電力自動化系統(tǒng)的設計方法

電力自動化系統(tǒng)的設計方法華中科技大學電氣與電子工程學院羅毅

設計電力自動化系統(tǒng)的一般步驟確定目標：監(jiān)視什么、控制什么、調(diào)整什么？確定該采用什么手段監(jiān)視、該通過輸出什么量控制或調(diào)整確定從控制對象可以獲得什么物理量？控制原理采用某種分析方法進行分析按分析結(jié)果進行設計和測試系統(tǒng)安裝調(diào)試系統(tǒng)設計電力自動化系統(tǒng)時所采用的基本分析方法1、功能分解法2、數(shù)據(jù)流法3、信息建模法4、面向?qū)ο蠓椒?、功能分解法功能分解法（functiondecomposition）＝功能＋子功能＋功能接口功能分解法以系統(tǒng)需要提供的功能為中心來組織系統(tǒng)。首先定義各種功能，然后把功能分解為子功能，同時定義功能之間的接口。對較大的子功能再進一步分解，直到可對它給出明確的定義。數(shù)據(jù)結(jié)構是根據(jù)功能/子功能的需要設計的。自頂向下逐步求精原則1、功能分解法優(yōu)點：從系統(tǒng)所需求的功能出發(fā)構造系統(tǒng)，能夠直接反映用戶的需求；工作很容易開始；很好地運用了過程抽象原則缺點：功能、子功能和功能接口只是對問題域的間接映射，很難準確深入理解問題域，很難檢驗分析結(jié)果的正確性；對需求變化的適應能力差；接口很寬，對數(shù)據(jù)接口和控制接口幾乎沒有限制，局部錯誤和局部修改將影響全局。2、數(shù)據(jù)流法數(shù)據(jù)流法（dataflowapproach）＝數(shù)據(jù)流＋數(shù)據(jù)處理＋數(shù)據(jù)存貯＋端點＋處理說明＋數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流方法又稱為結(jié)構化分析。它以直觀的圖形清晰地描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動和數(shù)據(jù)的變化，圖中沒有任何具體的物理元素，只是數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的流動和處理，強調(diào)的是數(shù)據(jù)流和處理過程。2、數(shù)據(jù)流法數(shù)據(jù)流圖（DFD）又稱為泡泡圖（BubbleChart）、變換圖（TransformationGraph）、過程模型（ProcessModel）數(shù)據(jù)流圖不同于程序流程圖：數(shù)據(jù)流圖只關心系統(tǒng)該做什么、不關心怎么做數(shù)據(jù)流圖不考慮時序問題數(shù)據(jù)流圖沒有控制流數(shù)據(jù)流圖沒有條件和循環(huán)過程數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流是帶箭頭的數(shù)據(jù)流向，表示數(shù)據(jù)元素的運動方向數(shù)據(jù)流由一組固定成分的數(shù)據(jù)組成，是數(shù)據(jù)流圖中十分重要的組成部分數(shù)據(jù)流可以從處理流向處理、從處理流向數(shù)據(jù)存貯、從數(shù)據(jù)存貯流向處理、從源點流向處理、從處理流向終點箭頭代表數(shù)據(jù)流的方向數(shù)據(jù)流(dataflow)兩個處理之間可以有幾股數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流一般應該命名SCADA統(tǒng)計日報表月報表統(tǒng)計報表處理(process)處理表示要執(zhí)行的功能，用圓圈表示處理必須命名處理通常以兩種方式處理數(shù)據(jù)：

a.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)構，對數(shù)據(jù)重新組織

