1引言為了將電力干式變壓器的故障率降到較低，作者設(shè)計了一種具有故障預(yù)警功能的測試系統(tǒng)(圖1)，這也是預(yù)警維修的基礎(chǔ)，因其具有此功能而被稱為預(yù)警維修測試系統(tǒng)。根據(jù)一些可能的故障原因(濕度、振動、過熱、氣體和老化)的當(dāng)前和歷史狀態(tài)，一些專家(Lamela等人，1999；Rivera等人，2000)設(shè)計了幾種模型來預(yù)測干式變壓器的工作條件。為了獲得模型中算法所需的數(shù)據(jù)，他們在每個干式變壓器中安裝了傳感器。預(yù)警應(yīng)用配備了虛擬數(shù)據(jù)卡，它實際上是傳感器采集處理并提供給模型的數(shù)據(jù)體，因此預(yù)警應(yīng)用可以從數(shù)據(jù)管理事務(wù)中分離出來(Jackson和Zave，1998)。該系統(tǒng)主要包括三個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、數(shù)據(jù)存儲(DS)、預(yù)警應(yīng)用(PA)和虛擬數(shù)據(jù)卡。這樣就形成了一個可升級、易重構(gòu)的系統(tǒng)，大大縮短了整個項目的開發(fā)時間。復(fù)制方案實施后，系統(tǒng)完全開發(fā)成功。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于建立模型需要傳感器收集的歷史數(shù)據(jù)，因此需要決定傳感器放置在哪里以及如何放置。較明顯的方法是讓應(yīng)用程序管理自己的歷史數(shù)據(jù)記錄，但這樣會增加程序不必要的復(fù)雜性，因為這意味著它必須同時處理實時采樣數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。另一種方法是依靠傳感器或數(shù)據(jù)采集設(shè)備來處理自己采集的歷史數(shù)據(jù)。但是這種方案的缺點是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般要求實時性高，對歷史數(shù)據(jù)處理等不可預(yù)測的要求會降低系統(tǒng)的實時性(Kopetz，1997)。此外，如果每個傳感器配備有先立的存儲單元，則處理每個字節(jié)的成本與集中式方法的成本相比沒有優(yōu)勢。市場上有大量低字節(jié)處理成本的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫接口，這使得它們成為數(shù)據(jù)存儲的良好選擇。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備和用戶應(yīng)用程序之間插入數(shù)據(jù)庫(圖2和圖3)將減少它們的數(shù)據(jù)管理任務(wù)，從而降低它們的復(fù)雜性(Devjin，1997；英蒙，1993年).系統(tǒng)組件之間的這種功能劃分使管理變得容易，因為任何一方的變化都不會影響另一方。相應(yīng)地，其他子系統(tǒng)必須經(jīng)過精心設(shè)計和匹配才能運行。當(dāng)將單個電路系統(tǒng)升級為可重新配置和可升級的模塊化系統(tǒng)時，有必要考慮從經(jīng)濟(jì)性和工作量方面來看是否值得。

在系統(tǒng)設(shè)計階段，除了考慮引入數(shù)據(jù)庫的經(jīng)濟(jì)性外，還必須考慮系統(tǒng)的可升級性和靈活性。所以相應(yīng)的系統(tǒng)要考慮到未來會使用新的傳感器，會有不同的應(yīng)用，有不同的需求，使系統(tǒng)具有實現(xiàn)快、簡單、錯誤少的特點。實際工作系統(tǒng)中涉及的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。圖中有三個變電站，共監(jiān)控四個干式變壓器并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩個干式變壓器安裝在變電站a，另外兩個分別安裝在變電站b和c。干式變壓器不同傳感器的數(shù)據(jù)由帶PXI處理板的工控機(jī)進(jìn)行處理和存儲。圖2中描述的所有子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和預(yù)警應(yīng)用程序)都安裝并運行在每臺工業(yè)計算機(jī)上。在避免與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生功能沖突的情況下，為了簡化模型的調(diào)整，將所有變電站數(shù)據(jù)庫復(fù)制到位于維果大學(xué)的中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。預(yù)警模型應(yīng)用程序在卡洛斯三世大學(xué)運行，所有模型都相對于中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在可以遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控工業(yè)的計算機(jī)(來自電力公司、卡洛西和維戈大學(xué))。它描述了預(yù)警系統(tǒng)中涉及的所有協(xié)議層。如圖所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲器，它們通過開關(guān)連接。為了達(dá)到較佳性能，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用一個客戶端數(shù)據(jù)庫(C-DLL)，客戶端數(shù)據(jù)庫使用自己的協(xié)議。預(yù)警程序使用開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)協(xié)議通過局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAM)訪問數(shù)據(jù)存儲，因此不需要直接處理傳感器。事實上，對于測試系統(tǒng)來說，它的接入點是一個名為虛擬采集卡的傳感器處理的信號。數(shù)據(jù)存儲中出現(xiàn)的復(fù)制級別是指使用數(shù)據(jù)庫工具實現(xiàn)的復(fù)制機(jī)制。 #p#分頁標(biāo)題#e#

