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1、基于 Web 混合模式的火电机组耗差分析系统设计与实现发表时间:2003-10-9作者：陈鸿伟1，甄志1 ，陈宇2 ，杨中其1，李永华1摘要：在市场经济条件下，安全运行、降低成本成为电厂提高经济效益，在竞争中立于不败之地的根本措施。因此，应对机组热力系统进行优化管理。火电机组耗差分析系统就是以降低及控制机组煤耗为最终目的动态管理方法。1 系统总体结构随着火电厂自动化水平的不断提高，电力企业内部局域网建设更加健全。目前实时信息管理系统通常采用 2 种体系结构：C/S(Client/Server)计算模式和 B/S(Browser/Server)网络计算模式。1.1 C/S 体系结构在 C/S 结
2、构系统中( 图 1)，服务器部分负责数据的管理与派送、客户端请求的响应、系统共享资源的分配；客户端部分负责将从服务器端请求得到的数据和资源进行组织，按用户的要求将结果返回给用户。C/S 结构采用请求与响应的应答模式，大部分数据的处理工作放在客户端进行，服务器端只作相应的数据应答。1.2 B/S 体系结构B/S 模式是 1 种以 Web 技术为基础的新型模式，把传统 C/S 模式中的服务器部分分解成 1 个数据库服务器与 1 个或多个应用服务器(Web 服务器) ，从而构成 1 个 3 层结构的体系(图 2)。用户可通过浏览具有一定交互功能的网页获取、发送信息，客户端将用户的处理请求提交给第 2
3、 层的 Web 服务器。第 2 层 Web服务器启动相应进程响应用户的请求，动态生成代码，将处理结果嵌入其中，返回客户端；若用户请求中包括数据存取，Web 服务器需与数据库服务器协同完成该处理工作。第 3 层数据库服务器的任务类似 C/S结构，负责管理数据库，协调不同 Web 服务器发出的 SQL 请求。通过以上对 C/S 结构和 B/S 结构的分析和比较，可以得出以下结论：C/S 结构具有交互性强、安全性高的特点；B/S 结构具有安装简便，易于维护，扩展性好，信息共享度高的优点，所以在系统设计的过程中要考虑如下 2 条原则：(1)在安全性要求高，交互性强，处理数据量大，且地点固定、计算机分布
4、范围小的情况下，应选用 C/S 模式；(2) 在安全性和交互性要求不高，计算机分布范围广的情况下，可选用 B/S模式。针对电厂的实际情况，对于整体结构作了如下设计(图 3)：系统的总体结构建立在网络的环境上，各运行人员、工程设计人员和管理层均可以使用客户机访问该耗差系统。对于安全性要求较高，且数据量较大的实时数据采集及容错处理子系统采用 2 层 C/S 结构实现；对于用户数量较多、信息需要发布、交互性不强的性能计算子系统及显示子系统设计为 B/S 结构。这样做有如下优点：(1)减轻了对客户端机器的性能要求；(2)优化了分布数据处理的性能；(3)降低开发和维护工作的复杂性，服务器端负责数据的加工
5、处理，充分发挥了 C/S 模式强大的数据处理能力和安全控制机制；(4)系统的数据查询监控功能采用 B/S模式实现，借助于网络的功能，可随时随地从数据库中获得所需要的数据资料，并可获得多种图文并茂的数据输出形式。2 耗差分析系统结构 耗差分析系统的运行环境是以 Windows NT 或 Windows 2000 Server 为服务器操作系统，采用 Oracle8i数据库管理软件平台，客户端浏览器为 IE4.0 或以上版本。该系统采用模块化设计思想，下分实时数据采集、机组性能计算、数据在线监测(Web 页面)3 个子系统。采集所需测点数据来自于实时数据采集系统(DAS)；通过 OPC(OLE f
6、or Process Control)技术将采集的数据单向传至数据库服务器；机组性能计算子系统对电厂的经济运行情况进行分析，并将分析结果返回数据库，客户端通过浏览器进行浏览查询。该系统结构如图 4 所示。2.1 数据采集及容错处理子系统机组测点实时数据的采集，通过 OPC 客户端程序从 OPC 服务器中读取实时数据，数据在进人数据库服务器的过程中根据查询频率不同采用了 2 种不同的存储途径：内存页面存储和实时数据库存储。(1)内存页面存储是将采集来的数据不经过硬盘，直接存储在内存页面文件中，利用共享内存的原理，在实时性能计算模块中直接读取内存中相应的数据，共享内存的方法不必对数据库进行 I/O