b.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)中的信息或產(chǎn)生新信息實體(Entity)實體也稱外外部項(externalentity)，既可以作作為數(shù)據(jù)流流的源，又又可以作為為數(shù)據(jù)流的的終點實體用方框框表示實體有外部部實體和內(nèi)內(nèi)部實體之之分，外部部實體就是是系統(tǒng)的輸輸入輸出數(shù)據(jù)存儲(datastore)數(shù)據(jù)存儲表表示數(shù)據(jù)的的位置，包包括磁帶、、磁盤、文文件，用右右邊開口的的長方形表表示數(shù)據(jù)存儲包包括：角色色、客體、、地理信息息、事件數(shù)據(jù)存儲與與處理之間間可以是雙雙向箭頭，，表示同時時讀寫數(shù)據(jù)流圖從從“數(shù)據(jù)””和“數(shù)據(jù)據(jù)接受的處處理”兩個個方面表達達一個數(shù)據(jù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)層次數(shù)據(jù)流流圖為了達到簡簡單性的要要求，對DFD常采用層次次或自頂向向下分解的的辦法。即即將系統(tǒng)DFD中的每個處處理視為一一個子系統(tǒng)統(tǒng)，然后對對子系統(tǒng)繼繼續(xù)分解，，直到每個個處理容易易理解為止止。這就是是結(jié)構化分分析方法““自頂向下下逐步求精精”的基本本原則由外向里繪繪制DFD在繪制DFD時，首先應應畫出系統(tǒng)統(tǒng)的輸入數(shù)數(shù)據(jù)流和輸輸出數(shù)據(jù)流流，也就是是先決定系系統(tǒng)的范圍圍，然后再再考慮系統(tǒng)統(tǒng)的內(nèi)部。。同樣，對對每個處理理，也是先先畫出它們們的輸入輸輸出流，然然后再考慮慮處理的內(nèi)內(nèi)部。處理輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)由外向里繪繪制DFD畫系統(tǒng)的輸輸入輸出數(shù)數(shù)據(jù)流：剛剛開始分析析時，可能能并不清楚楚系統(tǒng)究竟竟包含哪些些功能。一一般使系統(tǒng)統(tǒng)的范圍稍稍大，把可可能有關的的內(nèi)容盡可可能包括進進去。畫系統(tǒng)內(nèi)部部：需要將將系統(tǒng)的輸輸入數(shù)據(jù)流流和輸出數(shù)數(shù)據(jù)流用一一連串處理理連接起來來?？梢詮膹妮斎霐?shù)據(jù)據(jù)流畫到輸輸出數(shù)據(jù)流流；也可以以從輸出數(shù)數(shù)據(jù)流追溯溯到輸入數(shù)數(shù)據(jù)流。在在數(shù)據(jù)流的的組成或值值發(fā)生變化化的地方有有一個處理理由外向里繪制制DFD如果系統(tǒng)中有有一組數(shù)據(jù)作作為一個單位位處理（同時時到達、同時時被處理等）），則應視為為一個數(shù)據(jù)流流。反之，把把一些相互無無關的不能作作為一個整體體進行處理的的若干數(shù)據(jù)畫畫成不同的數(shù)數(shù)據(jù)流繼續(xù)分析每個個處理的內(nèi)部部，如果處理理的內(nèi)部還有有數(shù)據(jù)流，可可將這個處理理用幾個子處處理代替，并并在子處理之之間畫出這些些數(shù)據(jù)流自頂向下繪制制DFD應該注意：編編號、父圖與與子圖的平衡衡、局部數(shù)據(jù)據(jù)存儲以及分分解的程度編號：子圖的的編號就是父父圖中處理的的編號；子圖圖中處理的編編號由子圖號號、小數(shù)點和和局部號組成成父圖與子圖的的平衡：父圖圖中某個處理理的輸入輸出出數(shù)據(jù)流應該該與相應子圖圖的輸入輸出出數(shù)據(jù)流相同同。稱為“平平衡”自頂向下繪制制DFD局部數(shù)據(jù)存儲儲：當數(shù)據(jù)存存儲被用作DFD中某個處理之之間的界面時時，該數(shù)據(jù)存存儲就必須畫畫出來，同時時應畫出每個個處理是讀還還是寫該數(shù)據(jù)據(jù)存儲分解的程度：：分解應該自自然，概念上上合理、清晰晰；只要不影影響DFD的易理解性，，可以適當?shù)氐囟喾纸?