基于國產實時數據庫的節能減排監管系統的實現

高永 陳鶴松

摘 要：電力行業節能減排監管系統需要從各火力發電廠的SIS、MIS、CEMS系統中獲取生產運行的實時數據，通過對獲取的海量數據進行的業務計算和統計計算，做到對全省火力發電機組的節能情況、減排情況的實時監控，為行業降低消耗，減少損失和污染物排放，合理地利用能源提供了科學依據。本文詳細介紹了基于國產海迅實時數據庫及外圍套件搭建系統的架構及功能實現，為系統的國產化研究具做出了有益的探索。

關鍵詞：節能減排監管；實時數據；業務計算；統計計算

發電行業節能減排監管系統通過采集火力發電機組、電網運行數據，實時分析機組運行狀態，計算評價機組運行能耗、排放、線損水平，能夠實現機組運行管理、數據分析應用和高級應用分析等功能的一套實時監控分析系統。運行管理包括機組運行狀態實時顯示、現場采集測點組態、數據采集及能耗、排放計算故障統計與查詢等功能；數據分析應用功能包括機組實時數據綜合曲線顯示、參數超限或無效報警、機組運行穩定/工況調整等暫態過程自動識別、能耗/排放在線計算及分負荷段統計等。

發電行業節能監管系統同時還要具備數據導入導出、組態圖配置、曲線分析、告警服務、數據對比、實時數據監控、系統管理等功能。

由于火電廠原有的監控系統均采用國外進口實時數據庫作為存儲媒介。進口實時數據庫不僅價格昂貴，而且運維費用極高。節能減排監管系統不僅對數據庫的存儲要求高，而且要求數據庫系統要有豐富的外圍套件與接口，此系統是使用具有完全自主知識產權替代國外進口產品的一次有益嘗試。

1 系統設計

1.1 系統的分層結構

根據對系統功能需求的調研分析，系統采用現場數據采集層、通訊網絡層及監控中心層三層結構：

⑴現場數據采集層，包含SIS、MIS、CEMS系統等數據源，屬電廠的運行設備；

⑵通訊網絡層，包含數據采集接口及相關通訊組件。數據采集接口，負責完成對各種不同廠家SIS、MIS、CEMS系統的數據采集，然后對相關數據按照通訊規約進行封裝，通過調度網絡將各種參數傳輸至監控中心層；

⑶監控中心層，本層是整個系統的核心部分，主要包括通訊服務器、實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、計算服務器、WEB服務器、應用服務器及其他各種相關設備和軟件；監控中心層是整個系統的控制和管理中心，該中心由數據處理層和業務管理層構成，數據處理層負責數據采集和數據計算，業務管理層負責業務管理流程和數據WEB發布；各相關部門以及被監測的企業可以通過Internet以瀏覽器方式根據自己的權限獲得各自的數據信息

系統功能結構示意圖如下圖所示。

1.2 數據管理

⑴數據采集與傳輸。數據采集接口程序，負責完成對從國外數據庫中獲取實時數據，然后對相關數據按照通訊規約（E文件格式）進行封裝，通過網絡將各種參數傳輸至數據通訊服務器。采集的數據分為快照取值和存檔取值兩類：快照取值是指未經壓縮的數據，無精度損失；存檔取值是指壓縮后存于硬盤的數據，會影響數據精度。考慮到后期計算值的準確性，本系統中實時數據采集需要采用快照取值。

⑵數據存儲。各現場采集的運行數據通過通訊服務器存入海迅數據庫中，海迅數據庫將依據測點規范對各機組的運行數據進行整合和存儲，并通過多種通訊接口提供給應用系統使用。實時計算軟件從海迅實時數據庫中獲取到實時數據進行數據分析和統計，并將統計結果和事件數據寫入歷史數據庫。系統通過自帶的遷移工具，按一定的測點和時間范圍等選擇性條件，實現國外數據庫中的監管數據向海迅實時庫的遷移。

1.3 業務計算服務

業務計算軟件基于計算模型進行業務計算和匯總統計處理，提供業務分析指標的在線處理。能夠加載水蒸氣函數庫和煙氣函數庫；能夠加載客戶方原有的計算函數庫；針對計算公式所涉及的測點，進行完善的管理；根據客戶方提供的計算公式和數據庫中的值得到最終結果，并展示。

