一种面向对象电力仿真数据库软件系统的开发
>韩肖清　刘　艳（太原理工大学　太原　030024）

1　引言　　
　　随着电力系统的发展和软件工程技术的革命，电力系统仿真软件更新很快，这就对支持仿真软件的数据库系统提出了一些新的要求：（1）支持复杂数据。电力系统日趋庞大，数据之间的关系错综复杂，对这样的系统建模，传统的关系型数据库已显得力不从心。（2）能满足面向对象仿真软件的需要。“仿真”的目地是尽可能的模拟真实问题空间，这与传统拆开问题空间的固定的自顶而下的编程模式是背道而驰的，所以越来越多的电力系统仿真软件都趋于采用面向对象的方式编写，传统的关系型数据库为满足类型匹配要做大量繁复的工作，已无法满足这些仿真软件的需要。（3）能将多个仿真应用集成在一个数据库之上，实现数据共享。（4）适应电力系统快速发展的需求，易于扩充和维护。面向对象数据库的出现为我们提供了解决这些问题的有效手段。它不仅可以清晰、确切的描述系统结构，而且它的封装性和继承性还使得数据结构既独立又灵活，为软件的可重用性和扩展性提供了强有力的支持，使它成为面向对象仿真软件数据库的首选。
　　目前，面向对象数据库的实现方法主要有两个：一是建立纯粹的面向对象数据库（OODBMS），二是扩充传统关系数据库，增加面向对象特征，建立对象－关系型数据库管理系统（ORDBMS）。前者虽然能将面向对象的优势发挥得淋漓尽致，但技术仍不成熟且无法满足电力系统仿真软件的开放性要求。所以，本文采用成熟的关系型数据库SQLServer2000，以PowerBuilder7．0为前端开发工具，Win2000为软件平台，完成了电力系统面向对象建模，开发支持多种仿真应用的对象－关系型数据库系统。
2　系统设计思想
　　该数据库系统包括以下几个组成部分：电力系统基础类库和由之映射出的基类数据库；应用派生类库和由之映射出的仿真数据库；标准应用程序接口；数据库管理界面和一系列仿真应用程序。结构如图1所示。
2．1　系统面向对象模型和类库
　　我们使用面向对象编程语言C＋＋来构建电力系统基础类库，以此来建立电力系统的基本模型。通过面向对象分析进行对象抽取后，本文所构造的电力系统模型可用图2来表示。其中我们注意了建模的一些原则：基类完全独立于应用，只反映电力系统的基本特征；派生类在继承基类基本属性的同时还包含对应于具体应用的特殊属性；有的应用需用到其它应用的计算结果，这时只须将此应用由其它应用继承派生而来便可使该应用类享有其它应用的属性，系统增加新的应用类型只须在合适的层次上派生一个应用类即可而无须改动整个系统的结构；电力系统各元件类均相互独立，避免了类间的交叉依赖。如母线节点和N端口元件是相互独立的，它们之间的连接关系由另一个类：连接类来描述。这样要改变电力系统的连接关系时就不必修改母线类和N端口元件类，只须改动连接类即可；另外类的定义在可能的层次上是与它所代表的对象精确统一的。如输电线的类定义包括线路型号、长度、阻抗标幺值、相数等数据成员。其中数据成员线路型号是不能缺少的，如果只有线路的阻抗标幺值而无更原始的数据可循，那么在进行谐波分析时，由于线路的电抗是随电网频率变化而变化的，所以应用将得不到精确的线路电抗值。　　综上所述，本文所建的电力系统模型具有以下特点：（1）数据结构既独立又灵活。（2）具有良好的延展性和扩充性。（3）易于理解和维护。（4）可满足各种应用程序的需要。
2．2　数据库
　　只有将面向对象分析得到的对象模型转换为关系型数据库的关系模型才能利用关系型数据库实现数据的物理模型，得到对象－关系型数据库并利用它来存储面向对象的数据结构。实现这种转换的方法很多^{［5］［6］}，本文采用的是合一法，即在模型上把关系型数据库和面向对象数据库集成为一体，使之同时具备两种范型的特色。对模型的合一将导致把下列概念等同起来：关系与类、关系的元组与类的实例、表列与属性、过程与方法、关系继承与类继承。例如变压器类是双绕组变压器类和三绕组变压器类的父类，可将变压器的通用属性映射为父类表的属性列，双绕组和三绕组变压器的特殊属性映射为子类表的属性列，ID号设置相同即可保持对象的继承关系。
