浙江電網繼電保護設備評價管理系統的構建

錢麗丹

摘要： 浙江電網繼電保護設備評價管理系統目標在于針對各個廠家的設備運行數據，進行客觀的評價考核，形成對各廠家各設備的評價體系，為繼電保護設備的管理和選型工作建立標準。系統采用開發J2EE技術，基于Struts + Spring + Hibernate的經典MVC架構，使用AJAX技術以提高前臺展現效果。文章闡述了繼電保護設備評價管理系統的物理結構和總體技術框架，詳細描述了功能模塊的劃分，分析了關鍵技術（數據同步技術、jQuery、工作流技術與模板引擎技術、JACOB和POI等）在系統中的應用。系統為繼電保護狀態檢修的輔助決策以及設備選型與管理等工作提供了重要手段，有效地提高了電網的信息化管理水平。

關鍵詞： 繼電保護設備； 評價管理系統； J2EE技術架構； jQuery； 工作流技術； 模板引擎技術

中圖分類號：TP315文獻標識碼：A文章編號：1006-8228（2012）04-24-05

Evaluation and management system of Zhejiang Grid relay protection equipments

Qian Lidan

（Department of Information & Technology, Zhejiang Professional Training College of Economic & Trade, Hangzhou， Zhejiang 310018, China）

Abstract： The purpose of evaluation and management system of Zhejiang Grid Relay Protection Equipments is to provide an objective evaluation and assessment, and establish standards of selection and management of relay protection equipments for Zhejiang Grid, through analyzing the running data of manufacturers relay protection equipments. To ensure the technology leading in a period of time, the system, which is based on Struts + Spring + Hibernate classic MVC architecture, uses the latest J2EE technologies. It employs AJAX technology to improve the front-desk exhibition effect. The system's physical structure and overall technical framework are introduced in this paper. Then its function modules and some key technologies (including Data synchronization, jQuery, workflow and template engine technology, JACOB and POI) are discussed. Building the system, on one hand, provides decision support for relay protection equipment maintenance, and a reference for selection and management of relay protection equipments, on the other hand, can effectively improve the information management level.

Key words： relay protection equipments； evaluation and management system； J2EE technical architecture； jQuery； workflow； template engine technology

0 引言

隨著電網規模不斷擴大以及微機保護技術的日趨成熟，繼電保護設備數量急劇增長，保護設備制造廠家呈現多元化的趨勢，不同廠家保護設備型號多，產品運行質量也參差不齊，這給繼電保護入網管理、設備選型等工作帶來了很大的挑戰，迫切需要開展各廠家保護設備運行質量評價工作[1]。此外，繼電保護狀態評估時對家族性信息的依賴性非常大，因此也有必要對保護設備（線路保護、母線保護、變壓器保護、電抗器保護等）的運行信息進行綜合統計，形成相應的指標為繼電保護設備檢修的輔助決策提供依據。繼電保護設備評價管理系統針對各個廠家的設備運行數據，進行客觀的評價考核，形成對各廠家各設備的評價體系，為繼電保護設備的管理和選型工作建立標準。

繼電保護設備評價管理系統必須達到下列目標：符合現代信息技術發展的趨勢，保證系統在一定時期內的技術領先性；模塊化結構，支持跨平臺互聯；系統能夠適應不斷增加的功能要求，并能以最簡單的方式、最小的投資進行功能擴充；采用“面向數據的設計方法及面向對象的開發方法”將各種不同的原始數據和文檔加工成數字化信息，實現信息的統一管理；采用WWW技術，實現各種維護、查詢界面的統一性；在確保應用系統本身穩定運行的基礎上，科學地劃分業務人員的權限，根據權限確定其可以使用的功能，防止企業核心信息及機密信息的外泄，以確保系統的安全性和保密性；適應電力行業的需要，符合電力行業標準；系統遵循ISO9000的有關軟件開發的國際標準。

1 系統設計

1.1 系統物理結構

系統的物理結構如圖1所示，其中，數據庫服務器為整個系統提供數據庫服務，采用Oracle 10g數據庫作為系統數據庫。采用Tomcat（或JBOSS）作為WEB應用容器。客戶端：系統采用B/S結構，客戶端直接用瀏覽器訪問服務器，采用IE 6以上版本作為客戶端，也可使用Opera、Firefox等瀏覽器。數據同步服務器用于為系統提供數據同步服務，用于與生產管理系統和項目檢修輔助決策系統進行數據交互，可與應用程序服務器合并。

