基于SSH框架的智能变电设备监控与决策辅助系统的设计与实现

张瑜

（西安思源学院，陕西 西安 710038）

传统针对变电站内设备的监测系统有很多，但这些系统大部分只通过采集某一设备的某一种运行参量进行设备状态的判断，并且不同系统的监测参量无法实现数据共享，对于设备运行状态的预判准确率较低，不符合智能电网发展下变电设备大数据智能化的需求。目前，针对变电站各类设备运行的监测辅助系统主要有：主变油色谱在线监控系统、主变局部放电在线监测系统、消弧线圈运行监控系统、变电站视频监控统一平台（含防火防盗）、泄漏电流在线监测系统、蓄电池在线监测系统、SF6告警装置、门禁系统、直流系统接地巡线装置等[1-2]。

以上系统各自独立、分散地运行在变电站内，形成一个个数据孤岛，有时查看不同设备的数据需要运行不同的监测平台，平台由不同的供应商提供，开发水平参差不齐，数据传输也没有统一的规范，经常出现新增设备与现有系统不兼容，或者新上系统与前期设备数据传输不匹配等情况，许多系统在实际项目上没有适当地进行运行维护等，多半都处于半工作的运行状态，缺乏推广的实用性。

本文设计实现的智能变电设备监控与决策辅助系统，能够及时发现并隔离故障隐患，让工作人员在现场之外收到站内的告警信息，及时采取措施，降低电网的故障率，提高站内设备的利用率，在一定程度上提升了变电站自动化、信息化和智能化水平。

1 系统总体设计

本软件采用面向对象的开发方法，设计思想基于Java Web的SSH（Struts＋Hibernate＋Spring，SSH）框架整合，将Java服务器页面（Java Server Pages，JSP）和层叠样式表（Cascading Style Sheets，CSS）有力结合，搭载多用户多线程的小型开源数据库MySQL设计开发实现。系统架构如图1所示。

图1 系统架构

系统架构为浏览器/服务器（Browser/Server，简称B/S）结构，在这种结构下，用户终端通过浏览器向Web服务器提交请求，服务器执行脚本后与数据库进行数据交互，再通过后台将反馈结果页面传回给用户。这种模式用途广泛、易于维护，用户终端只要安装浏览器即可，不论是接入局域网还是Internet，都可使用本系统。通信方式采用基于“光纤通信为主，WiFi接入为辅”的方案，系统中所有传感器和智能电子装置均符合IEC61850数据通信建模标准。

2 功能设计

系统的功能设计采用自顶向下的设计方法，逐级详细分析各个模块的具体功能。系统的软件功能设计如图2所示。对整个系统的功能自动向下进行模块化划分，再细化每个部分的详细功能描述。其中，用户登录与退出功能验证访问用户的身份，首先要保证操作系统的权限性。

图2 软件功能结构

2.1 综合监测

综合监测包括2个模块：①设备状态列表。该模块显示站内所有被监测设备的实时状态信息，包括变压器局部放电监测、油中气体监测、避雷器监测、断路器机械特性监测及SF6绝缘气体监测。设备状态分为正常、故障、报警，对应不同颜色的警示灯。②综合预报警。该模块可根据设备类型、名称、监测类型、起始时间等进行组合条件筛选查询，获取全部设备全时段监测数据，查询结果可以导出Excel，支持对误报和已排除的故障信息进行手动消警。

2.2 变压器、避雷器、断路器监测

在这3类设备的监测页面中，均可以通过选择不同设备来查询，获取相关设备状态的当前数据、历史数据及历史曲线。除此之外，局部放电监测中提供谱图分析；油中气体监测的历史数据中提供数据分析诊断连接，点击进入故障分析界面，集合改良三比值法、神经网络法、模糊逻辑法这3种故障诊断算法判定设备的故障状态；断路器机械特性监测可以显示录波图像，为机械特性的定值修改提供二次登录校验。

2.3 系统参数设置

系统参数设置包括2个模块：①预报警参数设置，完成设备的注意阈值和告警阈值设置；②变电站设备管理，完成监测设备变更时的设备型号的增删、改查，例如可对新增设备进行接入，替换设备进行修改等。

