電力自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

電力自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院羅毅

設(shè)計(jì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的一般步驟確定目標(biāo)：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(guò)輸出什么量控制或調(diào)整確定從控制對(duì)象可以獲得什么物理量？控制原理采用某種分析方法進(jìn)行分析按分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試系統(tǒng)安裝調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)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(lái)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(shí)定義功能之間的接口。對(duì)較大的子功能再進(jìn)一步分解，直到可對(duì)它給出明確的定義。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是根據(jù)功能/子功能的需要設(shè)計(jì)的。自頂向下逐步求精原則1、功能分解法優(yōu)點(diǎn)：從系統(tǒng)所需求的功能出發(fā)構(gòu)造系統(tǒng)，能夠直接反映用戶(hù)的需求；工作很容易開(kāi)始；很好地運(yùn)用了過(guò)程抽象原則缺點(diǎn)：功能、子功能和功能接口只是對(duì)問(wèn)題域的間接映射，很難準(zhǔn)確深入理解問(wèn)題域，很難檢驗(yàn)分析結(jié)果的正確性；對(duì)需求變化的適應(yīng)能力差；接口很寬，對(duì)數(shù)據(jù)接口和控制接口幾乎沒(méi)有限制，局部錯(cuò)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(diǎn)＋處理說(shuō)明＋數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流方法又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)化分析。它以直觀(guān)的圖形清晰地描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動(dòng)和數(shù)據(jù)的變化，圖中沒(méi)有任何具體的物理元素，只是數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的流動(dòng)和處理，強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)流和處理過(guò)程。2、數(shù)據(jù)流法數(shù)據(jù)流圖（DFD）又稱(chēng)為泡泡圖（BubbleChart）、變換圖（TransformationGraph）、過(guò)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(guān)心系統(tǒng)該做什么、不關(guān)心怎么做數(shù)據(jù)流圖不考慮時(shí)序問(wèn)題數(shù)據(jù)流圖沒(méi)有控制流數(shù)據(jù)流圖沒(méi)有條件和循環(huán)過(guò)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(yùn)動(dòng)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?jǐn)?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(diǎn)流向處理、從處理流向終點(diǎn)箭頭代表數(shù)據(jù)流的方向數(shù)據(jù)流(dataflow)兩個(gè)處理之間可以有幾股數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流一般應(yīng)該命名SCADA統(tǒng)計(jì)日?qǐng)?bào)表月報(bào)表統(tǒng)計(jì)報(bào)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?xún)煞N方式處理數(shù)據(jù)：

a.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)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(shí)體(Entity)實(shí)體也稱(chēng)外外部項(xiàng)(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(diǎn)實(shí)體用方框框表示實(shí)體有外部部實(shí)體和內(nèi)內(nèi)部實(shí)體之之分，外部部實(shí)體就是是系統(tǒng)的輸輸入輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(datastore)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表表示數(shù)據(jù)的的位置，包包括磁帶、、磁盤(pán)、文文件，用右右邊開(kāi)口的的長(zhǎng)方形表表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包包括：角色色、客體、、地理信息息、事件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與與處理之間間可以是雙雙向箭頭，，表示同時(shí)時(shí)讀寫(xiě)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(gè)個(gè)方面表達(dá)達(dá)一個(gè)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(dá)到簡(jiǎn)簡(jiǎn)單性的要要求，對(duì)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(gè)處處理視為一一個(gè)子系統(tǒng)統(tǒng)，然后對(duì)對(duì)子系統(tǒng)繼繼續(xù)分解，，直到每個(gè)個(gè)處理容易易理解為止止。