基于SyncBASE實時數(shù)據(jù)庫的塔山SIS項目在2011年3月25日通過了中國電力企業(yè)聯(lián)合會的技術(shù)評審,且被評審委員會一致認為在性能和指標上達到了國內(nèi)水平,滿足大型發(fā)電廠的需求。本文將主要對塔山SIS項目中的創(chuàng)新和特色功能進行詳細說明。
塔山發(fā)電工程是國家實施“西電東送”的重點工程,規(guī)劃裝機容量為4×600MW,本期建設(shè)規(guī)模為2×600MW亞臨界、燃煤、空冷機組,配套建設(shè)煙氣除塵、脫硫設(shè)施。同煤大唐塔山發(fā)電有限責任公司為提高公司整體運作效率,明確各部門的規(guī)范協(xié)作職能,保證機組安全經(jīng)濟運行,經(jīng)詳細討論和認真比較后決定選用南京科遠公司的SIS系統(tǒng)并合作共同實施。
塔山SIS接入的過程控制系統(tǒng)為:#1機組DCS、#2機組DCS、全廠輔助車間控制系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、網(wǎng)控系統(tǒng)、廠用電監(jiān)視系統(tǒng)等。各接入系統(tǒng)詳情如下表所示,總的通訊點數(shù)規(guī)劃為35000點,現(xiàn)場實際點數(shù)32000點左右。
塔山SIS核心網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu),有利于接入系統(tǒng)的擴展,同時為了保證各個系統(tǒng)接入的安全性,各系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)不進行交匯,每個系統(tǒng)利用獨立光纖通道直接與SIS側(cè)的系統(tǒng)接口機相連。此外,塔山SIS系統(tǒng)與各過程控制系統(tǒng)之間、MIS系統(tǒng)之間均采用單向隔離網(wǎng)閘,來保證各個層次系統(tǒng)的安全性,符合國家對電力二次系統(tǒng)的安全防護規(guī)定。
塔山SIS系統(tǒng)功能如下圖所示,包含了數(shù)據(jù)采集、實時/歷史數(shù)據(jù)庫、SIS基本功能、SIS高級功能及B/S架構(gòu)的人機界面。
2、系統(tǒng)的創(chuàng)新與特色功能 與其他廠家實施的SIS系統(tǒng)相比,塔山SIS系統(tǒng)包含了許多創(chuàng)新與特色功能,下面從實時數(shù)據(jù)庫SyncBASE和SIS應(yīng)用功能兩個方面進行說明。
2.1 實時數(shù)據(jù)庫SyncBASE的創(chuàng)新
科遠自主研發(fā)的實時數(shù)據(jù)庫SyncBASE經(jīng)過多年的完善和改進,已*大型發(fā)電企業(yè)的需要,目前主要性能指標如下:
1) 數(shù)據(jù)刷新周期:<1秒,最小是200毫秒,*SIS的秒級應(yīng)用;
2) 數(shù)據(jù)采集速率:>20萬點/秒,理論上超過100萬點/秒,而大型火電企業(yè)總的測點數(shù)在10萬點左右;
3) 數(shù)據(jù)安全:支持冗余部署和歷史數(shù)據(jù)的自動備份;
4) 吞吐量:歷史查詢>20萬記錄/秒,數(shù)據(jù)存檔>100萬記錄/秒;
5) 壓縮方式:采用時間和空間二維壓縮機制,壓縮方法包括:死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮、霍夫曼壓縮等;
6) 存儲性能:對于1萬測點,每秒采集1次,采用無損壓縮(即只采用空間維度的壓縮),每年占用的磁盤空間在15G左右。若開啟死區(qū)壓縮算法和旋轉(zhuǎn)門壓縮算法,則磁盤占用空間小于10G。對于目前以TG計算的磁盤容量,可保存5~10年的在線歷史數(shù)據(jù)。
除了在性能指標上達到國內(nèi)水平外,SyncBASE與國內(nèi)外其他實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比,還有一系列的創(chuàng)新。
2.1.1 數(shù)據(jù)分類進行磁盤保存或者內(nèi)存暫存
目前國內(nèi)許多SIS項目都是不加選擇的將所有測點的歷史數(shù)據(jù)都保存下來。這樣做,雖然滿足了人們求大求全的心理,但存在一些缺點:
1) 因為點數(shù)多,為了限制歷史數(shù)據(jù)庫占用的磁盤空間,不得不降低測點的保存密度;
2) 突發(fā)事件附近,由于測點保存密度不高,難以還原真實場景;