圖1應用系統物理結構圖

1.2 總體技術框架

J2EE[2]是一種利用Java 2平臺來簡化諸多與多級企業解決方案的開發、部署和管理相關的復雜問題的體系結構。本系統采用最新的J2EE技術，基于Struts + Spring + Hibernate經典MVC架構，使用AJAX技術提高前臺展現效果，使用jQuery作為AJAX應用框架。利用以上多種主流開源技術能夠構建成一個完整的、可擴展性強的整體技術框架。系統技術框架結構如圖2所示。

圖2總體技術框架圖

系統從職責上分為四層：WEB層、業務邏輯層、數據持久層和實體層。其中使用Struts作為系統的整體基礎架構，負責MVC的分離；在Struts框架的模型部分，利用Hibernate框架對持久層提供支持，業務層用Spring支持。具體做法是：用面向對象的分析方法，根據需求提出一些模型，將這些模型實現為基本的Java對象，然后編寫基本的DAO接口，并給出Hibernate的DAO實現，采用DAO類來實現Java類與數據庫之間的轉換和訪問，最后由Spring完成業務邏輯的處理。

系統的基本處理流程是[3]：在WEB表示層中，首先通過JSP頁面實現交互界面，負責傳送請求(Request)和接收響應(Response)，然后Struts2根據Annotation(約定大于配置)將Struts2Filter接收到的Request委派給相應的Action處理。在業務層中，管理服務組件的Spring IOC容器負責向Action提供業務模型(Model)組件和該組件的協作對象數據處理(DAO)組件完成業務邏輯，并提供事務處理、緩沖池等容器組件以提升系統性能和保證數據的完整性。而在持久層中，則利用Hibernate的對象化映射和數據庫交互，處理DAO組件請求的數據，并返回處理結果。

采用上述開發模型，不僅實現了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現了業務邏輯層與持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層只需很少的改動，并且數據庫的變化也不會對前端有所影響，可以提高系統的可復用性。而且由于不同層之間耦合度小，有利于團隊成員并行工作，提高開發效率[4]。

浙江電網繼電保護設備評價管理系統利用大型數據庫Oracle提供高性能、可靠性高的海量數據存儲能力儲存浙江電網繼電保護運行質量評價考核系統業務數據。目前浙江電網繼電保護運行質量評價考核系統支持Oracle 10g及以上數據庫。

1.3 功能模塊

系統共分為7個功能模塊：用戶登錄模塊、地區繼電保護專業考核、設備臺賬管理、設備缺陷分析、繼電保護運行質量評價、用戶權限管理、系統公共模塊。應用系統功能模塊劃分如圖3所示。

圖3應用系統功能模塊圖

⑴ 用戶登錄模塊

用戶登錄模塊提供了用戶登錄到系統、用戶安全退出系統的功能。用戶登錄后，系統根據不同的權限設置顯示不同的菜單結構。用戶登錄之后顯示的默認首頁中，除系統頭部和菜單區域之外，有最新動態、當前正在進行的地區專業考核信息、當前正在進行的運行質量考核信息、設備臺帳查詢入口、缺陷分析查詢入口、幾個關鍵的報表（設備概況、市場占有率、缺陷分類、制造廠家分類）。

⑵ 地區繼電保護專業考核

地區繼電保護專業考核以地區為考核對象，從各項設定的考核項目按照規定的檢查標準和評分標準，對考核地區按照相應流程進行考核評分。

其中的考核項目維護模塊提供了對考核項目增刪查改的功能。考核報告模板維護模塊提供對考核報告模板的增刪查改操作，主要是通過填寫報告名稱、上傳模板文件，刪除模板，修改模板關聯的文件來實現的。在模板內容中，需要動態統計考核結果才能得出的數據可以以占位符的形式存在報告模板中，在考核結束導出word格式評價報告時系統會將占位符替換為相關數值或文字。考核模塊提供整個實際考核流程的相關功能，具體包含：新建考核、當前考核維護與查詢、 發布考核、考核流程、考核結束、考核結果查看。