2.4 用户设置

用户设置主要负责不同用户登录的权限控制，可以对所有一般用户进行新增或删除、修改密码等。为了保证系统的安全性和专业数据的不可更改性，高级管理权限用户只能通过开发者在数据库中添加和删除，一般用户登录提供监测数据的查询和浏览。

3 数据库设计

本设计定义了一个通用的业务流程及数据存储模型，该模型根据目前智能变电站的监测单元进行最大设计，在以后的使用过程中只需要通过配置就可以构建符合要求的数据库，减少修改次数。系统根据业务分为基础信息区、数据存储区、诊断结果区和配置信息区。基础信息区存放各类监测项目表，数据存储区使用基础信息区扩展的具体数据，诊断结果区的数据由配置信息区的各项配置参数计算得出，具体的库表分区如图3所示[3]。

在数据库的设计中，表间存在多种实体对应关系，各表的主外键之间也存在一定的约束关系，以此来实现复杂的表间查询功能。根据上述数据库表分区，使用Power Designer作为建模工具，得到系统的数据库表结构如图4所示。

4 结构设计

系统采用Java Web的SSH框架作为结构设计，实现B/S模式下的Web应用程序的总体框架设计。系统的SSH框架结构如图5所示。SSH架构是一个由表示层、业务逻辑层、数据持久层组成的3层体系结构。

4.1 表示层

系统的主要展示页面都位于此层，负责提供用户界面的交互控制；通过JSP技术和Tag lib，调用Filter Dispatcher控制器委托业务逻辑层来处理实现用户的请求和响应，验证用户权限后，根据处理结果实现适当的页面跳转。

4.2 业务逻辑层

该层由Spring负责，将表示层与数据持久层隔离开，实现软件多层架构之间的松散耦合，使软件更易于扩展和维护。该层通过读取配置文件调用与表现层之间的Bean Interface接口，实现对Bean实例的管理和业务处理，协调业务逻辑之间的依赖关系，管理事务操作。

图3 数据库分区

图4 数据库建模

图5 SSH框架结构

4.3 数据持久层

这一层实现Web应用程序与数据库处理数据的读取/写入，实现对象关系映射（Object Relational Mapping，简称ORM），从而把面向对象的逻辑转化为面向关系的操作。从业务逻辑来说，Hibernate将数据库的具体操作屏蔽，只是提供可被调用的API接口和Hibernate查询语言（Hibernate Query Language，简称HQL）接口来对数据进行操作，获得持久化对象（Persistent Object，简称PO）。对用户来说，无需关心使用何种数据库；而对开发人员来说，分层式的数据访问方式也更易于开发和维护。通过读取相关配置文件调用Dao Interface接口，进而实现Dao Implement类与Hibernate Template对数据库的操作。

图6 系统实现

5 系统实现

基于SSH框架的系统，客户端的请求会调用Struts框架中的Action Servlet控制器处理，请求到Model中Action处理器对象之间的映射，由Action Mapping实现；请求发送给Action Servlet控制器后，控制器会将请求转交给Request Processor进行处理，根据请求的URL，对Action Form进行实例化，验证通过后，调用Execute方法，再由Hibernate完成与数据库的交互，通过ORM文件实现具体对数据源的操作；Spring的控制反转（Inversion Of Control，简称IOC）则在全程充当管理容器的角色。Hibernate内封装了JDBC接口，通过简单的配置就可以连接到数据库，通过Web应用中的Servlet/JSP编程完成与数据库的数据交互，实现数据持久化，在以上配置基础上再作一定的页面设计开发，实现本系统的具体结构功能。部分实现界面如图6所示。

6 结束语

本文设计开发了统一标准的变电设备状态监控与决策辅助系统，功能设置较为合理、全面，能够实现对变电站内各类被监测设备的远程实时监测和故障诊断预警。本系统已于宁夏750 kV智能变电站安装，在试运行期间，软件稳定可靠，完成了变电站内部各类设备的实时监测。