7、 操作，这样可以大大减少数据访问的时间，从而极大地提高了性能计算模块数据的实时性，提高数据服务器的性能。(2)实时数据库存储是将数据存储在 ORACLE 数据库中，其特点是存储量大、易于管理，所以对于实时性要求不是很高的历史数据，采用数据库存储。2.2 性能计算子系统火电机组尤其是老机组的热力系统结构复杂，对于局部参数和设备的变化引起的煤耗偏差进行定量计算，如用一般热量平衡方法，则过程十分繁琐。为了满足系统实时能损监测的需要，耗差分析系统针对不同的监测参数，采用不同的计算方法。当机组的参数变化和局部设备变化引起抽汽份额变化时，由此引起的机组煤耗偏差都可用等效焓降法计算，例如加热器的端差、蒸汽管
8、道的压损、轴封漏汽等因素。另外还可以采用循序渐进耗差分析，例如凝汽器系统的能损计算，可对循环水流量、凝汽器端差、清洁系数等因素循序渐进进行分析。被监测的参数偏离额定值时对机组经济性的影响均以标准煤耗率的增加值来表示，使运行人员既能随时了解全机组的经济性，又能定量地掌握热力系统中各参数、各设备对机组热经济性的影响，从而可及时、有针对性地采取有效措施，使机组处于最佳运行状态。机组性能计算模块结构见图5。2.3 系统显示子系统2.3.1 手工数据录入对于目前现场无法在线采集的数据(如燃料特性参数、部分辅机性能参数等) ，或人为加以干预的测点参数值，本系统提供了在线手工输入接口，运行人员可根据实际情况
9、进行相关的数据输入与更新。众所周知，用煤质元素分析数据进行计算的锅炉效率要比工业分析对应的效率准确，所以，在煤质工业分析手工录入的窗口同时提供了将工业分析转换为元素分析的数学模型。经验证，其准确率在误差允许的范围内。2.3.2 历史数据查询通过查询窗口可以查询 1 年以内的手工输入数据、实时测点参数数据、性能计算数据等，同时提供打印及附有权限的数据修改功能。2.3.3 性能计算数据显示将性能计算子系统计算的数据以表格的形式实时显示，刷新频率为 5s。2.3.4 系统图该功能主要用来显示机组的主要系统结构，并实时显示有关数据，刷新频率为 5s，具体包括如下内容：全厂原则性热力系统，锅炉原则性热力
10、系统，锅炉尾部风烟测点，汽缸通流部分，真空系统，低压加热器系统，给水除氧系统，高压加热器系统，各级抽汽，轴封漏汽。系统总图与各分系统图采用超链接的形式，切换灵活自如。2.3.5 燃油管理模块针对燃用劣质煤种的电厂需采用重油助燃的实际情况，设计了燃油管理模块，主要实现油质数据录入和燃油量统计的功能，以便考核运行人员的操作水平。2.3.6 图形显示为了使数据直观形象，该系统采用 VB 语言开发了 ActiveX 曲线控件，形式美观且功能强大。客户端每次调用页面时，自动访问 Web 服务器，下载最新版本的 Activex 控件到客户端，所以可以在 Web 服务器对软件部件进行统一管理，这样就大大降低
11、了客户端的管理和维修费用。趋势曲线控件主要分为 4 部分：采集数据实时曲线，性能计算实时曲线，采集数据历史曲线，性能计算历史曲线。1 个画面可同时显示 5条曲线，不仅可以比较同 1 个参数不同时间的数据，还可以比较不同参数任意时间的数据，同时控件还提供曲线的放大、拉伸功能，对于监测操作水平及分析故障原因有极其重要的意义。另外，对于机组耗差分析的不同分类(运行可控损失、设备可控损失、系统可控损失、不可控损失) 用棒图分别显示其比例关系。运行人员可根据耗差分析结果确定当前能损的关键部位，及时调整机组相关参数，有效降低煤耗率。2.3.7 统计报表查询该模块提供了如下功能：按各班值统计的各参数统计日报
12、、月报、季报、年报，及各参数报警统计的日报、月报、季报、年报。2.3.8 系统维护根据现场运行的安全性需要，耗差分析系统提供了 3 个级别的使用权限：(1)超级用户(系统管理员)，可根据实际需要对实时数据、历史数据进行修改，添加删除系统用户，修改系统密码等；(2)高级用户(运行人员)，可进行诸如燃料特性数据等一般数据的手工输入工作；(3)一般用户(浏览用户) ，只可以对现有数据进行浏览查询。3 结语以上述 3 个子系统为基础，用 VC、VB、ASP 语言开发的基于混合模式的火电机组耗差分析系统已在福建某电厂成功地投入使用，运行情况良好。混合模式具有界面统一、安全性高、易于维护、扩展性好、共享度高等优点，是应用软件技术发展的必然趋势。随着 Internet 的不断普及和应用的迅速升级，基于 B/S、C/S 混合模式的耗差分析系统也将充分发挥其优越性。该系统充分利用现有的信息资源，把机组的系统结构、设备运行性能、现场运行经验与计算机技术结合起来，实现了全厂的信息共享，能为全厂不同层次的人员实时提供机组的运行情况，有利于提高整体运行水平及全厂的管理水平，具有良好的应用前景。