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是干式變壓器中負(fù)責(zé)信號采集和處理的子系統(tǒng)。它由一組傳感器、預(yù)處理和閾值處理設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集卡組成。系統(tǒng)中使用了16個模擬傳感器、和3個PT100溫度傳感器。4應(yīng)力干式變壓器，用于改變電力干式變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流試驗值；4臺電壓干式變壓器，用于測試高壓側(cè)和低壓側(cè)的電壓；測試干式變壓器振動的四個壓電加速度計；測量干式變壓器油濕度的電容式濕度計和氣體傳感器。該系統(tǒng)還采用九個數(shù)字傳感器，利用無電壓繼電器觸點監(jiān)測干式變壓器高壓開關(guān)、油泵和風(fēng)扇的狀態(tài)。信號閾值處理后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對傳感器發(fā)送的原始信號進(jìn)行處理，然后發(fā)送給下一個處理單元(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))。根據(jù)模型的要求，其信號處理內(nèi)容包括一些數(shù)據(jù)信號的快速傅里葉變換、有效值和平均值的計算等。

4數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫可以分為以下幾個部分：緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)表、過濾處理、采樣、批處理和虛擬采集卡(見圖3)。數(shù)據(jù)表存儲來自傳感器的所有數(shù)據(jù)，而緩沖區(qū)僅接受來自傳感器的較后一個值。每個模型都有一個特殊的過濾器來處理來自傳感器的較后一個值，這樣緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就可以準(zhǔn)確地反映模型的特性。

如果會有更多

路處理功能放在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分，則應(yīng)該意識到一但多路處理電路改變后，模型也必須進(jìn)行相應(yīng)的更改，這并不是一個好方法，因為耦合進(jìn)一些不相關(guān)的任務(wù)如數(shù)據(jù)獲取和預(yù)警等會降低系統(tǒng)的可升級性以及可重復(fù)性（Mario et al., 1999; Mario et al., 2000a;Mario et al., 2000b)。這種方案唯一的優(yōu)勢就是速度快，從而使得它必不可少（Johnson,1995）。 (1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫(DAS/DS)接口 DS提供兩個存取點或接口?？紤]到實時條件的約束，較左的接口提供了到DAS的存儲功能。當(dāng)前接口利用了新的數(shù)據(jù)庫(如圖3所示的動態(tài)連接數(shù)據(jù)庫(DLL))，而該數(shù)據(jù)庫又使用了Oracle調(diào)用接口(OCI)，OCI是由API提供的Oracle與其數(shù)據(jù)庫通信的接口。通過這種方式，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總是使用更高一級的API，而不會去考慮在這一級API背后數(shù)據(jù)是如何進(jìn)行處理的。使用這樣一種技術(shù)，在開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)、對象鏈接和嵌入式數(shù)據(jù)庫(OLEDB)中也會帶來同樣的優(yōu)點，但是較大的差別在于開發(fā)工程師必須編制協(xié)議層。因為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有性能要求，這種方案能達(dá)到速度方面的要求，因此也是值得的。  較右面的接口是給預(yù)警應(yīng)用程序使用的，它根據(jù)需要提供了多種方式去存取傳感器的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，在此處就選擇了ODBC來進(jìn)行通信，因為DS是一個先立的應(yīng)用程序，所以較好使用廣泛兼容的數(shù)據(jù)存取方法，較關(guān)鍵的是在這里速度并不是一個重要問題。(2)可重新配置的濾波器  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是所有數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵功能，因為它通常會決定系統(tǒng)的整個性能(Vranes and Stanojevic, 1995; Keck and Kuehn, 1998)。在設(shè)計階段也必須時刻考慮系統(tǒng)將來的可升級性和可擴(kuò)展性，因為當(dāng)應(yīng)用程序處理需求增加時數(shù)據(jù)庫很可能要求具有額外的功能和更大的處理能力。  每一個濾波器都從緩沖區(qū)挑選它所需要的傳感器信息，并按模型所要求的方式處理這些信息值。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就帶來了模型所需的放于緩沖區(qū)的采樣值。  濾波器的特性是先立的，通過數(shù)據(jù)庫里的幾個步驟很容易重新設(shè)置它們，這些步驟通過ODBC可以從預(yù)警程序里直接調(diào)用。預(yù)警算法設(shè)計師也可以產(chǎn)生一個文本文件，列出每一個模型所需要的傳感器并將該文件送給數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫里進(jìn)行批處理將這種新配置調(diào)入到數(shù)據(jù)庫中。(3)虛擬采集卡  每一采樣點都會進(jìn)行周期性的采樣，采樣頻率根據(jù)預(yù)警算法的要求來進(jìn)行合適的配置。隨后，數(shù)據(jù)還會被增加一些辯識信息如時間戳，序列號等，然后數(shù)據(jù)被插入到模型表去。這些表格以及他們的標(biāo)準(zhǔn)查詢語言(SQL)接口就形成了虛擬采集卡的核心部分。  通過虛擬采集卡模型就可以獲得傳感器的全部數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。而且源于虛擬采集卡的數(shù)據(jù)流的幾個特性如采樣速率和傳感器組等都可以動態(tài)重新設(shè)置(如圖3所示)而不會降低預(yù)警程序性能(Cowan and Lucena, 1995)。  模型還可以間接地從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)到傳感器表中去。為此，老的采樣系統(tǒng)的配置經(jīng)過批處理(見圖3)后送入模型表，然后進(jìn)行頻率和時間間隔的配置。  由于使用了元數(shù)據(jù)和存貯程序，虛擬采集卡維護(hù)(安裝，刪除和修正)功能強(qiáng)大且容易操作。#p#分頁標(biāo)題#e#

