化支撑平台的结构 Fig1-1 The structure of platform of dispatching automation 本文主要针对调度自动化系统支撑平台中的实时数据库做了些研究，并进行了 设计和实现。对于实时数据库包含的内容比较多，本文主要对实时数据库管理系 统中对于调度自动化系统关联非常紧密的三个方面做了一些研究。 >实时数据库的组织架构 >实时数据库中数据的检索和定位 >实时数据库的访问接口 第14页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 图卜l调度自动化支撑平台的结构 Figl一1 The structure of platform of dispatching automation 本文主要针对调度自动化系统支撑平台中的实时数据库做了些研究，并进行了 设计和实现。对于实时数据库包含的内容比较多，本文主要对实时数据库管理系 统中对于调度自动化系统关联非常紧密的三个方面做了一些研究。 >实时数据库的组织架构 >实时数据库中数据的检索和定位 >实时数据库的访问接口 第14页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 第二章实时数据库概要设计 2.1电网调度自动化系统介绍 电网调度自动化系统中最主要的一个系统是SCADA/.EMS系统，有时就把 SCADA/EMS系统称为调度自动化系统或能量管理系统。SCADA,/EMS系统是以计算 机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网 调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息（包括频率、发电 机功率、线路功率、母线电压等)，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电 网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。 2.1.1电网调度自动化系统的硬件结构 SCADA/EMS系统包括数据采集(SCADA)、自动发电控制(AGC)、发电计划 (CS)、网络分析(NA)、调度员培训模拟等几部分。SCADA/EMS系统的一般硬 件配置和连接图如图2-1所示。 为了保证系统的可靠运行，该系统目前普遍采用双网结构。在一个网络损坏 的情况下，整个系统仍能正常的运行。当一台计算机的一个网络出现问题的情况 下，该计算机仍然能够完成其应有的功能。 为了保证数据的可靠采集，该系统目前普遍采用双前置机配置，双前置机互 为热备用，当主前置机出现问题时，系统自动切换到备用前置机，备用前置机升 为主前置机，完成数据采集的功能。根据用户的通讯设施的情况，系统可以采用 双通道，双通道仍然采用热备用。当一个通道出现问题，可以从另外一个通道采 集数据。GPS为整个系统提供准确的唯一的时钟。 第15页共64页
应用于电网调度自动化系统的实时数据库的设计与实现 第二章实时数据库概要设计 2．1电网调度自动化系统介绍 电网调度自动化系统中最主要的一个系统是SCADA／EMS系统，有时就把 SCADA／EMS系统称为调度自动化系统或能量管理系统。SCADA／EMS系统是以计算 机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网 调度中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息(包括频率、发电 机功率、线路功率、母线电压等)，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电 网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。 2．1．1电网调度自动化系统的硬件结构 SCADA／EMS系统包括数据采集(SCADA)、自动发电控制(AGC)、发电计划 (GS)、网络分析(NA)、调度员培训模拟等几部分。SCADA／EMS系统的一般硬 件配置和连接图如图2—1所示。 为了保证系统的可靠运行，该系统目前普遍采用双网结构。在一个网络损坏 的情况下，整个系统仍能正常的运行。当一台计算机的一个网络出现问题的情况 下，该计算机仍然能够完成其应有的功能。 为了保证数据的可靠采集，该系统目前普遍采用双前置机配置，双前置机互 为热备用，当主前置机出现问题时，系统自动切换到备用前置机，备用前置机升 为主前置机，完成数据采集的功能。根据用户的通讯设施的情况，系统可以采用 双通道，双通道仍然采用热备用。当一个通道出现问题，可以从另外一个通道采 集数据。GPS为整个系统提供准确的唯一的时钟。 第15页共64页