這就是是結(jié)構(gòu)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(shí)，首先應(yīng)應(yīng)畫(huà)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(duì)對(duì)每個(gè)處理理，也是先先畫(huà)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(huà)系統(tǒng)的輸輸入輸出數(shù)數(shù)據(jù)流：剛剛開(kāi)始分析析時(shí)，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(guān)的的內(nèi)容盡可可能包括進(jìn)進(jìn)去。畫(huà)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(lái)來(lái)?？梢詮膹妮斎霐?shù)據(jù)據(jù)流畫(huà)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(gè)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(gè)單位位處理（同時(shí)時(shí)到達(dá)、同時(shí)時(shí)被處理等）），則應(yīng)視為為一個(gè)數(shù)據(jù)流流。反之，把把一些相互無(wú)無(wú)關(guān)的不能作作為一個(gè)整體體進(jìn)行處理的的若干數(shù)據(jù)畫(huà)畫(huà)成不同的數(shù)數(shù)據(jù)流繼續(xù)分析每個(gè)個(gè)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(gè)處理理用幾個(gè)子處處理代替，并并在子處理之之間畫(huà)出這些些數(shù)據(jù)流自頂向下繪制制DFD應(yīng)該注意：編編號(hào)、父圖與與子圖的平衡衡、局部數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)以及分分解的程度編號(hào)：子圖的的編號(hào)就是父父圖中處理的的編號(hào)；子圖圖中處理的編編號(hào)由子圖號(hào)號(hào)、小數(shù)點(diǎn)和和局部號(hào)組成成父圖與子圖的的平衡：父圖圖中某個(gè)處理理的輸入輸出出數(shù)據(jù)流應(yīng)該該與相應(yīng)子圖圖的輸入輸出出數(shù)據(jù)流相同同。稱(chēng)為“平平衡”自頂向下繪制制DFD局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)：當(dāng)數(shù)據(jù)存存儲(chǔ)被用作DFD中某個(gè)處理之之間的界面時(shí)時(shí)，該數(shù)據(jù)存存儲(chǔ)就必須畫(huà)畫(huà)出來(lái)，同時(shí)時(shí)應(yīng)畫(huà)出每個(gè)個(gè)處理是讀還還是寫(xiě)該數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)分解的程度：：分解應(yīng)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(dāng)?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(diǎn)：運(yùn)用了了逐步求精的的原則，一個(gè)個(gè)處理可以細(xì)細(xì)化而分解成成為一個(gè)下層層的數(shù)據(jù)流圖圖；有嚴(yán)格的的規(guī)則，避免免了許多錯(cuò)誤誤和疏漏；通通過(guò)定義事件件選擇處理缺點(diǎn)：也是對(duì)對(duì)問(wèn)題域的間間接映射，當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時(shí)時(shí)，很難檢驗(yàn)驗(yàn)分析的正確確性；對(duì)需求求變化的適應(yīng)應(yīng)能力差；與與結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)計(jì)的表示法不不一致；文檔檔復(fù)雜龐大3、信息建模法法*信息建模法(informationmodeling)＝實(shí)體(對(duì)象)＋屬性＋關(guān)系系＋父類(lèi)型/子類(lèi)型＋關(guān)聯(lián)聯(lián)對(duì)象發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界界中的對(duì)象，，用屬性描述述對(duì)象，列出出認(rèn)識(shí)到的屬屬性，把屬性性放到實(shí)體（（對(duì)象）中，，增添關(guān)系，，用父類(lèi)型/子類(lèi)型提煉屬屬性的共性，，用關(guān)聯(lián)對(duì)象象對(duì)關(guān)系作細(xì)細(xì)化描述3、信息建模法法*缺點(diǎn)：只是在在數(shù)據(jù)方面建建立了問(wèn)題域域的直接映射射無(wú)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