　　采用合一的“映射”法我们可以由基类映射出基库的表、视图和关系；由派生类映射出仿真数据库的各个表、视图及其关系，建立数据库的基本结构。如果将一个数据库的定义看成一个对象类，则基库与仿真数据库之间是父类和子类的继承关系。基库只给出电力系统基本的数据结构，用户的仿真数据库的实例才真正存放数据。同一仿真库的不同实例间数据结构相同，只是保存的具体数值不同，因此可以用同一段程序访问。用户还能继承派生新的数据库及其实例以满足自己不断发展的新需要。由此可见，采用面向对象概念以后程序的可重用性和扩展性很好，这对于建立大型复杂的数据库应用系统具有重要意义。
2．3　数据库管理
　　对用户而言，一个好的数据库系统是通过数据库管理的方便高效来体现的，用户对数据的直接操作必须通过界面来实现。由于界面上许多控件功能都相似，若用传统方法分别编写代码，不仅程序繁琐，而且不易维护。本文采用PowerBuilder7．0作前端开发，它是面向对象的编程工具，利用其封装性、继承性等特点，我们编制了具有不同功能和操作的各类控件和窗口对象。当程序需要这些功能时只需将它们继承添加到程序中即可。这样写出的程序代码具有重用性及扩充性，在开发过程中及以后都能方便的修改或扩充代码以满足用户的需求。　　本文开发的数据库管理软件不仅实现了对数据的查询、修改、删除、打印、浏览等功能，而且易于扩充和维护，为用户管理数据提供了很大的方便。
2．4　应用程序接口
　　应用程序对数据库的存取接口我们又称之为对象存取接口，它为应用程序提供了直接从数据库中检入，查询所需数据和将计算结果写入数据库的标准接口函数，目前对象存取函数包括下列几类：
　　（1）WRITE类函数：它负责将应用程序的计算结果写入数据库。
　　（2）READ类函数：应用程序执行时它将数据库中的数据对应检入应用和程序各变量中去。
　　（3）FIND类函数：它相当于传统的查询功能，使应用程序能够查询符合特定条件的数据。
　　接口为用户提供了按面向对象范型直接存取数据库的方法，将对象模式与关系模式集成在一起，使得持久对象一旦从库中检出便可直接进入C＋＋应用程序的运行空间，操作结束后还可将结果再放回库中。
3　系统特点
　　（1）将成熟的关系模式与先进的面向对象模式完美结合，对用户而言该系统是面向对象的，可适应面向对象仿真程序的需要。
　　（2）该系统具有良好的开放性，易于维护和扩充，可以集成多个仿真程序。
　　（3）该系统利用类的层次性和继承性来组织数据，处理各应用之间以及应用与基础数据间的关系，数据简洁，冗余度小。其上集成的仿真应用越多，越能体现其优势。
　　（4）数据结构与实际电力系统各组件高度一致，直观性好，便于理解和使用。
4　结论
　　面向对象数据库正以它优越的性能引起越来越多国内外电力研究人员的注意，面向对象技术在电力系统中的应用领域也在不断的研究和探索过程中^［7］。本文提出的电力系统面向对象建模方案及对象－关系型仿真数据库的设计为各类仿真程序提供了统一的数据库支持，在面向对象数据库仿真应用方面做出了有益的探索。

5　参考文献
1　JunZhu，David，LLubkeman．Object－OrientedDevelop－mentofSoftwareSystemsforPowerSystemSimula－tion．IEEETransonPowerSystems，1997，12（2）：1002～1007
2　EZZhow．Object－OrientedProgramming，C＋＋andPowerSystemSimulation．IEEEPESWinterMeeting，1995，11（1）：206～215
3　车敦仁，周立柱．关系数据库与面向对象数据库的集成．软件学报，1996，7（11）：669～675
4　刘艳，韩肖清．面向对象数据库及其在电力系统中的应用．电力系统及其自动化学报，2001，13（1）：35～37