節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的構建與實現(xiàn)

周升，曹祥飛，楊銀霞，應劍

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.江蘇瑞中數(shù)據(jù)股份有限公司，南京210009）

電力信息化

節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的構建與實現(xiàn)

周升1，曹祥飛2，楊銀霞2，應劍1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.江蘇瑞中數(shù)據(jù)股份有限公司，南京210009）

浙江省電力行業(yè)節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心基于海迅實時數(shù)據(jù)平臺開發(fā)，實現(xiàn)了豐富的業(yè)務應用功能，有效地消除了發(fā)電廠、業(yè)務部門及監(jiān)管部門等各個信息孤島的信息隔閡，高效、快速、方便地接入、存取發(fā)電廠的節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)。簡要分析海迅數(shù)據(jù)平臺的特點，提出節(jié)能減排數(shù)據(jù)中心的技術架構，介紹基于實時數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)的應用要點。

海迅數(shù)據(jù)平臺；節(jié)能減排；實時數(shù)據(jù)中心

0 引言

隨著浙江省電力行業(yè)節(jié)能減排工作的逐步推進，積累了大量實時數(shù)據(jù)，繼而沉淀形成海量歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是發(fā)電廠節(jié)能減排優(yōu)化和監(jiān)管的重要基礎。在此背景下，建立節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心，可滿足電力節(jié)能減排系統(tǒng)所需的海量歷史、實時數(shù)據(jù)存儲需求，提供標準化數(shù)據(jù)接入、訪問方式，規(guī)范數(shù)據(jù)接入訪問流程、擴大數(shù)據(jù)中心的存儲容量，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理；實現(xiàn)發(fā)電廠、業(yè)務部門和監(jiān)管部門之間歷史、實時數(shù)據(jù)的整合、共享，為挖掘歷史、實時數(shù)據(jù)潛在利用價值提供數(shù)據(jù)基礎。為實施有效、長效管理與決策提供數(shù)據(jù)支撐平臺，通過建立節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心，可實時監(jiān)視火力發(fā)電機組的運行能耗、排放、電網(wǎng)線損情況，為節(jié)能減排目標的制定提供決策依據(jù)。

因原有浙江省統(tǒng)調(diào)發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心平臺上報數(shù)據(jù)量較少、采樣間隔較長等特點，無法滿足現(xiàn)有節(jié)能減排監(jiān)管要求。為全面、準確、實時地掌握浙江省電力行業(yè)節(jié)能減排的具體動態(tài)，更好地進行有效決策和監(jiān)管，建設功能完善、傳輸穩(wěn)定的基于海迅數(shù)據(jù)平臺的節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心顯得十分重要。

1 海迅數(shù)據(jù)庫的主要技術特點

海迅實時數(shù)據(jù)平臺管理系統(tǒng)是進行海量實時/歷史信息處理的專業(yè)平臺，實現(xiàn)海量實時數(shù)據(jù)的自動采集、歷史數(shù)據(jù)的壓縮存儲、高效的查詢檢索和統(tǒng)計分析，能夠在線存儲數(shù)百萬甚至上千萬采集點的歷史數(shù)據(jù)，采集分辨率可達微秒[1]。

主要技術優(yōu)勢包括如下幾點：

（1）采用分布式體系架構，支持跨地域的集團化多站點部署方案[2]；

（2）擁有高性能并行計算技術，通過高速緩存、分塊文件映射、優(yōu)化的B+樹索引等方法，達到高速數(shù)據(jù)吞吐；

（3）采用混合壓縮方式，大大增強應用選擇的靈活性[3]；

（4）平臺可通過高速緩存技術[4]，在內(nèi)存中構建1條或多條業(yè)務流，按照規(guī)定策略存儲到文件系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化；

（5）集組態(tài)工具、報表工具、集成管理平臺、門戶系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫與高性能通信為一體。

2 實時數(shù)據(jù)中心的設計

2.1 實時數(shù)據(jù)中心的技術架構

圖1給出了節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的技術架構，自下而上依次為物理架構、存儲架構和服務架構，安全架構則貫穿了整個邏輯架構。

圖1 節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心技術架構

（1）物理架構指為節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心提供硬件支撐的信息基礎設施以及它們之間的拓撲結構，硬件基礎設施包括平臺主機、網(wǎng)絡設備和存儲設備等。

（2）存儲架構指節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲方式，包括群集數(shù)據(jù)庫和存儲載體。節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的存儲載體包括海迅數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫兩部分。在本架構設計中，由于測點規(guī)模達到數(shù)百萬甚至上億（對于二級部署而言），單個海迅數(shù)據(jù)庫往往不能滿足數(shù)據(jù)規(guī)模的需求。因此，采用將多個海迅數(shù)據(jù)庫進行聯(lián)合部署的方案，從而實現(xiàn)所謂“群集數(shù)據(jù)庫”。