考核評分統計報表模塊提供對考核結果的統計功能。歷史記錄查詢模塊提供對歷史考核和歷史評價報告的查詢功能。

⑶ 設備臺賬管理

可以統計各廠家保護設備的數量、型號，可以計算某型號保護裝置的故障率、平均無障礙時間、使用壽命等指標。

其中。原始數據導入模塊可通過導入excel文件或數據庫接口同步。繼電保護設備查詢模塊：設置字段的查詢條件，對導入的數據列表進行篩選，顯示符合查詢條件的數據。查詢條件設置，采用了輸入框和下拉列表選擇結合的方式。繼電保護設備分析模塊：根據excel導入的數據，按用戶選擇的報表類型，設置相應的算法，生成報表。自定義報表模塊，可根據用戶自定義的報表模板生成統計報表。

⑷ 設備缺陷分析

為了使運行考核系統從現行的故障運行系統中獲取繼保設備的故障記錄，設備缺陷分析模塊包含三個子模塊：缺陷數據導入模塊、缺陷數據查詢模塊、缺陷報告管理模塊。缺陷數據導入模塊提供兩種數據導入方式：使用excel導入缺陷數據時，需要excel格式正確無誤；使用Database文件導入時，要求文件后綴名為.sql。導入后缺陷數據將寫入系統數據庫。缺陷數據查詢模塊提供對缺陷數據各字段的檢索功能。缺陷報告管理模塊提供用戶自定義報表、報表模板維護、生成報表功能。自定義報表目前支持2維報表，用戶可以選擇報表的橫列、縱列、表名、單元格運算公式等。生成報表功能根據用戶選擇的報表模板生成統計報表。

⑸ 繼電保護運行質量評價

繼電保護運行質量評價模塊以制造廠家為評價對象，不再區分保護類別。它從質量控制體系、工程服務、運行質量、售后服務等四個方面考核廠家的運行質量和服務質量。除故障率需要統一計算外，其他項目系統按照地區局上報的廠家運行質量服務投訴記錄進行倒扣分。

其中的評價項目維護模塊提供了對評價項目增刪查改的功能。評價報告模板維護模塊提供對評價報告模板的增刪查改操作。該模塊通過上傳模板文件使報告模板與特定模板文件關聯。評價模塊提供整個運行質量評價流程的相關功能，評價流程為：根據缺陷分析模塊的數據，計算出相關廠商的設備故障率，并根據算法計算設備故障率欄目下的得分；導入廠家運行質量服務投訴記錄，系統解析該記錄，并對評價中的各項目計算最終得分。

質量投訴記錄模塊提供了對日常服務記錄的增刪查改功能。評分統計報表模塊提供對評價結果的統計功能。歷史記錄查詢模塊提供對歷史評價和歷史評價報告的查詢功能。

⑹ 用戶權限管理

為系統管理員提供用戶的增加、刪除功能，并為普通用戶提供修改密碼的功能。系統管理員可在此設置用戶的角色，并可定義用戶權限。

普通用戶不能自行修改用戶名、角色、權限等系統設置，其它信息用戶可在個人設定里進行更改。

角色管理為系統提供各種角色的管理。為方便管理員進行管理，系統默認設置了系統管理員、數據管理員、檢查員、項目負責人、地區用戶、普通用戶六個類型的角色。默認情況下，系統管理員可進行任意操作，數據管理員可進行基礎數據維護及臺帳數據、運行數據的維護。

系統管理員可在此進行權限的管理，包括進行角色權限定義和用戶權限的設置。

⑺ 系統公共模塊

主要提供了修改用戶登錄密碼的功能。該模塊還提供數據字典管理功能。數據字典管理是在新系統數據流程圖的基礎上，進一步定義和描述所有數據的工具，包括對一切動態數據（數據流）和靜態數據（數據存儲）的數據結構和相互關系的說明，是數據分析和數據管理的重要工具，是系統設計階段進行數據庫（文件）設計的參考依據。該模塊主要是是對整個系統的一些數據經行增刪改查操作。除此，該模塊提供遠程數據庫設置功能，

