基于XML的输变电设备状态数据交换模型研究

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DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.09.002

摘 要： 将XML Schema与输变电设备状态管理相融合，综合分析设备多源异构数据格式，提供统一的状态数据交换模型，构建设备健康档案，实现了输变电设备状态数据的标准、有序、高效集成，为输变电设备状态评估及故障诊断提供支撑平台，对推进输变电设备状态检修、故障诊断、风险评估及辅助决策全周期管理打下坚实基础。

关键词： 输变电设备； 状态监测； 数据交换； XML Schema

中图分类号：TM 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）09-05-04

A power transmission equipment data exchange model based on XML

Xu Xiaolu1，2， Gu Kaikai1，2， Zhou Zhengqin1，2， Feng Zhenxin1，2， Li Mengqi1，2

（1. NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute）， Nanjin， Jiangsu 211000， China；

2. Wuhan NARI Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute）

Abstract： Combine XML schema and transmission substation equipment state management， by analyzing equipment multi-source heterogeneous data formats comprehensively， the unified state data exchange model is provided； with the construction of equipment health records， the state data of transmission and substation equipment is integrated orderly， efficiently and meeting the standards， which provides a support platform for transmission and substation equipment condition evaluation and fault diagnosis. Thus， a solid foundation for promoting the power transmission and substation equipment state maintenance， fault diagnosis， risk assessment and decision-making cycle management has been laid.

Key words： transmission and substation equipment； state monitoring； data exchange； XML Schema

0 引言

随着我国智能电网建设和推进，电力系统迈向了大电网、高电压、智能化、信息化的发展阶段，构建电力设备健康档案成为掌握设备全寿命周期状态的重要手段。目前国内输变电设备状态信息集成仍然存在诸多问题。设备在线监测手段、方法还不成熟，尚未形成统一标准和技术规范[1]；并且设备状态的数据来源多样[2]，致使多源异构状态数据集成困难。为了实现输变电设备状态数据的集成，建立完善的设备健康档案，必须首先解决多源异构系统的输变电设备状态数据集成问题。

目前，解决多源异构系统数据集成的方法有：数据库迁移和转换、多数据库系统、软件厂商的中间件集成、建立数据仓库。然而从国内外实现异构数据库集成现状的分析和比较看，以上各种方案各有利弊，从实用化角度看，这些方案都不能很好的解决问题。本文提出一种基于XML Schema模型的输变电设备状态数据交换模型，并在此基础上构建设备健康档案，从而有利于建立适用于输变电设备的状态评估及诊断模型[3]。

1 电力设备状态数据源分析

依据电力行业的一般规定和工作要求，输变电设备状态数据模型的信息源通常包括投运前信息、运行信息、检修试验信息、其他信息等。如图1所示。

⑴ 投运前信息。投运前信息主要包括设备技术台账、安装验收记录、试验报告及图纸。其中设备技术台账包括设备名称、生产厂家、设备型号、出厂编号、生产日期、投运日期、设备详细参数、设备铭牌信息等。试验报告包括型式试验报告、出厂试验报告、交接试验报告。

⑵ 运行信息。运行信息主要包括巡检信息、缺陷、不良工况、在线监测、带电检测等，是实时把握设备运行状态的关键性数据之一。

⑶ 检修试验信息。检修试验信息包括例行试验报告、诊断性试验报告、专业化巡检记录、检修报告等，是现行电力设备的管理模式的基础信息之一。对于设备状态评估诊断系统来说，可以对历史数据进行趋势分析、纵向对比分析，与同类设备横向比较，不同状态量之间进行关联分析等，以全面评估诊断设备状态，提高设备可靠性运行可靠性。

⑷ 其他信息。主要包括ERP系统中的部分人、财、物信息等，以及设备在系统等级中的重要度信息，为设备可靠性及经济性检修提供必要数据支撑[4-7]。

2 状态数据交换模型框架

XML Schema可以用于基于XML内置数据类型和用户自定义数据类型的文本元素的校验，还可以具有面向对象语言的继承概念，迅速的重用一些常用的数据格式。通过对设备状态数据源的分析可知，所涉及的状态数据源众多，结构也十分复杂。而XML及其Schema校验机制可以很好的解决多数据形式的数据源交互问题，基于XML Schema的数据交换模型形式如图2所示。

基于XML Schema的状态数据交换模型一般步骤如下。

⑴ 在关系模式标准化后，根据XML Schema规定的数据结构将数据信息写入到XML标准文件中。这个过程可以是基于事件触发的，也可以是定时机制的。

⑵ 将包含异构数据库中数据信息的XML文件传送到异地服务器端，或结合步骤⑴中的操作，直接写入到异地服务器端。

⑶ 在存储XML文件的服务器中利用XML Schema进行解析，将XML数据文件转换成本地数据库的逻辑结构，完成目标服务器上的数据更新。

2.1 XML到关系数据库的映射

利用XML模式来完成多源异构数据交换是集成难点。它需要研究XML Schema与关系模式的双向模式映射算法，实现XML与关系型数据库的双向数据转换。通常XML到关系型数据库和关系型数据库到XML的映射是可逆的（因为写入XML的过程与读取过程基本一致），因此我们仅讨论XML到关系型数据库的映射方法。

由于关系型数据库在建立时，其主外键约束、表名等包含了一定的语义信息，为了尽可能保留这些信息，我们采用了保留语义约束的XML Schema到关系型数据库的映射方法。典型的如关系数据库的一个数据表，映射到XML时可表达为一个复杂类型，如油中溶解气体DGA数据表映射如图3所示。