（3）服務架構指節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心提供的標準、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問服務和數(shù)據(jù)接入服務，二次開發(fā)接口以及支撐分析輔助決策類綜合應用的支撐工具。通過這些服務，可以接入各業(yè)務應用的實時/歷史數(shù)據(jù)，提供各業(yè)務應用，通過標準、統(tǒng)一的方式訪問實時/歷史數(shù)據(jù)的方法，并為跨專業(yè)、跨部門的分析輔助決策類綜合應用提供必要的支撐。

（4）安全架構則覆蓋了節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的所有部分，是提供平臺軟硬件方面整體安全性的所有技術、工具和服務的總和。依據(jù)《國家電網(wǎng)公司信息安全防護總體方案》，根據(jù)二級系統(tǒng)統(tǒng)一成域，三級系統(tǒng)獨立分域的原則，節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心應劃分獨立安全域，按照等級保護二級系統(tǒng)要求對網(wǎng)絡邊界、主機、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫進行安全防護。

2.2 實時數(shù)據(jù)中心的功能架構

圖2給出了節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的功能架構，包括監(jiān)控中心層、通信網(wǎng)絡層和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層。

（1）監(jiān)控中心層是整個系統(tǒng)的控制和管理中心，由數(shù)據(jù)處理層和業(yè)務管理層構成，數(shù)據(jù)處理層負責數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)計算，業(yè)務管理層負責業(yè)務管理流程和數(shù)據(jù)Web發(fā)布。

（2）通信網(wǎng)絡層包含數(shù)據(jù)采集接口及數(shù)據(jù)管理，負責完成對各種不同廠家SIS（實時監(jiān)控信息系統(tǒng)），MIS（管理信息系統(tǒng)），CEMS（煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)采集，然后對相關數(shù)據(jù)按照通信規(guī)約進行封裝，通過調(diào)度網(wǎng)絡將各種參數(shù)傳輸至海迅數(shù)據(jù)平臺。

（3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層包含SIS，MIS，CEMS系統(tǒng)等數(shù)據(jù)源，屬發(fā)電廠的運行設備。

3 實時數(shù)據(jù)的集中存儲和管理

實時數(shù)據(jù)中心的功能首先定位為省級節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一存儲[5]，為各類實時信息數(shù)據(jù)提供高效的存儲，提高監(jiān)管信息化的運作效率，使其成為各個發(fā)電廠、集團節(jié)能減排系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的平臺。

對于整合節(jié)能減排相關專業(yè)數(shù)據(jù)的省級數(shù)據(jù)中心而言，如何統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的描述十分重要。海迅數(shù)據(jù)平臺采用2種標識符（內(nèi)部序號和名稱）來標識所存儲的實時數(shù)據(jù)。內(nèi)部序號為整型數(shù)，用于數(shù)據(jù)庫內(nèi)部標示，用戶不可更改；名稱標識符由用戶指定，最多可以由31個ASCII字符組成，在同一個數(shù)據(jù)處理服務上，名稱標識符必須具有唯一性，在不同的數(shù)據(jù)處理服務器上，數(shù)據(jù)點名稱標識符可以重復使用。

實時數(shù)據(jù)中心在技術層面上解決傳統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫無法解決的歷史沉淀數(shù)據(jù)的存儲和快速訪問等問題，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩岣邤?shù)據(jù)存儲的效益，打開了數(shù)據(jù)共享的一條便捷之道，為今后的信息化建設中實時數(shù)據(jù)傳輸和存儲工作打下良好的基礎。

目前節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心已有效地整合了浙江省內(nèi)19個發(fā)電廠62臺機組約10萬個實時、準實時數(shù)據(jù)點，實現(xiàn)全局實時數(shù)據(jù)的集中和共享，可以高效、快速和方便地存取與應用，并成功地為節(jié)能減排系統(tǒng)在線監(jiān)控提供相關的實時數(shù)據(jù)，涵蓋熱機、環(huán)化、省調(diào)、信息、自動化等專業(yè)，使多個管理部門實時共享監(jiān)控信息資源，消除各個信息孤島的信息隔閡。

圖2 節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心功能架構

4 節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的應用

節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)在實時數(shù)據(jù)中心平臺上自主開發(fā)豐富的特色應用和綜合應用，充分發(fā)揮實時數(shù)據(jù)中心的功能，例如實時監(jiān)控、線損統(tǒng)計、綜合分析等，特別是在節(jié)能減排歷史/實時數(shù)據(jù)的綜合查詢、統(tǒng)計、報表和分析等方面。