3) 一些不需要長期保存的測點進行了歷史保存,既浪費空間又影響查詢速度。
SyncBASE根據(jù)多年電廠信息化項目實施的經(jīng)驗,將來自控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩類:
1) 一類是需要長期保存的數(shù)據(jù),這同其他實時數(shù)據(jù)庫是一致的;
2) 另一類僅短時間內(nèi)有用,不需要歷史保存或僅在某種條件下才進行歷史保存。
基于這種數(shù)據(jù)分類思想,在設(shè)計數(shù)據(jù)管理模型時,SyncBASE提供了兩種類型的數(shù)據(jù)記錄器(Logger):
1) 基于磁盤文件的數(shù)據(jù)記錄器;
將采集到的數(shù)據(jù)通過設(shè)定的壓縮策略后保存到磁盤文件上,用于歷史數(shù)據(jù)查詢,這也是SyncBASE實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)管理方式。
2) 基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)記錄器。
將采集到的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中,超出時間后的數(shù)據(jù)將自動刪除。由于不需要保存,因而可以設(shè)定較高的采集頻率,易于用戶對數(shù)據(jù)的詳細分析。此類數(shù)據(jù)記錄器,也可在某種時間(或條件)滿足時保存內(nèi)存中的數(shù)據(jù)到磁盤,用于高密度的數(shù)據(jù)回放。
2.1.2 基于事件(或條件)的數(shù)據(jù)歷史保存
SyncBASE提出基于事件(或條件)的數(shù)據(jù)歷史保存,并和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)歷史保存相結(jié)合,這樣既減小了數(shù)據(jù)的存儲量又實現(xiàn)了特殊事件發(fā)生時的數(shù)據(jù)高密度保存,從而保證特殊事件的精確數(shù)據(jù)回放,解決了其他數(shù)據(jù)庫的一些缺陷。
SyncBASE可以設(shè)定保存事件發(fā)生前后多長時間內(nèi)的數(shù)據(jù),用于精確的數(shù)據(jù)回放。同時提供了兩類的事件觸發(fā)器:一類是數(shù)據(jù)觸發(fā)器,例如測點值由true變?yōu)閒alse時觸發(fā);另一類是時間觸發(fā)器,在某一個設(shè)定的時刻到來時觸發(fā)事件。
2.1.3 基于時間和空間的二維壓縮算法
SyncBASE采用了數(shù)據(jù)的二維壓縮算法,在時間維度上,采用死區(qū)算法和旋轉(zhuǎn)門算法進行數(shù)據(jù)過濾,在空間維度上先根據(jù)測點類型進行一次壓縮,然后再用霍夫曼算法進行二次壓縮。其中,時間維度的壓縮是有損壓縮,而空間維度的壓縮是無損壓縮。時間維度的壓縮是可選的,而空間維度的壓縮是必須的,用戶無法干涉。
圖3 二維壓縮算法
SyncBASE采用的旋轉(zhuǎn)門壓縮算法與PI的旋轉(zhuǎn)門算法*不同,雖然名字一致,其原理如下圖所示。
圖4 旋轉(zhuǎn)門壓縮算法
旋轉(zhuǎn)門壓縮算法可簡單描述如下:A點為保存的點,與時間序列上其后的點,根據(jù)一定的誤差范圍,確定2條線A1B和A2B,與A1A2組成旋轉(zhuǎn)門;然后根據(jù)A、C點再畫2條線A1C和A2C,由于B點在這兩條線內(nèi),所以B點丟棄,新的旋轉(zhuǎn)門為A1C、A2C和A1A2組成;然后由A、D點畫出2條線A1D和A2D,這時,A1C、A2D和A1A2組成新的旋轉(zhuǎn)門(由于A1C、A2D平行,此時旋轉(zhuǎn)門開度),此時C點位于旋轉(zhuǎn)門內(nèi),所以C點也丟棄;然后再由A、E點確定兩條線A1E和A2E,由于E點位于旋轉(zhuǎn)門外,故保存其前一個點D,然后由D、E開始構(gòu)造新的旋轉(zhuǎn)門。
2.2 SIS系統(tǒng)應(yīng)用功能創(chuàng)新與特色
除了科遠自主研發(fā)的實時數(shù)據(jù)庫SyncBASE,塔山SIS的應(yīng)用功能上也存在許多創(chuàng)新和特色。
2.2.1 結(jié)合了熱力學與經(jīng)濟學分析的電廠運行優(yōu)化