5  復(fù)制和升級  某些預(yù)警模型需要的虛擬采集卡會消耗掉數(shù)據(jù)庫的大量的計算資源，在這一負(fù)荷下可能會拒絕數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)插入新的采樣數(shù)據(jù)到傳感器表中，從而造成數(shù)據(jù)的丟失。較明顯的辦法就是升級計算機(jī)系統(tǒng)，但是這既消耗金錢又浪費時間，因為系統(tǒng)是安裝在好幾個變電站的。此外我們還需要通過集中監(jiān)控的方式遠(yuǎn)程監(jiān)控這些分布式系統(tǒng)。  為了解決這些問題，我們設(shè)計和構(gòu)建了一個通過中央服務(wù)器(CS)連接所有分布式變電站的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持集中式的和雙向的復(fù)制方案。和數(shù)據(jù)備份要求相比，數(shù)據(jù)復(fù)制能提供更多的服務(wù)，特別是在如我們所討論的在不同地方運行的克隆系統(tǒng)的某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)特別有用。  一方面，使用復(fù)制功能后中央服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不再有關(guān)聯(lián)度，上面所提到的虛擬采集卡的一些問題也得到完全解決。因此在復(fù)制的環(huán)境中運行的復(fù)制模型不會對遠(yuǎn)處的變電站造成影響(Babin and Hsu, 1996; Kulkarni and Ramirez,1997)。另一方面，通過這種方法變電站能夠在遠(yuǎn)處被輕易監(jiān)視(向上復(fù)制)和控制(向下復(fù)制)。復(fù)制工作流程如下:  l 每一個DAS都將數(shù)據(jù)插入到當(dāng)?shù)氐腄S中。  l 中央服務(wù)器根據(jù)程序的規(guī)定周期性地連接到遠(yuǎn)處變電站的數(shù)據(jù)庫上去并提取出自上一次刷新后在復(fù)制表中出現(xiàn)的變化。通過這種方式，就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時化，并使得所需帶寬較小(只發(fā)送變化的數(shù)據(jù))和時間同步。  l 對每一個分布式變電站，中央服務(wù)器單向復(fù)制傳感器表，因此在原始表處發(fā)生的變化被送到中央服務(wù)器，而其他變化(系數(shù)和估計表格)則作為可更新的映射被重新配置，這就維持了原始數(shù)據(jù)和映射表格相互同步，從而允許預(yù)警應(yīng)用程序遠(yuǎn)程管理和監(jiān)視變電站表格。因此，變電站能夠被遠(yuǎn)程管理，因為表格決定了維護(hù)系統(tǒng)的運行行為。  如果需要更為強(qiáng)大的計算處理能力，則只有中央服務(wù)器需要升級，而其他的分布式變電站系統(tǒng)可以保持不變。因此變電站分布式系統(tǒng)和中央服務(wù)器就構(gòu)成了一個可升級的系統(tǒng)。

6  結(jié)論  當(dāng)安裝好四個克隆的預(yù)警維護(hù)測試系統(tǒng)后，作者斷定虛擬采集卡的使用可以大大減小系統(tǒng)的復(fù)雜性和預(yù)警應(yīng)用程序的開發(fā)時間，因為它們從獲取全頁部數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作中完全解脫出來而將重點放在預(yù)警算法的處理上。更為重要的是，虛擬數(shù)據(jù)采集卡能夠給模型提供所有的傳感器信息，而且系統(tǒng)能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行重新配置以獲取額外的信息。同樣的原因，因為預(yù)警算法不考慮傳感器組和采樣特性，所以開發(fā)進(jìn)程也加快了。系統(tǒng)被分成三個先立的子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫和預(yù)警應(yīng)用程序)，可由三個小組來并行開發(fā)，而且簡化了并行開發(fā)的關(guān)聯(lián)度。系統(tǒng)模塊化設(shè)計允許系統(tǒng)部件分布式分布。實際上本文提到的可復(fù)制的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)允許對CPU要求很高的預(yù)警模型，因為它不會和分布式變電站的數(shù)據(jù)采集任務(wù)相沖突。因此，系統(tǒng)是可升級的，它能夠處理預(yù)警算法的日益增加的復(fù)雜度。#p#分頁標(biāo)題#e#