4.1 測點管理

測點管理可使用戶方便地尋找、利用實時數(shù)據(jù)中心存儲的數(shù)據(jù)，使其轉化成代表一定意義的指標，幫助用戶發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)中的實際問題。在節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)中，各測點均采用統(tǒng)一的命名規(guī)范，通過測點命名規(guī)范，對各發(fā)電廠測點進行統(tǒng)一標識，避免了不同發(fā)電廠測點名各異的情況；提供測點監(jiān)測和管理工具，方便用戶實時、及時的對測點進行管理和相關操作。

現(xiàn)場接入的實時測點包括節(jié)能和環(huán)化兩部分。節(jié)能指標包括基礎數(shù)據(jù)、爐側的經(jīng)濟性計算測點、機側的經(jīng)濟性計算測點、電氣的經(jīng)濟性計算測點等4類數(shù)據(jù)。環(huán)化指標包括基礎數(shù)據(jù)、脫硫數(shù)據(jù)、脫硝數(shù)據(jù)等3類數(shù)據(jù)。

除接入的實時測點，還涉及脫硫、脫硝、節(jié)能、線損等業(yè)務模型及計算公式的相關測點，每臺機組約400～500點，合計約3萬點，有大量差異化信息需要分析、整理和統(tǒng)一配置。海迅數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)平臺為實時數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一描述提供良好的工具，允許用戶通過分組對測點進行歸類、描述，為各系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準化、規(guī)范化的接入和實時數(shù)據(jù)的有效整合及集成奠定基礎。為能更加準確、快速地對實時數(shù)據(jù)中心的測點進行管理，根據(jù)實際業(yè)務需求將節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的測點分成3組，包括節(jié)能組、減排組和綜合組。節(jié)能組中存放熱機專業(yè)特有數(shù)據(jù)，減排組中存放環(huán)化專業(yè)特有數(shù)據(jù)，綜合組中存放熱機和環(huán)化專業(yè)共用的基礎數(shù)據(jù)。

4.2 實時門戶系統(tǒng)

實時門戶系統(tǒng)是基于B/S結構的Web門戶系統(tǒng)，可為用戶提供實時、高效的服務通道。節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)門戶可向用戶提供訪問實時數(shù)據(jù)中心各種信息資源的入口，具有強大的Web瀏覽功能，對各類應用服務、參數(shù)、圖形、報表、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等內(nèi)容提供靈活、豐富、多樣的信息展示，使任何被整合到系統(tǒng)中的信息都能以一定的方式進行瀏覽和查詢，并提供歷史追溯與反演、斷面查詢等高級應用功能。

4.3 計算統(tǒng)計服務

節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心可提供計算統(tǒng)計服務工具，幫助用戶根據(jù)數(shù)據(jù)計算統(tǒng)計模型和公式建立計算點，系統(tǒng)自動計算并存入計算結果。計算過程迅捷，計算值準確，使接入的實時測點能在業(yè)務應用中更加充分發(fā)揮作用，也可減輕用戶手工計算統(tǒng)計的工作量，避免計算統(tǒng)計的延誤和結果的誤差。

在節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)建設中，涉及的業(yè)務應用種類繁多，且各應用間存在交互關系，計算時間范圍廣，統(tǒng)計計算量較大，服務公式約30 000個，其中平均每臺機組計算點約100個公式，62臺機組共計6 200個；平均每臺機組統(tǒng)計服務公式約400個，62臺機組共計24 800個。

4.4 實時監(jiān)控

實時數(shù)據(jù)在節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心的存儲較為分散，為方便用戶更加簡單、直觀地監(jiān)測節(jié)能減排系統(tǒng)的運行情況，通過實時數(shù)據(jù)中心提供的實時數(shù)據(jù)展示功能，可將關聯(lián)測點直接標注在圖形上，使用戶能準確地判斷系統(tǒng)實時運行情況。

節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)可通過門戶實時監(jiān)控浙江省電力行業(yè)下屬發(fā)電廠實時運行狀況，如機組運行、脫硫/脫硝投運等情況，并快速分析節(jié)能減排情況。還能提供豐富多樣、圖形化的監(jiān)控展示形式，主要包括地理信息圖（總覽圖）、全省概覽、實時監(jiān)控界面3個部分。

4.5 歷史報表查詢

在用戶的實際業(yè)務應用中，通常需要按年、季、月、周、日等時間段查找相關數(shù)據(jù)，并進行分析對比。實時數(shù)據(jù)中心提供的歷史報表工具，能根據(jù)用戶需求開發(fā)業(yè)務報表，以查詢到任意對象任意時刻的歷史數(shù)據(jù)，以及任意時刻的歷史斷面，并可導出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的“全息”保存和查詢。

