基于国产实时数据库的节能减排监管系统的实现

高永 陈鹤松

摘 要：电力行业节能减排监管系统需要从各火力发电厂的SIS、MIS、CEMS系统中获取生产运行的实时数据，通过对获取的海量数据进行的业务计算和统计计算，做到对全省火力发电机组的节能情况、减排情况的实时监控，为行业降低消耗，减少损失和污染物排放，合理地利用能源提供了科学依据。本文详细介绍了基于国产海迅实时数据库及外围套件搭建系统的架构及功能实现，为系统的国产化研究具做出了有益的探索。

关键词：节能减排监管；实时数据；业务计算；统计计算

发电行业节能减排监管系统通过采集火力发电机组、电网运行数据，实时分析机组运行状态，计算评价机组运行能耗、排放、线损水平，能够实现机组运行管理、数据分析应用和高级应用分析等功能的一套实时监控分析系统。运行管理包括机组运行状态实时显示、现场采集测点组态、数据采集及能耗、排放计算故障统计与查询等功能；数据分析应用功能包括机组实时数据综合曲线显示、参数超限或无效报警、机组运行稳定/工况调整等暂态过程自动识别、能耗/排放在线计算及分负荷段统计等。

发电行业节能监管系统同时还要具备数据导入导出、组态图配置、曲线分析、告警服务、数据对比、实时数据监控、系统管理等功能。

由于火电厂原有的监控系统均采用国外进口实时数据库作为存储媒介。进口实时数据库不仅价格昂贵，而且运维费用极高。节能减排监管系统不仅对数据库的存储要求高，而且要求数据库系统要有丰富的外围套件与接口，此系统是使用具有完全自主知识产权替代国外进口产品的一次有益尝试。

1 系统设计

1.1 系统的分层结构

根据对系统功能需求的调研分析，系统采用现场数据采集层、通讯网络层及监控中心层三层结构：

⑴现场数据采集层，包含SIS、MIS、CEMS系统等数据源，属电厂的运行设备；

⑵通讯网络层，包含数据采集接口及相关通讯组件。数据采集接口，负责完成对各种不同厂家SIS、MIS、CEMS系统的数据采集，然后对相关数据按照通讯规约进行封装，通过调度网络将各种参数传输至监控中心层；

⑶监控中心层，本层是整个系统的核心部分，主要包括通讯服务器、实时数据库服务器、关系数据库服务器、计算服务器、WEB服务器、应用服务器及其他各种相关设备和软件；监控中心层是整个系统的控制和管理中心，该中心由数据处理层和业务管理层构成，数据处理层负责数据采集和数据计算，业务管理层负责业务管理流程和数据WEB发布；各相关部门以及被监测的企业可以通过Internet以浏览器方式根据自己的权限获得各自的数据信息

系统功能结构示意图如下图所示。

1.2 数据管理

⑴数据采集与传输。数据采集接口程序，负责完成对从国外数据库中获取实时数据，然后对相关数据按照通讯规约（E文件格式）进行封装，通过网络将各种参数传输至数据通讯服务器。采集的数据分为快照取值和存档取值两类：快照取值是指未经压缩的数据，无精度损失；存档取值是指压缩后存于硬盘的数据，会影响数据精度。考虑到后期计算值的准确性，本系统中实时数据采集需要采用快照取值。

⑵数据存储。各现场采集的运行数据通过通讯服务器存入海迅数据库中，海迅数据库将依据测点规范对各机组的运行数据进行整合和存储，并通过多种通讯接口提供给应用系统使用。实时计算软件从海迅实时数据库中获取到实时数据进行数据分析和统计，并将统计结果和事件数据写入历史数据库。系统通过自带的迁移工具，按一定的测点和时间范围等选择性条件，实现国外数据库中的监管数据向海迅实时库的迁移。

1.3 业务计算服务

业务计算软件基于计算模型进行业务计算和汇总统计处理，提供业务分析指标的在线处理。能够加载水蒸气函数库和烟气函数库；能够加载客户方原有的计算函数库；针对计算公式所涉及的测点，进行完善的管理；根据客户方提供的计算公式和数据库中的值得到最终结果，并展示。