[

变压器油色谱数据类型

]

图3 数据表到XML Schema的映射

此外，我们还可以针对其中的关键字段进行特殊约束，如主键约束添加到DGA中，油色谱数据类型主键约束如图4所示。

[

……

……

]

数据类型匹配是关系映射的重点。在不同的数据源中，我们通常具有很多不同的数据类型，如Oracle中时间类型就会有date、timestamp等类型，文本字符类有char（n）、varchar（n）等，数字类型有number（m，n）等；而SQL Server中有float、decimal、Smalldatetime等25种常用数据类型。与此同时，XML Schema也具有丰富的数据类型，它提供了string、float等45个内部类型，可以与关系数据库中字段的大部份类型相互对应。

对element或者attribute元素的tpye属性进行定义，同时XML Schema简单类型simpleType元素也支持自定义数据类型。如图5所示，是“变压器油色谱数据类型”中的油色谱状态量（DGA_StateVector）结构，其中包含了decimal类型的相对产气率和绝对产气率，以及decimal类型的值（Value）和状态量值（ZTLZ）。

XML Schema类型也支持数据类型的多个方面的域值约束，以及正则表达式的域值约束。对于简单类型，XML Schema可以在界限、长度、精度、是否可选、默认值、枚举值、模式匹配、空白处理等6个方面实现对元素的属性的值域约束。如图5中，DGA_StateVector类型中的Value出现次数可以为0或者多次（表明该元素可不出现），RelativeChangeRate的默认值为0.0。

2.2 数据交换中心的设计

基于系统性能、系统扩展性等方面的考虑，整个体系结构在物理拓扑上采用星型结构（如图6所示）。数据交换中心处于中心位置，是实现数据共享和交换的中心，而各应用系统之间的数据交换通过XML作为交换的媒介。首先把要交换的数据转换为XML格式，然后传送到交换中心节点，数据经过交换中心节点处理后，发送到目标数据库中，从而完成不同数据库之间的数据传递。对任何数据库的访问都通过特定的接口进行，需要数据的用户并不需要面对具体数据库以及数据源的细节。

图6 基于XML Schema的数据交换平台模型

为了在数据交换双方建立一个无缝的交互平台，需要对交换双方的数据模型进行识别，以便找出双方数据模型的差异，然后建立一种转换机制。本项目采用XML Schema Definition （XSD）作为数据模型建模和表示的工具。所以提取关系数据库的模式信息是进行数据交换的一个必要环节，然后提取出来的物理模型通过“关系模式转换模块”自动转换为等价的XML模型。在写入目标库（设备健康档案）时，需要再次利用XML Schema进行解析和装载，然后通过导出适配器写入目标库。

其中，核心部分是XML Schema的模型设计，它可以根据需求编写xsd文件实现。数据导入导出适配器、XML文件的解析和任务队列等可通过Web Service等方式实现。处理与传输层的XML文件如果数据模型变化不大的情况下，可考虑在同一服务器中实现。

3 基于XML Schema的状态数据交换模型应用

XML Schema模型在实际应用中，表现为一个以.xsd为后缀的文件，其中采用XML格式描述了需要交换的数据的名称、格式、结构以及各类约束。以变压器为例，我们建立的健康档案状态数据模型总体结构如表1所示。

[序号＼&节点名称＼&说明＼&1＼&PhysicalAttributes＼&变压器物理属性，如：电压比、绕组型式＼&2＼&BelongsAttributes＼&资产属性，如所属公司、变电站等＼&3＼&BT＼&本体部件的相关数据，如色谱、绕组直阻、绝缘油、抗短路能力、绝缘寿命、夏季负载率、最近一次修试时间、缺陷、运行年限、同型产品故障等＼&4＼&TG＼&部件套管所属相关数据，如介损、电容量、缺陷、运行年限、故障信息、最近一次修试时间等＼&5＼&FJKG＼&部件分接开关所属相关数据，如运行年限、缺陷信息、故障信息、最近一次检修时间＼&6＼&ImportanceParam＼&重要度计算相关参数，如到达难易程度、容量、变电站类型、电压等级、最大负荷、本体与套管及分接开关更换时间、夏季负载率＼&7＼&FaultModify＼&故障概率修正相关参数，如环境种类，污秽等级、雷电密度、距海岸距离、现场情景、现场是否有人＼&8＼&Output＼&状态分析输出结果，包括评价分数、概率系数、故障概率、欧式距离模型。＼&]

而其中的每个子节点，都包含了更多的子节点。如：本体之下包括DGAs、RZZLDZs、JYYs、InsulationLife、AntiShortCircuit、SummerLoadRate、NewTestTime、Defects、Faults、OperaYears等10个子节点，其结构及说明分别如图7所示。其他子节点类似，根据设备健康档案的实际需求制定，由于篇幅问题，此不赘述。

4 总结

本文以XML Schema为基础，综合分析输变电设备状态数据格式，提供统一的状态数据交换模型，构建设备健康档案。并以变压器为例，对其层次结构和状态量进行分析，得到变压器及下节点状态分析模型。模型对优化输设备管理，统一设备在线监测数据集成，为输变电设备状态评估及故障诊断提供支撑平台。本模型以国家电网公司科技项目“输变电设备运检大数据分析及监控系统应用关键技术研究”为依托，对推进输变电设备状态检修、故障诊断、风险评估及辅助决策全周期管理打下坚实基础。

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