塔电SIS项目的创新与特色功能_SyncBASE_实时数据库

塔电SIS项目的创新与特色功能

2011/12/7 9:39:59

文章作者：科远股份/软件事业部/吴生辉

基于SyncBASE实时数据库的塔山SIS项目在2011年3月25日通过了中国电力企业联合会的技术评审，且被评审委员会一致认为在性能和指标上达到了国内领先水平，满足大型发电厂的需求。本文将主要对塔山SIS项目中的创新和特色功能进行详细说明。

1、项目概况

塔山发电工程是国家实施“西电东送”的重点工程，规划装机容量为4×600MW，本期建设规模为2×600MW亚临界、燃煤、空冷机组，配套建设烟气除尘、脱硫设施。同煤大唐塔山发电有限责任公司为提高公司整体运作效率，明确各部门的规范协作职能，保证机组安全经济运行，经详细讨论和认真比较后决定选用南京科远公司的SIS系统并合作共同实施。

1.1 接入的过程控制系统

塔山SIS接入的过程控制系统为：#1机组DCS、#2机组DCS、全厂辅助车间控制系统、脱硫系统、网控系统、厂用电监视系统等。各接入系统详情如下表所示，总的通讯点数规划为35000点，现场实际点数32000点左右。

表1 塔山SIS接入的过程控制系统

序号	名称	供应商	接入方式	接口类型	通讯点数
1	#1机组(600MW )DCS	上海西屋	光纤	远程OPC	10000
2	#2机组(600MW )DCS	上海西屋	光纤	远程OPC	10000
3	全厂辅助车间控制系统	南京科远	光纤	Fix32	8000
4	脱硫系统	上海西屋	光纤	远程OPC	2700
5	网控系统（NCS）	国电南自	光纤	远程OPC	1500
6	厂用电监控系统（ECS）	东大能发	光纤	104规约	2500

1.2 网络拓扑结构

塔山SIS核心网络为星型结构，有利于接入系统的扩展，同时为了保证各个系统接入的安全性，各系统之间网络不进行交汇，每个系统利用独立光纤通道直接与SIS侧的系统接口机相连。此外，塔山SIS系统与各过程控制系统之间、MIS系统之间均采用单向隔离网闸，来保证各个层次系统的安全性，符合国家对电力二次系统的安全防护规定。

图1 塔山SIS网络拓扑图

1.3 系统功能

塔山SIS系统功能如下图所示，包含了数据采集、实时/历史数据库、SIS基本功能、SIS高级功能及B/S架构的人机界面。

图2 塔山SIS系统功能

2、系统的创新与特色功能

与其他厂家实施的SIS系统相比，塔山SIS系统包含了许多创新与特色功能，下面从实时数据库SyncBASE和SIS应用功能两个方面进行说明。

2.1 实时数据库SyncBASE的创新

科远自主研发的实时数据库SyncBASE经过多年的完善和改进，已完全满足大型发电企业的需要，目前主要性能指标如下：

1) 数据刷新周期：＜1秒，最小是200毫秒，完全满足SIS的秒级应用；

2) 数据采集速率：>20万点/秒，理论上超过100万点/秒，而大型火电企业总的测点数在10万点左右；

3) 数据安全：支持冗余部署和历史数据的自动备份；

4) 吞吐量：历史查询>20万记录/秒，数据存档>100万记录/秒；

5) 压缩方式：采用时间和空间二维压缩机制，压缩方法包括：死区压缩、旋转门压缩、霍夫曼压缩等；

6) 存储性能：对于1万测点，每秒采集1次，采用无损压缩（即只采用空间维度的压缩），每年占用的磁盘空间在15G左右。若开启死区压缩算法和旋转门压缩算法，则磁盘占用空间小于10G。对于目前以TG计算的磁盘容量，可保存5~10年的在线历史数据。

除了在性能指标上达到国内领先水平外，SyncBASE与国内外其他实时数据库系统相比，还有一系列的创新。

2.1.1 数据分类进行磁盘保存或者内存暂存

目前国内许多SIS项目都是不加选择的将所有测点的历史数据都保存下来。这样做，虽然满足了人们求大求全的心理，但存在一些缺点：

1) 因为点数多，为了限制历史数据库占用的磁盘空间，不得不降低测点的保存密度；

2) 突发事件附近，由于测点保存密度不高，难以还原真实场景；

3) 一些不需要长期保存的测点进行了历史保存，既浪费空间又影响查询速度。

SyncBASE根据多年电厂信息化项目实施的经验，将来自控制系统的数据分为两类：

1) 一类是需要长期保存的数据，这同其他实时数据库是一致的；

2) 另一类仅短时间内有用，不需要历史保存或仅在某种条件下才进行历史保存。

基于这种数据分类思想，在设计数据管理模型时，SyncBASE提供了两种类型的数据记录器（Logger）：

1) 基于磁盘文件的数据记录器；

将采集到的数据通过设定的压缩策略后保存到磁盘文件上，用于历史数据查询，这也是SyncBASE实时数据库中最常用的数据管理方式。

2) 基于内存的数据记录器。

将采集到的数据保存到内存中，超出指定时间后的数据将自动删除。由于不需要保存，因而可以设定较高的采集频率，易于用户对数据的详细分析。此类数据记录器，也可在某种时间（或条件）满足时保存内存中的数据到磁盘，用于高密度的数据回放。

