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文章作者：科遠股份/軟件事業部/吳生輝
基于SyncBASE實時數據庫的塔山SIS項目在2011年3月25日通過了中國電力企業聯合會的技術評審，且被評審委員會一致認為在性能和指標上達到了國內水平，滿足大型發電廠的需求。本文將主要對塔山SIS項目中的創新和特色功能進行詳細說明。
1、項目概況
塔山發電工程是國家實施“西電東送”的重點工程，規劃裝機容量為4×600MW，本期建設規模為2×600MW亞臨界、燃煤、空冷機組，配套建設煙氣除塵、脫硫設施。同煤大唐塔山發電有限責任公司為提高公司整體運作效率，明確各部門的規范協作職能，保證機組安全經濟運行，經詳細討論和認真比較后決定選用南京科遠公司的SIS系統并合作共同實施。
1.1 接入的過程控制系統
塔山SIS接入的過程控制系統為：#1機組DCS、#2機組DCS、全廠輔助車間控制系統、脫硫系統、網控系統、廠用電監視系統等。各接入系統詳情如下表所示，總的通訊點數規劃為35000點，現場實際點數32000點左右。
表1 塔山SIS接入的過程控制系統
序號 | 名稱 | 供應商 | 接入方式 | 接口類型 | 通訊點數 |
1 | #1機組(600MW )DCS | 上海西屋 | 光纖 | 遠程OPC | 10000 |
2 | #2機組(600MW )DCS | 上海西屋 | 光纖 | 遠程OPC | 10000 |
3 | 全廠輔助車間控制系統 | 南京科遠 | 光纖 | Fix32 | 8000 |
4 | 脫硫系統 | 上海西屋 | 光纖 | 遠程OPC | 2700 |
5 | 網控系統（NCS） | 國電南自 | 光纖 | 遠程OPC | 1500 |
6 | 廠用電監控系統（ECS） | 東大能發 | 光纖 | 104規約 | 2500 |
1.2 網絡拓撲結構
塔山SIS核心網絡為星型結構，有利于接入系統的擴展，同時為了保證各個系統接入的安全性，各系統之間網絡不進行交匯，每個系統利用獨立光纖通道直接與SIS側的系統接口機相連。此外，塔山SIS系統與各過程控制系統之間、MIS系統之間均采用單向隔離網閘，來保證各個層次系統的安全性，符合國家對電力二次系統的安全防護規定。
圖1 塔山SIS網絡拓撲圖
1.3 系統功能
塔山SIS系統功能如下圖所示，包含了數據采集、實時/歷史數據庫、SIS基本功能、SIS高級功能及B/S架構的人機界面。
圖2 塔山SIS系統功能
2、系統的創新與特色功能 
與其他廠家實施的SIS系統相比，塔山SIS系統包含了許多創新與特色功能，下面從實時數據庫SyncBASE和SIS應用功能兩個方面進行說明。
2.1 實時數據庫SyncBASE的創新
科遠自主研發的實時數據庫SyncBASE經過多年的完善和改進，已*大型發電企業的需要，目前主要性能指標如下：
1) 數據刷新周期：＜1秒，最小是200毫秒，*SIS的秒級應用；
2) 數據采集速率：>20萬點/秒，理論上超過100萬點/秒，而大型火電企業總的測點數在10萬點左右；
3) 數據安全：支持冗余部署和歷史數據的自動備份；
4) 吞吐量：歷史查詢>20萬記錄/秒，數據存檔>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：死區壓縮、旋轉門壓縮、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。若開啟死區壓縮算法和旋轉門壓縮算法，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年的在線歷史數據。
除了在性能指標上達到國內水平外，SyncBASE與國內外其他實時數據庫系統相比，還有一系列的創新。
2.1.1 數據分類進行磁盤保存或者內存暫存
目前國內許多SIS項目都是不加選擇的將所有測點的歷史數據都保存下來。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) 因為點數多，為了限制歷史數據庫占用的磁盤空間，不得不降低測點的保存密度；
2) 突發事件附近，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根據多年電廠信息化項目實施的經驗，將來自控制系統的數據分為兩類：
1) 一類是需要長期保存的數據，這同其他實時數據庫是一致的；
2) 另一類僅短時間內有用，不需要歷史保存或僅在某種條件下才進行歷史保存。
基于這種數據分類思想，在設計數據管理模型時，SyncBASE提供了兩種類型的數據記錄器（Logger）：
1) 基于磁盤文件的數據記錄器；
將采集到的數據通過設定的壓縮策略后保存到磁盤文件上，用于歷史數據查詢，這也是SyncBASE實時數據庫中的數據管理方式。
2) 基于內存的數據記錄器。
將采集到的數據保存到內存中，超出時間后的數據將自動刪除。由于不需要保存，因而可以設定較高的采集頻率，易于用戶對數據的詳細分析。此類數據記錄器，也可在某種時間（或條件）滿足時保存內存中的數據到磁盤，用于高密度的數據回放。
2.1.2 基于事件（或條件）的數據歷史保存