1.4 数据统计服务

数据统计服务依据时间段配置要求进行实时指标的统计计算，并将统计结果存入关系数据库相关表中，以便指标报表和指标对比分析使用。统计服务需要支持时间加权平均、容量加权平均、算术平均、累计、最大值、最小值、差值等统计类型；并支持不同时间段内统计的要求，如每分钟、每小时等。

2 系统功能

2.1 系统门户

系统提供强大的WEB浏览功能，对各类应用服务、参数、图形、报表、实时数据和历史数据等内容提供灵活和丰富的信息展示；任何被整合到系统中的信息都能以一定的方式进行浏览和查询；提供历史追溯与反演、断面查询等高级应用功能；为授权用户提供定制功能，可记录其对系统的使用习惯和实际个性化要求形成服务于特定用户的信息展示界面。

2.2 实时监控

利用海迅实时数据库平台的实时数据展示功能，通过门户系统实时监控浙江省电力行业下属火电企业实时运行状况，主要包括地理信息图（总览图）、实时监控界面两个主要部分。

电力地理位置标志在全省地图上，可以按地级市进行地图的缩放，点击电厂（电网）名称进入各电厂的基础资料子模块。

实时监控画面则根据实际需要，画出机组总图、汽轮机图、锅炉图、脱硫系统图和脱硝系统图，详见图4、图5。

2.3 趋势查询

利用海迅数据库自身的趋势查询工具，用户可根据自身需要定义曲线参数组合，将不同测点的数据的曲线放到同一个界面进行对比分析，并以不同颜色进行展示，颜色可自定义。

2.4 节能监管

利用海迅数据库自带的报表工具，在节能监管系统中，可以实现对全省发电机组按照不同的容量或负荷段对机组能耗指标进行分类统计；根据需要提供各种形式的排序（包括，时间段的选择，有开始时间和结束时间，负荷段，机组名称，指标项，机主类型，厂站名称，需要采样时间频率的设置等）。

2.5 减排监管

利用海迅数据自带的工具，可实现减排监管的基础信息、实时监控、曲线查询、实时报表和历史报表等功能；实时报表通过海迅实时数据库直接获取数据进行展现，历史报表通过海迅数据自带的计算服务提供的统计结果，依据用户对于报表时间要求进行查询展现。

2.6 线损统计

海迅实时数据自带的工具支持从省调获取日线损数据的导入导出，能够进行数据收集和整合，并展示和做到报表中。

3 系统创新点

在火力发电行业，由于各类生产运行系统的安全等级要求高，系统监控数据采样频率高，火力发电的各类生产运行系统大多采用实时数据库，并且多以国外进口为主。本系统以国产实时数据库为核心，基于数据库丰富的外围套件，搭建了一个功能强大，性能先进的实用系统，创新点如下：

⑴节能减排监管系统采用具有自主知识产权的海迅数据库，是首套国产实时数据库，符合国家安全标准。其优势包括：实时高速吞吐技术、高效的磁盘缓存技术、独创的混合压缩算法、灵活的复杂对象处理机制、跨平台部署等。

⑵节能减排监管系统利用海迅实时数据库平台的实时数据展示功能，可实时监控火电企业实时运行状况。提供准确的实时监控与历史查询，对各类应用服务、参数、图形、报表、实时数据和历史数据等内容提供灵活和丰富的信息展示。

⑶数据统計服务依据时间段配置要求进行实时指标的统计计算，并将统计结果存入关系数据库相关表中，以便指标报表和指标对比分析使用。

⑷针对节能监管、减排监管、综合分析、线损统计等业务功能提供统计报表服务，实时数据直接从海迅实时数据库中获取，统计数据由计算统计服务提供。各报表均提供多项选择条件，可根据需要进行条件设置，查看并导出结果页面。

4 结束语

党中央、国务院高度重视节能减排工作，多次召开会议进行部署，制定相关的法规、政策和标准。目前国内各行业节能减排监管的信息化手段较少，尤其是在国家提倡自主创新，大力提倡软硬件国产化的宏观背景下，本系统的实现对各行业的节能减排监管系统的国产化实现做了很好探索，树立了标杆作用。