)?duì)象象分分析析OOA(object-orientedanalysis)＝對(duì)對(duì)象象、、類(lèi)類(lèi)＋＋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)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)?duì)象象分分析析方方法法：：是是一一種種運(yùn)運(yùn)用用對(duì)對(duì)象象、、類(lèi)類(lèi)、、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(lái)來(lái)構(gòu)構(gòu)造造系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一種種分分析析開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)方方法法4、面面向向?qū)?duì)象象的的分分析析方方法法幾個(gè)個(gè)基基本本概概念念：：對(duì)象象：：系系統(tǒng)統(tǒng)中中用用來(lái)來(lái)描描述述客客觀(guān)觀(guān)事事物物的的一一個(gè)個(gè)實(shí)實(shí)體體，，它它是是構(gòu)構(gòu)成成系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一個(gè)個(gè)基基本本單單位位。。一一個(gè)個(gè)對(duì)對(duì)象象由由一一組組屬屬性性和和對(duì)對(duì)這這組組屬屬性性進(jìn)進(jìn)行行操操作作的的一一組組服服務(wù)務(wù)構(gòu)構(gòu)成成其中：屬性是是用來(lái)描述對(duì)對(duì)象靜態(tài)特征征的一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)項(xiàng)；服務(wù)是是用來(lái)描繪對(duì)對(duì)象動(dòng)態(tài)特征征的一個(gè)操作作序列4、面向?qū)ο蟮牡姆治龇椒?lèi)：具有相同同屬性和服務(wù)務(wù)的一組對(duì)象象的集合，它它為屬于該類(lèi)類(lèi)的全部對(duì)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(wù)兩個(gè)主要要部分封裝：把對(duì)象象的屬性和服服務(wù)結(jié)合成一一個(gè)獨(dú)立的系系統(tǒng)單位，并并盡可能屏蔽蔽對(duì)象的內(nèi)部部細(xì)節(jié)繼承：特殊類(lèi)類(lèi)的對(duì)象擁有有一般類(lèi)的全全部屬性和服服務(wù)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(wù)務(wù)請(qǐng)求，它應(yīng)應(yīng)該包括如下下信息：提供供服務(wù)的對(duì)象象標(biāo)識(shí)、服務(wù)務(wù)標(biāo)識(shí)、輸入入信息、應(yīng)答答信息多態(tài)性：一般般類(lèi)中定義的的屬性或服務(wù)務(wù)被特殊類(lèi)繼繼承后，可以以具有不同的的數(shù)據(jù)類(lèi)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(lèi)聚合關(guān)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(gè)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(duì)象是對(duì)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中事物的的抽象類(lèi)是對(duì)象的抽抽象一般類(lèi)是特殊殊類(lèi)的進(jìn)一步步抽象屬性是事物靜靜態(tài)特征的抽抽象服務(wù)是事物動(dòng)動(dòng)態(tài)特征的抽抽象抽象(abstraction)過(guò)程抽象：任任何一個(gè)完成成確定功能的的操作序列都都可以看成一一個(gè)單一的實(shí)實(shí)體，它可以以由一系列更更低級(jí)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(lái)定義數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型，并并限定數(shù)據(jù)的的值只能由這這些操作來(lái)修修改和觀(guān)察。。數(shù)據(jù)抽象是是OOA的核心原則，，它強(qiáng)調(diào)了屬屬性與服務(wù)結(jié)結(jié)合成對(duì)象，，對(duì)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(duì)對(duì)象的屬性和和服務(wù)結(jié)合為為一個(gè)不可分分的系統(tǒng)單元元，并盡可能能屏蔽對(duì)象的的內(nèi)部細(xì)節(jié)使對(duì)象能夠集集中而完整地地描述一個(gè)具具體的事物封裝的信息隱隱蔽性反映了了事物的相對(duì)對(duì)獨(dú)立性封裝既體現(xiàn)了了過(guò)程抽象，，又體現(xiàn)了數(shù)數(shù)據(jù)抽象繼承特殊類(lèi)的對(duì)象象擁有其一般般類(lèi)的全部屬屬性與服務(wù)避免了共性特特征的重復(fù)描描述可以清晰地表表達(dá)每一項(xiàng)共共同特征所適適應(yīng)的概念范范圍分類(lèi)（classification）把相同屬性和和服務(wù)的對(duì)象象劃分為一類(lèi)類(lèi)，用類(lèi)作為為對(duì)對(duì)象的抽抽象便于形成一般般－特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)可以頸中地描描述對(duì)象的共共性聚合（aggregation）又稱(chēng)組裝（composition），把一個(gè)復(fù)復(fù)雜事物看成成若干比較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的事物的的組裝體，從從而簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)復(fù)雜事物的描描述。