2.1.2 基于事件（或条件）的数据历史保存

SyncBASE提出基于事件（或条件）的数据历史保存，并和传统的数据历史保存相结合，这样既减小了数据的存储量又实现了特殊事件发生时的数据高密度保存，从而保证特殊事件的精确数据回放，解决了其他数据库的一些缺陷。

SyncBASE可以设定保存事件发生前后多长时间内的数据，用于精确的数据回放。同时提供了两类的事件触发器：一类是数据触发器，例如测点值由true变为false时触发；另一类是时间触发器，在某一个设定的时刻到来时触发事件。

2.1.3 基于时间和空间的二维压缩算法

SyncBASE采用了数据的二维压缩算法，在时间维度上，采用死区算法和旋转门算法进行数据过滤，在空间维度上先根据测点类型进行一次压缩，然后再用霍夫曼算法进行二次压缩。其中，时间维度的压缩是有损压缩，而空间维度的压缩是无损压缩。时间维度的压缩是可选的，而空间维度的压缩是必须的，用户无法干涉。

图3 二维压缩算法

SyncBASE采用的旋转门压缩算法与PI的旋转门算法完全不同，虽然名字一致，其原理如下图所示。

图4 旋转门压缩算法

旋转门压缩算法可简单描述如下：A点为保存的点，与时间序列上其后的点，根据一定的误差范围，确定2条线A1B和A2B，与A1A2组成旋转门；然后根据A、C点再画2条线A1C和A2C，由于B点在这两条线内，所以B点丢弃，新的旋转门为A1C、A2C和A1A2组成；然后由A、D点画出2条线A1D和A2D，这时，A1C、A2D和A1A2组成新的旋转门（由于A1C、A2D平行，此时旋转门开度最大），此时C点位于旋转门内，所以C点也丢弃；然后再由A、E点确定两条线A1E和A2E，由于E点位于旋转门外，故保存其前一个点D，然后由D、E开始构造新的旋转门。

2.2 SIS系统应用功能创新与特色

除了科远自主研发的实时数据库SyncBASE，塔山SIS的应用功能上也存在许多创新和特色。

2.2.1 结合了热力学与经济学分析的电厂运行优化

传统的电厂运行优化分析以热力学第一定律为基础，分析的基准是能量转换过程中能量平衡，追求热效率最大化，而没有考虑到电价、煤价等市场因素，因此不能做到效益或利润的最大化。而塔山SIS的运行优化系统以能量价值理论为基础，分析的基准是发电厂在能量转换过程中的能价增值，不仅考虑热效率，同时考虑了电价、煤价等因素，追求效益、利润最大化，这是与传统节能分析最根本的区别。塔山SIS的运行优化系统克服了传统热力学分析方法中的局限，把热力学和经济学有机地结合在一起，以追求机组综合经济效益最大化为目标，为在市场经济条件下降低发电成本提供了有效途径和分析准则。

以调峰优化为例进行说明，调峰优化需要确定不同负荷下的最佳主汽压力。以传统优化方式，仅考虑汽轮机的相对内效率与循环热效率的平衡，获取汽轮机最佳的绝对内效率。然而，塔山电厂机组给水泵采用电泵拖动，只考虑机组的绝对内效率是不全面的，因为机组在低负荷滑压运行时，电动给水泵的耗功也随着减少，厂用电率也下降，所以必须用综合成本煤耗率来比较分析，才能确定更加合理的滑压曲线。

塔山SIS运行优化系统采用的工具是在线热力实验平台，用户经培训后可在该平台上随时进行各种优化试验。因为随着机组运行时间的延长、煤种的改变、电煤价格的改变以及环境温度的改变，优化结果也会相应的改变，因而优化结果需要经常进行维护。

2.2.2 纯B/S结构的矢量图技术

本项目中所有过程控制系统的监控画面、整合多个系统的组合画面都采用纯B/S结构的矢量图技术，而不像其他厂家采用静态底图或者安装ActiveX控件，这样画面可自适应不同大小的浏览器窗口，方便了用户使用不同大小的显示器。

除了自适应窗口功能外，在矢量流程图上还有其他特色：丰富的组态图形库；随鼠标移动，可动态显示测点的上下限、报警点、地址等信息；工况回放功能；画面刷新速度小于2秒；自由的历史曲线查询等。

图5 纯B/S结构的矢量图

2.2.3 所见即所得的综合报表平台

塔山SIS的综合报表平台具有“所见即所得”的特色，系统维护人员可根据需要定制各种报表，如根据班、值配置日报、月报、年报等。报表数据可来自历史数据库，也可来自外部数据，如手工录入数据、文本性数据等。此外，报表平台还提供了二次统计功能，如固定时间的值、某时段内平均值、某时段内最大或最小值、某时段内的累计值等等，方便用户自由的组织报表。

图6 所见即所得的综合报表示例

2.2.4 对标管理

对标管理是一种行之有效的管理方式，在电厂管理方面，对标就是对比标杆找差距。推行对标管理，就是要把企业的目光紧紧盯住业界最好水平，明确自身与业界最佳的差距，从而指明了工作的总体方向。标杆除了是业界的最好水平以外，还可以将企业自身的最好水平作为内部标杆，通过与自身相比较，可以增强自信，不断超越自我，从而能更有效地推动企业向业界最好水平靠齐。

目前，对标管理已开始在大型火电厂进行推广，塔山SIS项目也实施了对标管理功能，根据设定的标杆值和划分的不同区间对运行人员的运行过程进行评分并排名，为员工的绩效评估提供依据。