1.4 數據統計服務

數據統計服務依據時間段配置要求進行實時指標的統計計算，并將統計結果存入關系數據庫相關表中，以便指標報表和指標對比分析使用。統計服務需要支持時間加權平均、容量加權平均、算術平均、累計、最大值、最小值、差值等統計類型；并支持不同時間段內統計的要求，如每分鐘、每小時等。

2 系統功能

2.1 系統門戶

系統提供強大的WEB瀏覽功能，對各類應用服務、參數、圖形、報表、實時數據和歷史數據等內容提供靈活和豐富的信息展示；任何被整合到系統中的信息都能以一定的方式進行瀏覽和查詢；提供歷史追溯與反演、斷面查詢等高級應用功能；為授權用戶提供定制功能，可記錄其對系統的使用習慣和實際個性化要求形成服務于特定用戶的信息展示界面。

2.2 實時監控

利用海迅實時數據庫平臺的實時數據展示功能，通過門戶系統實時監控浙江省電力行業下屬火電企業實時運行狀況，主要包括地理信息圖（總覽圖）、實時監控界面兩個主要部分。

電力地理位置標志在全省地圖上，可以按地級市進行地圖的縮放，點擊電廠（電網）名稱進入各電廠的基礎資料子模塊。

實時監控畫面則根據實際需要，畫出機組總圖、汽輪機圖、鍋爐圖、脫硫系統圖和脫硝系統圖，詳見圖4、圖5。

2.3 趨勢查詢

利用海迅數據庫自身的趨勢查詢工具，用戶可根據自身需要定義曲線參數組合，將不同測點的數據的曲線放到同一個界面進行對比分析，并以不同顏色進行展示，顏色可自定義。

2.4 節能監管

利用海迅數據庫自帶的報表工具，在節能監管系統中，可以實現對全省發電機組按照不同的容量或負荷段對機組能耗指標進行分類統計；根據需要提供各種形式的排序（包括，時間段的選擇，有開始時間和結束時間，負荷段，機組名稱，指標項，機主類型，廠站名稱，需要采樣時間頻率的設置等）。

2.5 減排監管

利用海迅數據自帶的工具，可實現減排監管的基礎信息、實時監控、曲線查詢、實時報表和歷史報表等功能；實時報表通過海迅實時數據庫直接獲取數據進行展現，歷史報表通過海迅數據自帶的計算服務提供的統計結果，依據用戶對于報表時間要求進行查詢展現。

2.6 線損統計

海迅實時數據自帶的工具支持從省調獲取日線損數據的導入導出，能夠進行數據收集和整合，并展示和做到報表中。

3 系統創新點

在火力發電行業，由于各類生產運行系統的安全等級要求高，系統監控數據采樣頻率高，火力發電的各類生產運行系統大多采用實時數據庫，并且多以國外進口為主。本系統以國產實時數據庫為核心，基于數據庫豐富的外圍套件，搭建了一個功能強大，性能先進的實用系統，創新點如下：

⑴節能減排監管系統采用具有自主知識產權的海迅數據庫，是首套國產實時數據庫，符合國家安全標準。其優勢包括：實時高速吞吐技術、高效的磁盤緩存技術、獨創的混合壓縮算法、靈活的復雜對象處理機制、跨平臺部署等。

⑵節能減排監管系統利用海迅實時數據庫平臺的實時數據展示功能，可實時監控火電企業實時運行狀況。提供準確的實時監控與歷史查詢，對各類應用服務、參數、圖形、報表、實時數據和歷史數據等內容提供靈活和豐富的信息展示。

⑶數據統計服務依據時間段配置要求進行實時指標的統計計算，并將統計結果存入關系數據庫相關表中，以便指標報表和指標對比分析使用。

⑷針對節能監管、減排監管、綜合分析、線損統計等業務功能提供統計報表服務，實時數據直接從海迅實時數據庫中獲取，統計數據由計算統計服務提供。各報表均提供多項選擇條件，可根據需要進行條件設置，查看并導出結果頁面。

4 結束語

黨中央、國務院高度重視節能減排工作，多次召開會議進行部署，制定相關的法規、政策和標準。目前國內各行業節能減排監管的信息化手段較少，尤其是在國家提倡自主創新，大力提倡軟硬件國產化的宏觀背景下，本系統的實現對各行業的節能減排監管系統的國產化實現做了很好探索，樹立了標桿作用。