實時數(shù)據(jù)庫壓縮死區(qū)的研究

王亞坤，曾德良，黃嘯彬

（華北電力大學(xué)控制與計算機(jī)工程學(xué)院，河北保定071003）

0 引言

實時數(shù)據(jù)庫平臺是實現(xiàn)電廠管控一體化的橋梁，是廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) (SIS)的核心部分，是電力企業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實時數(shù)據(jù)庫在SIS系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是SIS系統(tǒng)存貯數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。實時數(shù)據(jù)庫是一種特殊類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，但有許多與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存在差異，核心就是對大量的實時信息進(jìn)行處理，由于成年累月的數(shù)據(jù)將占據(jù)大量的硬盤空間。一個新建300 MW的火電廠的SIS系統(tǒng)，需要處理的測點數(shù)超過了10 000點，這些測點的變化周期通常在1 s之內(nèi)，也就是說，需要將超過10 000點的數(shù)據(jù)在1 s之內(nèi)保存到數(shù)據(jù)庫中。例如系統(tǒng)每1 s存儲1次，每次單點占用8個字節(jié)，那么保存10年的數(shù)據(jù)量將有10 000×8×10×365×86 400=25 228 800 000 000字節(jié)，也就是 23TGB，若用1TGB的硬盤存放，需要存放23塊硬盤。所以數(shù)據(jù)壓縮尤為必要。實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)變化具有一定波形規(guī)律：工業(yè)實時數(shù)據(jù)中，只有一小部分測點的值經(jīng)常發(fā)生改變，工業(yè)實時數(shù)據(jù)中很多測點的數(shù)值都具有慢變化的特征，數(shù)值變化與時間變化具有共同變化特性，用戶在一定范圍內(nèi)，能夠允許數(shù)據(jù)的精度損失。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，常用的壓縮算法分為3類：無損壓縮、有損壓縮、二級壓縮，其中無損壓縮中常用的是例外報告技術(shù)。然而例外報告中的死區(qū)設(shè)置比較困難，總是憑借經(jīng)驗來手動設(shè)定壓縮死區(qū)，不具有科學(xué)依據(jù)。本文主要就此問題進(jìn)行了研究，并且以某個溫度信號為例，通過大量的數(shù)據(jù)分析，找出數(shù)據(jù)的動態(tài)特點，給出壓縮設(shè)置的準(zhǔn)則。

1 數(shù)據(jù)來源

康派是北京華電天仁公司開發(fā)的SIS軟件，目前在數(shù)個電廠里得到了應(yīng)用。本文取一個典型信號進(jìn)行了研究。在康派SIS系統(tǒng)組態(tài)畫面里找出一個典型溫度信號，即省煤器蒸汽溫度，數(shù)據(jù)庫點名是ZSDC2.U3DAPUSH.DA001318（eDNA 數(shù)據(jù)庫點名字）。圖1是原始數(shù)據(jù)的曲線圖，時間段是20081001 00T00:00～20081201T00:00:00，總共2個月的時間，數(shù)據(jù)個數(shù)是85 248個，溫度范圍基本在240～280℃。

圖1 原始數(shù)據(jù)曲線圖Fig.1 Curve of original data

2 數(shù)據(jù)分析過程

2.1 例外報告技術(shù)簡介

例外報告是用來提供當(dāng)前值的，它和采集數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。所有的控制系統(tǒng)和儀器都會產(chǎn)生“無用數(shù)據(jù)”。

例外報告的目的，就是將控制系統(tǒng)中的“無用數(shù)據(jù)”過濾掉，而只引進(jìn)有意義的過程數(shù)據(jù)值。例外偏移量、最小時間限定和最大時間限定都是可調(diào)整的參數(shù)，需要客戶方的過程工程和控制、儀器工程人員憑借知識和經(jīng)驗來設(shè)定每個Ta測點適當(dāng)?shù)拿^(qū)寬度。最小時間限定，消除了由一個快速振蕩的測點所產(chǎn)生的大量的例外報告，而最大時間限定，則用于網(wǎng)絡(luò)本身證明傳輸節(jié)點還處于活動狀態(tài)，而并沒有掉線所用。例外偏移量以上一個值為基準(zhǔn)定義上下波動的一個死區(qū)，超出死區(qū)的數(shù)值才通過壓縮測試，通過后進(jìn)行存儲并且作為下一個值的基準(zhǔn)。下面給出了例外報告的部分代碼（VC++）：

/////////////////例外報告處理

if(fabs(temp_timestart-StringToUTCTime((const char*)szTime))

else{if(fabs(temp_timestart-StringToUTCTime((const char*)szTime))>reportdlg.Get_ExcMax)