SyncBASE提出基于事件（或條件）的數據歷史保存，并和傳統的數據歷史保存相結合，這樣既減小了數據的存儲量又實現了特殊事件發生時的數據高密度保存，從而保證特殊事件的精確數據回放，解決了其他數據庫的一些缺陷。
SyncBASE可以設定保存事件發生前后多長時間內的數據，用于精確的數據回放。同時提供了兩類的事件觸發器：一類是數據觸發器，例如測點值由true變為false時觸發；另一類是時間觸發器，在某一個設定的時刻到來時觸發事件。
2.1.3 基于時間和空間的二維壓縮算法
SyncBASE采用了數據的二維壓縮算法，在時間維度上，采用死區算法和旋轉門算法進行數據過濾，在空間維度上先根據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采用的旋轉門壓縮算法與PI的旋轉門算法*不同，雖然名字一致，其原理如下圖所示。
圖4 旋轉門壓縮算法
旋轉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，根據一定的誤差范圍，確定2條線A1B和A2B，與A1A2組成旋轉門；然后根據A、C點再畫2條線A1C和A2C，由于B點在這兩條線內，所以B點丟棄，新的旋轉門為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組成新的旋轉門（由于A1C、A2D平行，此時旋轉門開度），此時C點位于旋轉門內，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點位于旋轉門外，故保存其前一個點D，然后由D、E開始構造新的旋轉門。
2.2 SIS系統應用功能創新與特色
除了科遠自主研發的實時數據庫SyncBASE，塔山SIS的應用功能上也存在許多創新和特色。
2.2.1 結合了熱力學與經濟學分析的電廠運行優化
傳統的電廠運行優化分析以熱力學定律為基礎，分析的基準是能量轉換過程中能量平衡，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的運行優化系統以能量價值理論為基礎，分析的基準是發電廠在能量轉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，這是與傳統節能分析最根本的區別。塔山SIS的運行優化系統克服了傳統熱力學分析方法中的局限，把熱力學和經濟學有機地結合在一起，以追求機組綜合經濟效益為目標，為在市場經濟條件下降低發電成本提供了有效途徑和分析準則。
以調峰優化為例進行說明，調峰優化需要確定不同負荷下的主汽壓力。以傳統優化方式，僅考慮汽輪機的相對內效率與循環熱效率的平衡，獲取汽輪機的內效率。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運行優化系統采用的工具是在線熱力實驗平臺，用戶經培訓后可在該平臺上隨時進行各種優化試驗。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境溫度的改變，優化結果也會相應的改變，因而優化結果需要經常進行維護。
2.2.2 純B/S結構的矢量圖技術
本項目中所有過程控制系統的監控畫面、整合多個系統的組合畫面都采用純B/S結構的矢量圖技術，而不像其他廠家采用靜態底圖或者安裝ActiveX控件，這樣畫面可自適應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。
除了自適應窗口功能外，在矢量流程圖上還有其他特色：豐富的組態圖形庫；隨鼠標移動，可動態顯示測點的上下限、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結構的矢量圖
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，系統維護人員可根據需要定制各種報表，如根據班、值配置日報、月報、年報等。報表數據可來自歷史數據庫，也可來自外部數據，如手工錄入數據、文本性數據等。此外，報表平臺還提供了二次統計功能，如固定時間的值、某時段內平均值、某時段內或最小值、某時段內的累計值等等，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，就是要把企業的目光緊緊盯住業界水平，明確自身與業界的差距，從而指明了工作的總體方向。除了是業界的水平以外，還可以將企業自身的水平作為內部，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向業界水平靠齊。
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，根據設定的值和劃分的不同區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。
圖7 實時對標管理界面
3 、結論
基于SyncBASE實時數據庫的塔山SIS項目作為科遠公司實施的大型火電廠SIS系統之一，*體現了科遠公司開發的SIS系統的創新性和特色功能。正如中電聯專家們的評審意見，科遠公司開發的實時數據庫SyncBASE及SIS系統已達到了國內水平，*值得在大型火電廠推廣應用。
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