2 系統使用的關鍵技術

2.1 數據同步

根據實際情況，可采用幾種同步方式：

⑴ 數據庫直接同步：利用Oracle數據庫提供的數據同步功能，可以直接讓系統的數據與生產管理系統的數據庫中的臺帳和運行數據同步。這種方式實時性最好，但對硬件要求較高，同時有可能會給生產管理系統的數據庫帶來額外的負擔。

⑵ 通過數據接口獲取數據：在生產管理系統提供數據接口的前提下，用戶可配置定時讀取的時間和內容，然后在系統中調用數據接口進行讀取。由于系統采用的技術框架中利用了IOC技術，在后期只要對提供的數據接口進行簡單的再次封裝和配置，系統就能完成該功能。實時性基本可以滿足系統需求。

⑶ 導入導出Excel文件數據：系統利用Apache的POI組件，可提取Excel文件中的數據，并放入數據持久層，然后由數據持久層寫入到數據庫中。采用這種方式實時性最差，操作人員的工作量也較大。

2.2 jQuery

jQuery[5]是繼prototype之后又一個優秀的Java script框架。其宗旨是寫更少的代碼,做更多的事情。jQuery是輕量級的js庫，它兼容CSS3，還兼容各種瀏覽器，如IE，FF，Safari，Opera9等。jQuery使用戶能更方便地處理HTML documents、events，實現動畫效果，并且方便地為網站提供AJAX交互[6]。jQuery提供了許多成熟的插件，能夠使用戶的html頁保持代碼和html內容分離，也就是說，不用再在html里面插入一堆js來調用命令了，只需定義id即可。系統使用jQuery作為AJAX應用框架，有效地簡化了系統開發工作。我們對評價模塊中的新增考核項頁面的有效性驗證就用了jQuery，給出代碼如下：

$(document).ready(function(){

//聚焦第一個輸入框

$("#name").focus();

//為inputForm注冊validate函數

$("#inputform").validate({

rules: { name:{required:true, maxlength:250},

scoreStandard:{required:true, maxlength:250},

scoreMethod:{required:true, maxlength:250},

basePoint:{ required:true, number:true, min:0 },

weight:{ required:true, number:true },

displayTypeId:{ required:true } },

messages: { }

});

});

2.3 工作流技術與模板引擎技術

⑴ 工作流技術

jBPM[7]，全稱是Java Business Process Management(業務流程管理)，它是覆蓋了業務流程管理、工作流、服務協作等領域的一個開源的、靈活的、易擴展的可執行流程語言框架。jBPM最大的特色就是它的業務邏輯定義沒有采用目前的一些規范，如WfMC′s XPDL, BPML, ebXML, BPEL4WS等，而是采用了它自己定義的JBoss jBPM Process definition language (jPdl)。jPdl認為一個業務流程可以被看作是一個UML狀態圖，可通過圖型化的流程定義，直觀地描述業務流程。jBPM的另一個特色是它使用Hibernate來管理它的數據庫。Hibernate是目前Java領域最好的一種數據存儲層解決方案，只要是Hibernate 支持的數據庫， jBPM 也就支持。通過Hibernate，jBPM將數據的管理職能分離出去，自己專注于業務邏輯的處理。

系統采用了jBPM工作流技術，搭建以現場服務記錄為基準、以工作流引擎為線索、以預設考核指標為標準的多級電網繼電設備考核評審工作流程，確保從現場環境到管理部門的分工合作，使考核評價工作全流程達到客觀、高效的目標。

⑵ 模板引擎技術

Velocity[8]是一個基于Java的模板引擎（template engine）。它允許任何人只要簡單地使用模板語言（template language）來引用由Java代碼定義的對象。當Velocity應用于Web開發時，界面設計人員可以和Java程序開發人員同步開發一個遵循MVC架構的web站點，也就是說，頁面設計人員可以只關注頁面的顯示效果，而由Java程序開發人員關注業務邏輯編碼。Velocity將Java代碼從Web頁面中分離出來，為Web站點的長期維護提供了便利，同時也為我們在JSP和PHP之外又提供了一種可選的方案。