分別用整體對(duì)對(duì)象和部分對(duì)對(duì)象描述，形形成整體－部部分結(jié)構(gòu)，表表達(dá)它們之間間的組成關(guān)系系注：某些文獻(xiàn)獻(xiàn)認(rèn)為聚合用用于比較松散散和靈活的整整體－部分關(guān)關(guān)系；組裝用用于比較緊密密、固定的整整體－部分關(guān)關(guān)系聚合對(duì)復(fù)雜性性的控制對(duì)象的描述過(guò)過(guò)于復(fù)雜時(shí)，，從中分離出出一些獨(dú)立部部分由于其它原因因已經(jīng)定義了了某個(gè)類(lèi)，如如果恰好可以以描繪整體對(duì)對(duì)象的一個(gè)子子集，則可以以作為整體對(duì)對(duì)象的一部分分獨(dú)立出整體對(duì)對(duì)象中的某些些在數(shù)量上的的可變部分獨(dú)立出整體對(duì)對(duì)象中的某些些在描述方式式上的可變部部分關(guān)聯(lián)（association）在系統(tǒng)模型中中明確表示對(duì)對(duì)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(duì)象之間只能能通過(guò)消息進(jìn)進(jìn)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(lèi)按按一定的規(guī)則則進(jìn)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(jìn)進(jìn)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(rèn)識(shí)事物之間間的依賴(lài)關(guān)系系區(qū)分主導(dǎo)行為為和被動(dòng)行為為認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的并并發(fā)行為認(rèn)識(shí)對(duì)象狀態(tài)態(tài)對(duì)行為的影影響4、OOA模型OOA模型包括基本本模型和補(bǔ)充充模型基本模型以直直觀(guān)的方式表表達(dá)了最重要要的系統(tǒng)信息息補(bǔ)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(mǎn)滿(mǎn)足足用用戶(hù)戶(hù)需需求求的的交交互互圖圖系統(tǒng)統(tǒng)的的詳詳細(xì)細(xì)說(shuō)說(shuō)明明主主要要是是由由模模型型中中的的每每個(gè)個(gè)類(lèi)類(lèi)對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的類(lèi)類(lèi)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(gè)個(gè)類(lèi)類(lèi)圖圖(classdiagram)類(lèi)圖圖的的主主要要成成分分：：類(lèi)類(lèi)、、屬屬性性、、服服務(wù)務(wù)、、一一般般-特殊殊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、整整體體-部分分結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、實(shí)實(shí)例例連連接接、、消消息息連連接接類(lèi)圖圖有有三三個(gè)個(gè)層層次次：：對(duì)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(wèn)問(wèn)題題域域與與系系統(tǒng)統(tǒng)責(zé)責(zé)任任的的對(duì)對(duì)象象。。用用類(lèi)類(lèi)符符號(hào)號(hào)表表達(dá)達(dá)屬屬于于每每一一個(gè)個(gè)類(lèi)類(lèi)的的對(duì)對(duì)象象。。類(lèi)類(lèi)作作為為對(duì)對(duì)象象的的抽抽象象描描述述，，是是構(gòu)構(gòu)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(gè)個(gè)類(lèi)類(lèi)（（及及其其所所代代表表的的對(duì)對(duì)象象））的的內(nèi)內(nèi)部部特特征征（（屬屬性性與與服服務(wù)務(wù)））關(guān)系層層：給出出每一一個(gè)類(lèi)類(lèi)（及及其所所代表表的對(duì)對(duì)象））之間間的關(guān)關(guān)系。。包括括：繼繼承關(guān)關(guān)系（（一般般－特特殊結(jié)結(jié)構(gòu)））、組組裝關(guān)關(guān)系（（整體體－部部分結(jié)結(jié)構(gòu)））、反反映于于屬性性的靜靜態(tài)依依賴(lài)關(guān)關(guān)系（（實(shí)例例連接接）、、反映映于服服務(wù)的的動(dòng)態(tài)態(tài)依賴(lài)賴(lài)關(guān)系系（消消息連連接））補(bǔ)充模模型補(bǔ)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(qiáng)聯(lián)聯(lián)系的的類(lèi)組組織在在一起起而得得的類(lèi)類(lèi)的聚聚合當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)中類(lèi)類(lèi)較多多時(shí)，，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