，這這樣可以減少少DFD的層數(shù)；一般般上層分解得得快些，下層層分解得慢些些；注意分解解的均勻性2、數(shù)據(jù)流法優(yōu)點：運用了了逐步求精的的原則，一個個處理可以細細化而分解成成為一個下層層的數(shù)據(jù)流圖圖；有嚴格的的規(guī)則，避免免了許多錯誤誤和疏漏；通通過定義事件件選擇處理缺點：也是對對問題域的間間接映射，當當系統(tǒng)復雜時時，很難檢驗驗分析的正確確性；對需求求變化的適應應能力差；與與結(jié)構化設計計的表示法不不一致；文檔檔復雜龐大3、信息建模法法*信息建模法(informationmodeling)＝實體(對象)＋屬性＋關系系＋父類型/子類型＋關聯(lián)聯(lián)對象發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界界中的對象，，用屬性描述述對象，列出出認識到的屬屬性，把屬性性放到實體（（對象）中，，增添關系，，用父類型/子類型提煉屬屬性的共性，，用關聯(lián)對象象對關系作細細化描述3、信息建模法法*缺點：只是在在數(shù)據(jù)方面建建立了問題域域的直接映射射無論從概念到到策略都逐漸漸向OOA靠攏4、面向?qū)ο蟮牡姆治龇椒嫦蛳驅(qū)ο笙蠓址治鑫鯫OA(object-orientedanalysis)＝對對象象、、類類＋＋結(jié)結(jié)構構與與連連接接＋＋繼繼承承＋＋封封裝裝＋＋消消息息通通信信面向向?qū)ο笙蠓址治鑫龇椒椒ǚǎ海菏鞘且灰环N種運運用用對對象象、、類類、、繼繼承承、、封封裝裝、、聚聚合合、、消消息息傳傳遞遞、、多多態(tài)態(tài)性性等等概概念念來來構構造造系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一種種分分析析開開發(fā)發(fā)方方法法4、面面向向?qū)ο笙蟮牡姆址治鑫龇椒椒ǚ◣讉€個基基本本概概念念：：對象象：：系系統(tǒng)統(tǒng)中中用用來來描描述述客客觀觀事事物物的的一一個個實實體體，，它它是是構構成成系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一個個基基本本單單位位。。一一個個對對象象由由一一組組屬屬性性和和對對這這組組屬屬性性進進行行操操作作的的一一組組服服務務構構成成其中：屬性是是用來描述對對象靜態(tài)特征征的一個數(shù)據(jù)據(jù)項；服務是是用來描繪對對象動態(tài)特征征的一個操作作序列4、面向?qū)ο蟮牡姆治龇椒悾壕哂邢嗤瑢傩院头談盏囊唤M對象象的集合，它它為屬于該類類的全部對象象提供了統(tǒng)一一的抽象描述述，其內(nèi)部包包括屬性和服服務兩個主要要部分封裝：把對象象的屬性和服服務結(jié)合成一一個獨立的系系統(tǒng)單位，并并盡可能屏蔽蔽對象的內(nèi)部部細節(jié)繼承：特殊類類的對象擁有有一般類的全全部屬性和服服務4、面向?qū)ο蟮牡姆治龇椒ㄏⅲ合驅(qū)ο笙蟀l(fā)出的服務務請求，它應應該包括如下下信息：提供供服務的對象象標識、服務務標識、輸入入信息、應答答信息多態(tài)性：一般般類中定義的的屬性或服務務被特殊類繼繼承后，可以以具有不同的的數(shù)據(jù)類型或或表現(xiàn)出不同同的行為典型的OOA方法Berard方法Booch方法Coad-Yourdon方法Firesmith方法Jacobson方法(OOSE)Martin-Odell方法Rumbaugh方法(OMT)Seidewitz-stark方法Shlaer-Mellor方法Wirfs-Brock方法4、OOA的主要原則抽象封裝繼承分類聚合關聯(lián)消息通信粒度控制行為分析抽象(abstraction)抽象：從許多多事物中舍棄棄個別的、非非本質(zhì)的特征征，抽取共同同的、本質(zhì)的的特征如：系統(tǒng)中的的對象是對現(xiàn)現(xiàn)實中事物的的抽象類是對象的抽抽象一般類是特殊殊類的進一步步抽象屬性是事物靜靜態(tài)特征的抽抽象服務是事物動動態(tài)特征的抽抽象抽象(abstraction)過程抽象：任任何一個完成成確定功能的的操作序列都都可以看成一一個單一的實實體，它可以以由一系列更更低級的操作作完成數(shù)據(jù)抽象：根根據(jù)施加于數(shù)數(shù)據(jù)之上的操操作來定義數(shù)數(shù)據(jù)類型，并并限定數(shù)據(jù)的的值只能由這這些操作來修修改和觀察。。數(shù)據(jù)抽象是是OOA的核心原則，，它強調(diào)了屬屬性與服務結(jié)結(jié)合成對象，，對象外部只只需知道它做做什么，而不不必知道它如如何做。