Velocity的能力遠不限于Web站點開發這個領域，例如，它可以從模板（template）產生SQL和PostScript、XML，它也可以被當作一個獨立工具來產生源代碼和報告，或者作為其他系統的集成組件使用。Velocity也可以為Turbine Web開發架構提供模板服務（template service）。

我們采用Velocity模板引擎技術，構建了基于模板引擎技術的考核指標算法定義系統，利用模板語言進行公式、參數、算法的定義和計算，實現了考核指標的靈活智能化定義，保證了考核評價工作的規范化和客觀化。

2.4 JACOB和POI

為了提供自動生成考核評價報告的功能，系統采用了JACOB(Java-COM-Bridge)組件操作Word模板文檔，用統計運算后的考核數據替換模板中的占位符，從而實現了評價報告的自動生成。在地區繼電保護專業考核等模塊中，系統利用Apache的POI組件，提取Excel文件中的數據，并放入數據持久層，然后由數據持久層寫入到數據庫中，在對數據進行統計分析后，最終生成相應的Excel報表。

⑴ JACOB組件

JACOB[9]是 JAVA-COM Bridge的縮寫，是一個開始于 1999年的開源項目。JACOB提供自動化訪問com的功能，通過JNI訪問Windows平臺下的com組件或者Win32系統庫。JACOB具有可擴展的特性，利用它可以輕松實現在Java中操作word文檔，目前最新的版本是JACOB-1.15-M4，可以在http://sourceforge.net/下載。系統的地區繼電保護專業考核模塊和繼電保護運行質量評價模塊都使用了JACOB組件，用于導出地區專業考核報表以及生成最終評價報告。

⑵ POI組件

Apache的POI組件是Java操作Microsoft Office辦公套件的強大API，對Word，Excel和PowerPoint都有支持。由于Office 2007的文件結構完全不同于2003，所以對于兩個版本的Office組件，POI有不同的處理API，需要分開使用。POI組件可以方便地操作Excel中的所有元素。以Office 2003為例，生成Excel文件的一般步驟是：首先利用HSSFWorkbook和HSSFSheet生成工作表，接著利用HSSFCellStyle設置單元格樣式、利用HSSFRow生成表格頭、利用HSSFCell設置表頭內容（包括創建單元格、設置列寬、填寫表格實際內容）、最后設置具體的考核項目內容。Office 2007的處理流程與2003是類似的，區別就是使用的對象不同，2003中對象是HSSF*格式的，而2007是XSSF*格式的[10]。

3 系統特點及實現

繼電保護設備評價管理系統采用了多種主流開源技術，系統具有很強的可擴展性，系統針對各廠家繼電保護設備運行數據進行客觀評價與考核，為繼電保護設備的管理和選型工作建立標準。系統的運行界面如圖4所示，系統具備如下特點：

⑴ 搭建以現場服務記錄為基準、以工作流引擎為線索、以預設考核指標為標準的多級電網繼電設備考核評審工作流程，確保從現場環境到管理部門的分工合作，使考核評價工作全流程達到客觀、高效的目標。

⑵ 構建基于模板引擎技術的考核指標算法定義系統，利用模板語言進行公式、參數、算法的定義和計算，實現了考核指標的靈活智能化定義，保證了考核評價工作的規范化和客觀化。

⑶ 構建電網繼電設備臺帳和電網繼電設備缺陷數據庫，并在該數據庫上實現了自定義多維統計報表，可以靈活進行多方位的數據統計工作，并形成豐富多樣的報表。

圖4系統運行界面

4 結束語

綜上所述，繼電保護設備評價管理系統采用“面向數據的設計方法及面向對象的開發方法”將各種不同的原始數據和文檔加工成數字化信息，實現了信息的統一管理；通過對電網繼電保護設備運行信息的綜合統計，形成相應的指標，為繼電保護狀態檢修的輔助決策提供了重要的參考依據。繼電保護設備評價管理系統針對各個廠家的設備運行數據，進行客觀的評價考核，形成對各廠家各設備的評價體系，適應了電力行業的需要，符合電力行業標準，能夠為繼電保護設備的管理和選型工作提供幫助。

參考文獻：

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[10] sarin. Apache POI組件操作Excel:制作報表[EB/OL].(2011-5-29)[2011-7-12]. http://sarin.iteye.com/blog/845035.