{

null_fill(szTime,sizeof(szTime));

null_fill(szStatus,sizeof(szStatus));

strMessage.Format("%f,%s,%s,%d",dValue,szTime,szStatus,count_data);

m_lbResult_process.AddString(strMessage);

temp=dValue;

temp_timestart=StringToUTCTime((constchar*)

szTime);}

else{

if(fabs(temp-dValue)>reportdlg.Get_

ExcDev){

null_fill(szTime,sizeof(szTime));

null_fill(szStatus,sizeof(szStatus));

strMessage.Format("%f,%s,%s,%d",dValue,szTime,szStatus,count_data);

m_lbResult_process.AddString(strMessage);

temp=dValue;

temp_timestart=StringToUTCTime((constchar*)

szTime);}

else{}}}/////////////////例外報告處理

圖2 例外報告原理示意圖Fig.2 Interface of data analysis software

2.2 編寫軟件實現(xiàn)取數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理

在此根據(jù)數(shù)據(jù)庫給出的DLL，編寫相關(guān)軟件，程序由VC++6.0實現(xiàn)。完成從數(shù)據(jù)庫取數(shù)據(jù)，并且在線完成數(shù)據(jù)分析。所有數(shù)據(jù)均來自于山西漳山電廠。

軟件完成了從 eDNA數(shù)據(jù)庫里將原始數(shù)據(jù)取出，并且通過例外報告技術(shù)進(jìn)行處理，完成后對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。把漳山電廠2個月的數(shù)據(jù)分成3種時間段進(jìn)行分析，從10月1日到10月11日總共10 d進(jìn)行分析，分別設(shè)立相應(yīng)的壓縮死區(qū)，得出數(shù)據(jù)分析表，共15個。同樣的從10月1日～11月1日30 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從10月1日～12月1日進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，各自得出15個表。表1是分析10 d數(shù)據(jù)時死區(qū)為0.01的測試結(jié)果。

表 2是壓縮死區(qū)設(shè)置為 0.01（30 d）和 0.5（60 d）時的測試結(jié)果。通過編寫的軟件分別設(shè)置不同的壓縮死區(qū)，根據(jù)實際電廠運行數(shù)據(jù)，得出不同壓縮死區(qū)情況下相應(yīng)的壓縮率是多少。將45個匯總表格中的死區(qū)設(shè)置和壓縮率進(jìn)行單獨匯總。匯總成數(shù)據(jù)結(jié)果分析表，如表3所示。

表1 例外報告壓縮死區(qū)（10 d）Tab.1 Deadzoneofexceptionreportcompression(10d)

表2 例外報告壓縮死區(qū)（30 d）Tab.2 Deadzoneofexceptionreportcompression(30d)

表3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析匯總表Tab.3 Data analysis summary

2.3 繪制表格進(jìn)行結(jié)果分析

由表2里的數(shù)據(jù)信息，以壓縮死區(qū)為橫軸，壓縮率為縱軸，得到10 d，30 d，60 d 3種時間情況下的死區(qū)—壓縮率曲線圖（如圖 3）。分別以 3種不同顏色代表3種時間情況下的統(tǒng)計結(jié)果。

圖3 死區(qū)—壓縮率曲線Fig.3 Dead zone-compression ratio curve

圖中曲線表明，在60 d的運行數(shù)據(jù)中，3種時間間隔下的統(tǒng)計結(jié)果基本上是一致的，沒有較大的差異。壓縮死區(qū)的設(shè)立，效果最好的都體現(xiàn)在了0.01～0.5℃之間，壓縮率從5%～80%左右的區(qū)間里，這時候的溫度差比起85 248個電廠原始數(shù)據(jù)的平均值251.529 177℃共最大不超過4℃，數(shù)據(jù)基本能滿足電廠日常維護(hù)、研究等應(yīng)用。根據(jù)實際需要，通過死區(qū)—壓縮率曲線圖，設(shè)置相應(yīng)的壓縮死區(qū)。而按照經(jīng)驗性的設(shè)置為數(shù)據(jù)點值的1%～1.5%不合適，因為1%也是有2.5℃的，然而按照研究的曲線表面在0.01～0.5℃范圍內(nèi)即取得了較好的壓縮效果。

3 結(jié)語

現(xiàn)代新電廠規(guī)模越來越大，控制也越復(fù)雜，測點也在迅速增加，數(shù)據(jù)特性的研究顯得尤為必要。結(jié)合數(shù)據(jù)本身的特點，設(shè)置合適的壓縮死區(qū)，解決數(shù)據(jù)的壓縮精度和存儲數(shù)據(jù)量的平衡問題是本文研究的核心。介紹了一種電廠信號的分析過程測試結(jié)果及其結(jié)果的分析。電廠的數(shù)據(jù)種類繁多，溫度、壓力、流量、閥門開度等，各種信號本身有著不同的數(shù)據(jù)特性，即使是溫度信號也擁有包括高溫信號、低溫信號、快變信號和慢變信號，其各自的數(shù)據(jù)特性也有較大差異。今后對火電廠信號進(jìn)行分類研究，找出不同信號的數(shù)據(jù)特性，為壓縮死區(qū)的設(shè)置提供一個科學(xué)的依據(jù)。

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