封裝封裝就是把對對象的屬性和和服務結(jié)合為為一個不可分分的系統(tǒng)單元元，并盡可能能屏蔽對象的的內(nèi)部細節(jié)使對象能夠集集中而完整地地描述一個具具體的事物封裝的信息隱隱蔽性反映了了事物的相對對獨立性封裝既體現(xiàn)了了過程抽象，，又體現(xiàn)了數(shù)數(shù)據(jù)抽象繼承特殊類的對象象擁有其一般般類的全部屬屬性與服務避免了共性特特征的重復描描述可以清晰地表表達每一項共共同特征所適適應的概念范范圍分類（classification）把相同屬性和和服務的對象象劃分為一類類，用類作為為對對象的抽抽象便于形成一般般－特殊結(jié)構構可以頸中地描描述對象的共共性聚合（aggregation）又稱組裝（composition），把一個復復雜事物看成成若干比較簡簡單的事物的的組裝體，從從而簡化對復復雜事物的描描述。分別用整體對對象和部分對對象描述，形形成整體－部部分結(jié)構，表表達它們之間間的組成關系系注：某些文獻獻認為聚合用用于比較松散散和靈活的整整體－部分關關系；組裝用用于比較緊密密、固定的整整體－部分關關系聚合對復雜性性的控制對象的描述過過于復雜時，，從中分離出出一些獨立部部分由于其它原因因已經(jīng)定義了了某個類，如如果恰好可以以描繪整體對對象的一個子子集，則可以以作為整體對對象的一部分分獨立出整體對對象中的某些些在數(shù)量上的的可變部分獨立出整體對對象中的某些些在描述方式式上的可變部部分關聯(lián)（association）在系統(tǒng)模型中中明確表示對對象之間的靜靜態(tài)聯(lián)系如：調(diào)度員與與調(diào)度工作站站消息通信對象之間只能能通過消息進進行通信（communicationwithmessage）粒度控制(scalecontrolling)引入主題（subject）的概念，把把OOA模型中的類按按一定的規(guī)則則進行組合，，形成一些主主題；如果主主題數(shù)目仍然然較多，則進進一步組合為為更大的主題題行為分析確定行為的歸歸屬和作用范范圍認識事物之間間的依賴關系系區(qū)分主導行為為和被動行為為認識系統(tǒng)的并并發(fā)行為認識對象狀態(tài)態(tài)對行為的影影響4、OOA模型OOA模型包括基本本模型和補充充模型基本模型以直直觀的方式表表達了最重要要的系統(tǒng)信息息補充充模模型型提提供供幫幫助助理理解解基基本本模模型型的的主主題題圖圖和和反反映映系系統(tǒng)統(tǒng)如如何何滿滿足足用用戶戶需需求求的的交交互互圖圖系統(tǒng)統(tǒng)的的詳詳細細說說明明主主要要是是由由模模型型中中的的每每個個類類對對應應的的類類描描述述模模板板組組成成的的基本本模模型型基本本模模型型是是一一個個類類圖圖(classdiagram)類圖圖的的主主要要成成分分：：類類、、屬屬性性、、服服務務、、一一般般-特殊殊結(jié)結(jié)構構、、整整體體-部分分結(jié)結(jié)構構、、實實例例連連接接、、消消息息連連接接類圖圖有有三三個個層層次次：：對象象層層：給給出出系系統(tǒng)統(tǒng)中中所所有有反反映映問問題題域域與與系系統(tǒng)統(tǒng)責責任任的的對對象象。。用用類類符符號號表表達達屬屬于于每每一一個個類類的的對對象象。。類類作作為為對對象象的的抽抽象象描描述述，，是是構構成成系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本單單位位基本本模模型型特征征層層：給給出出每每一一個個類類（（及及其其所所代代表表的的對對象象））的的內(nèi)內(nèi)部部特特征征（（屬屬性性與與服服務務））關系層層：給出出每一一個類類（及及其所所代表表的對對象））之間間的關關系。。包括括：繼繼承關關系（（一般般－特特殊結(jié)結(jié)構））、組組裝關關系（（整體體－部部分結(jié)結(jié)構））、反反映于于屬性性的靜靜態(tài)依依賴關關系（（實例例連接接）、、反映映于服服務的的動態(tài)態(tài)依賴賴關系系（消消息連連接））補充模模型補充模模型－－－主主題圖圖、usecase和交互互圖主題：：把一一些具具有較較強聯(lián)聯(lián)系的的類組組織在在一起起而得得的類類的聚聚合當系統(tǒng)統(tǒng)中類類較多多時，，利用用粒度度控制制原則則，把把它們們組合合成為為主題題，可可以在在不同同粒度度層次次上表表示和和理解解系統(tǒng)統(tǒng)模型