傳統(tǒng)的電廠運行優(yōu)化分析以熱力學定律為基礎(chǔ),分析的基準是能量轉(zhuǎn)換過程中能量平衡,追求熱大化,而沒有考慮到電價、煤價等市場因素,因此不能做到效益或利潤的。而塔山SIS的運行優(yōu)化系統(tǒng)以能量價值理論為基礎(chǔ),分析的基準是發(fā)電廠在能量轉(zhuǎn)換過程中的能價增值,不僅考慮熱效率,同時考慮了電價、煤價等因素,追求效益、利潤,這是與傳統(tǒng)節(jié)能分析最根本的區(qū)別。塔山SIS的運行優(yōu)化系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)熱力學分析方法中的局限,把熱力學和經(jīng)濟學有機地結(jié)合在一起,以追求機組綜合經(jīng)濟效益為目標,為在市場經(jīng)濟條件下降低發(fā)電成本提供了有效途徑和分析準則。
以調(diào)峰優(yōu)化為例進行說明,調(diào)峰優(yōu)化需要確定不同負荷下的主汽壓力。以傳統(tǒng)優(yōu)化方式,僅考慮汽輪機的相對內(nèi)效率與循環(huán)熱效率的平衡,獲取汽輪機的內(nèi)效率。然而,塔山電廠機組給水泵采用電泵拖動,只考慮機組的內(nèi)效率是不全面的,因為機組在低負荷滑壓運行時,電動給水泵的耗功也隨著減少,廠用電率也下降,所以必須用綜合成本煤耗率來比較分析,才能確定更加合理的滑壓曲線。
塔山SIS運行優(yōu)化系統(tǒng)采用的工具是在線熱力實驗平臺,用戶經(jīng)培訓后可在該平臺上隨時進行各種優(yōu)化試驗。因為隨著機組運行時間的延長、煤種的改變、電煤價格的改變以及環(huán)境溫度的改變,優(yōu)化結(jié)果也會相應(yīng)的改變,因而優(yōu)化結(jié)果需要經(jīng)常進行維護。
2.2.2 純B/S結(jié)構(gòu)的矢量圖技術(shù)
本項目中所有過程控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面、整合多個系統(tǒng)的組合畫面都采用純B/S結(jié)構(gòu)的矢量圖技術(shù),而不像其他廠家采用靜態(tài)底圖或者安裝ActiveX控件,這樣畫面可自適應(yīng)不同大小的瀏覽器窗口,方便了用戶使用不同大小的顯示器。
除了自適應(yīng)窗口功能外,在矢量流程圖上還有其他特色:豐富的組態(tài)圖形庫;隨鼠標移動,可動態(tài)顯示測點的上下限、報警點、地址等信息;工況回放功能;畫面刷新速度小于2秒;自由的歷史曲線查詢等。
圖5 純B/S結(jié)構(gòu)的矢量圖
2.2.3 所見即所得的綜合報表平臺
塔山SIS的綜合報表平臺具有“所見即所得”的特色,系統(tǒng)維護人員可根據(jù)需要定制各種報表,如根據(jù)班、值配置日報、月報、年報等。報表數(shù)據(jù)可來自歷史數(shù)據(jù)庫,也可來自外部數(shù)據(jù),如手工錄入數(shù)據(jù)、文本性數(shù)據(jù)等。此外,報表平臺還提供了二次統(tǒng)計功能,如固定時間的值、某時段內(nèi)平均值、某時段內(nèi)或最小值、某時段內(nèi)的累計值等等,方便用戶自由的組織報表。
圖6 所見即所得的綜合報表示例
2.2.4 對標管理
對標管理是一種行之有效的管理方式,在電廠管理方面,對標就是對比找差距。推行對標管理,就是要把企業(yè)的目光緊緊盯住業(yè)界水平,明確自身與業(yè)界的差距,從而指明了工作的總體方向。除了是業(yè)界的水平以外,還可以將企業(yè)自身的水平作為內(nèi)部,通過與自身相比較,可以增強自信,不斷超越自我,從而能更有效地推動企業(yè)向業(yè)界水平靠齊。
目前,對標管理已開始在大型火電廠進行推廣,塔山SIS項目也實施了對標管理功能,根據(jù)設(shè)定的值和劃分的不同區(qū)間對運行人員的運行過程進行評分并排名,為員工的績效評估提供依據(jù)。
圖7 實時對標管理界面
3 、結(jié)論
基于SyncBASE實時數(shù)據(jù)庫的塔山SIS項目作為科遠公司實施的大型火電廠SIS系統(tǒng)之一,*體現(xiàn)了科遠公司開發(fā)的SIS系統(tǒng)的創(chuàng)新性和特色功能。正如中電聯(lián)專家們的評審意見,科遠公司開發(fā)的實時數(shù)據(jù)庫SyncBASE及SIS系統(tǒng)已達到了國內(nèi)水平,*值得在大型火電廠推廣應(yīng)用。
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