節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)和計算統(tǒng)計服務，可方便、快捷地提取節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)，生成各種報表。結合業(yè)務需求開發(fā)豐富的數(shù)據(jù)分析等功能，實現(xiàn)統(tǒng)計計算、歷史報表查詢/排序、信息錄入等多種報表功能，以滿足節(jié)能減排的業(yè)務需求。

4.6 輔助分析工具

實時數(shù)據(jù)中心的關系數(shù)據(jù)庫中保存的歷史數(shù)據(jù)，可為綜合分析提供支持，使監(jiān)管系統(tǒng)橫向可進行發(fā)電廠間、同類型機組間各指標參數(shù)的對比分析，縱向可進行廠級、機組級指標參數(shù)歷史同期對比，幫助用戶更好地對比節(jié)能減排系統(tǒng)運行情況，為數(shù)據(jù)挖掘和決策支持提供數(shù)據(jù)支撐。

4.7 趨勢曲線

為方便用戶觀察測點的連續(xù)性和趨勢走向，以及多個測點的趨勢對比以分析測點間的內(nèi)在聯(lián)系，實時數(shù)據(jù)中心可提供趨勢曲線工具，在同一圖形中顯示1個或多個測點的某一時間段趨勢曲線，測點和時間段均可由用戶自定義。

4.8 故障監(jiān)控與報警

系統(tǒng)和接口在運行中難免會出現(xiàn)異常情況，如停機或數(shù)據(jù)中斷等。一旦發(fā)生故障而用戶未能及時反應，將會直接影響監(jiān)管系統(tǒng)的實時性和準確性。為避免出現(xiàn)這一情況，當監(jiān)控數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時實時數(shù)據(jù)中心可提供報警。系統(tǒng)能實時地顯示數(shù)據(jù)接口的通信是否處于正常狀態(tài)，一旦接口運行有異常情況，如運行信息異常或中斷，則能迅速判斷此接口的運行狀態(tài)；可自動記錄實時數(shù)據(jù)中心運行中的異常情況并存入數(shù)據(jù)庫，使用戶能實時觀察運行情況并及時處理異常，如重啟接口等，以消除或減少對監(jiān)管系統(tǒng)運行的影響。

5 結語

基于海迅數(shù)據(jù)庫的省級節(jié)能減排監(jiān)管系統(tǒng)充分利用海迅數(shù)據(jù)庫的技術優(yōu)勢，在符合電力系統(tǒng)二次安全防護體系要求的架構下，建立體系架構合理、功能強大的省級節(jié)能減排實時數(shù)據(jù)中心平臺。下一步將在此基礎上構建全省節(jié)能減排的一體化、信息化基礎平臺[6]，更好地為全省節(jié)能減排監(jiān)管工作提供強大的信息化支持。

參考文獻：

[1]王偉，楊勇，應芳義.基于海迅數(shù)據(jù)庫的應用開發(fā)方法的研究[J].電力信息化，2013（2）∶11-14.

[2]張新長，葉圣濤.基于三層構架的空間數(shù)據(jù)庫分布式體系結構[J].中山大學學報（科學版），2005（6）∶131-133.

[3]孫志長，馮祖洪，王沛棟.一種高效的混合壓縮數(shù)據(jù)挖掘算法[J].計算機應用研究，2009（10）∶3738-3742.

[4]鮑曉宇，施克仁，洪玉萍，等.高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中高速緩存與海量緩存的實現(xiàn)[J].國外電子元器件，2003（7）4-7.

[5]郭廣東.實時數(shù)據(jù)的存儲與快速檢索技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011.

[6]杜成剛，曹基華，林一，等.電力節(jié)能降耗技術措施分析[J].中國電力，2007（9）∶46-48.

（本文編輯：陸瑩）

Construction and Implementation of Energy-saving and Emission Reduction Real-time Data Center

ZHOU Sheng1，CAO Xiangfei2，YANG Yinxia2，YING Jian1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.China Real-time Database Co.，Ltd.，Nanjing 210009，China）

The energy-saving and emission reduction real-time data center for Zhejiang electric power industry is developed on the basis of Highsoon real-time data platform.It is full of rich business applications and can effectively get rid of information barrier of information islands，such as power plant,business department and supervision department;it has effective，rapid and convenient access to real-time energy-saving and emission reduction data from power plant.The paper briefly analyzes characters of Highsoon data platform and proposes technical architecture of energy-saving and emission reduction data center；furthermore,it introduces application essentials of energy-saving and emission reduction supervision system based on real-time data center.

Highsoon data platform；energy-saving and emission reduction；real-time data center

TP274

：B

：1007-1881（2014）03-0058-05

2013-10-11

周升（1985-），男，杭州人，工程師，從事電力行業(yè)信息技術工作。