0　前言

1　数据库功能及设计要求

1.1　功能
　　数据库管理系统和基于其上的数据库是整套培训仿真系统的核心部分。它将图形操作、仿真计算、数据维护及数据预处理等模块有机地联系在一起，形成一个完整的系统(见图1)。各部分关系如下：(1)数据库管理员(DBA)维护。即具有一般数据库的维护功能，如数据库查询、增删、修改和报表输出等。DBA通过维护界面可直接操作静态数据库，进行维护管理。(2)仿真计算。在培训仿真过程中，需进行大量的开关操作、增减发电机出力、改变负荷、调整变压器分接头、保护设置及保护投退等操作，操作后的系统变化必须经过各种仿真程序计算。培训仿真系统数据库必须为仿真计算程序动态地提供大量数据，进行实时计算，并把计算结果写回数据库，供图形显示及其它计算调用。(3)图形操作。在开发过程中，图形编辑、修改的结果将作为图形信息全部保存在静态数据库中。培训过程中，学员在计算机模拟控制屏上进行各种操作，操作信息与数据库间也存在着大量数据交换。(4)数据预处理。在系统开发阶段，对录入数据库的原始数据进行程序处理，如进行图形-数据联接、生成网络统一节点号等工作，以建立适于图形操作和仿真计算所要求的数据结构。

图1　电气部分培训仿真系统结构简图

1.2　数据库设计原则和要求
　　培训仿真系统数据库的设计除应满足数据库设计的一般原则和要求外，还应满足培训仿真系统实时运行提出的特殊要求。
1.2.1　实时性与快速性
　　培训仿真系统要求实时地反映培训过程中的各种运行状况，针对电厂各种运行方式和事故状态，要求数据库合理组织数据，为各种运行状态提供实时快速的数据交换。因此，数据库与其应用程序间大量的数据交换应尽可能地少占用系统响应时间，以提高整个系统的响应速度，达到仿真系统的实时性与快速性要求。
1.2.2　图形和数据的联系
　　培训过程中，学员的一切操作都在计算机模拟图形上进行，图形操作信息应与数据更新保持一致，在图形和数据间存在着复杂的映射关系，故数据库的设计要求准确、完整地反映这些映射关系。依据这些关系建立起图形和数据间的联系，保证图形和数据成为一个整体。
1.2.3　多接口
　　由图1可见，数据库除了数据维护接口外，还与数据预处理、仿真计算及图形操作等存在着数据联系，同时仿真计算中存在多种接口，潮流计算、拓扑计算、频率计算、保护设置、保护投退及自动装置动作信息等，数据流较复杂，因此对数据库的灵活性、一致性和安全性提出了较高要求。

2　数据库结构与实现

2.1　数据库结构
　　电厂培训仿真系统数据库结构示于图2。数据库包括：图形库、设备库、厂站信息库及教案库4部分。图形库存储培训仿真系统中所用的各种图形(电气主控室控制屏模拟图、一次主接线图、二次回路展开图)；设备库存储了发电机、变压器、断路器、母线、刀闸和电抗器等设备的电气参数和运行数据及保护配置、动作状态等信息；厂站信息库存储了本厂的统计数据及出线对端厂站的相关数据；教案库存储了本厂的各种运行方式及事故模拟状态，用户教案库供学员和教员存储培训教案。

图2　西固电厂培训仿真系统数据库结构

2.2　动态数据库的实现
　　借鉴浙江电网DTS^［4］和甘肃电网DTS^［5］中的数据库设计的成功经验，在仿真系统中建立了动态数据库。动态数据库是指在仿真系统运行时，将数据库读入计算机内存，应用程序直接与内存中的数据库交换数据，大大加快了数据存取速度；相对地，在计算机外存中的数据库为静态数据库。
　　动态数据库建立的具体方法是编制C程序，设置结构数组，存储从数据库读来的数据。如对母线运行参数动态库的形成：
定义结构：
　　typedef struct
　　｛char device-no［namelengeh］;short screen-no;short st-no;float vn;
　　float vmax;float vmin;float va;float va-angle;float vb;folat vb-angle;
　　float vc;float vc-angle;float p;float q;float hz;float xyi;｝bus;
定义结构数组指针：bus *Bus-Table；
调用函数读入数据记录，返回数据表首地址：Bus-Table=Get-Bus()。
　　实际应用中，因Foxpro数据库管理系统没有提供C语言嵌入Foxpro语言编程的功能，程序不能直接读写数据库。可采用2种方法解决：(1)分析数据库DBF文件结构，编制C语言的读写接口程序；(2)采用文件格式转换方法，建立一种C语言和Foxpro语言均可操作的文件格式，作为两者数据交换的桥梁。在进行初步比较后，采用了后一种方法。动态数据库和静态数据库的应用，收到了良好效果。静态数据库录入数据方便，编辑灵活、可靠，便于开发、维护；动态数据库完成实时交换，提高培训速度，有利于仿真系统实时运行。

2.3　图形-数据一体化
　　图形在仿真系统运行时，表现为像素点组成的位图。图形信息以各图形元件的图元代码、显示坐标、色彩方向代码等数据形成文本数据格式，通过专用的绘图程序，调用这些图形参数，画出图形，形成仿真所用的位图。
　　在培训仿真系统中，图形和数据是系统所用的两大信息资源。图形信息形成文本数据格式后，存入数据库，使之与数据进行统一管理。以往数据库的设计^［3～5］，大都只存储计算数据，存储信息往往局限于数值的概念。对于图形只将其作为类似位图文件，形成图形文件，以文件系统来管理。这样的设计，在应用中遇到了图形和数据不统一，两者联接困难等问题，影响了图形的一致性，并对软件结构带来不良影响。为此，提出图形-数据一体化方案，从设计思想上将图形也作为“数据”引入数据库，建立了图形库(见图2)，与数据统一管理，并在数据库内处理图形和数据的联系。
　　图形和数据间的对应关系较复杂，如何在其间准确、完整地建立联系，保证一致性是仿真系统的重点和难点。图形库的建立，有效地解决了这一问题。具体实现方法有2种：(1)关系运算。在图形库和设备库中，设立主关键字，通过关系数据库的关系运算，直接建立图形库与数据库的联系。(2)数据库编程。用Foxpro语言编制联接程序，直接操纵图形库和数据库的数据记录，按照其对应关系建立二者间的联接。
　　考虑到本文图形和数据对应关系的复杂性(部分设备图形和数据间是1∶1的对应关系，一部分设备则是N∶1的关系)及关系运算中会产生临时视图等不利因素，因此采用后一种方案，处理过程示于图3。

图3　图形-数据联接流程

3　结论