省级地方热电厂数据采集与分析系统设计和开发

201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐第35住第6更 2011 年 3 月 25 RVol. 35 No. 6Mar. 25 • 2011电力系统自动化Automation of Electric Power Systems省级地方热电厂数据采集与分析系统设计和开发章坚民"，张承来2,吴光中3,张云I2*3,马国梁'，占震滨° •（1.杭州电子科技大学.浙江省杭州市310018» 2.浙江省电力公可・浙江省铳州市310008；3.浙江省经济和信息化委员会.浙江省杭州市310008, 4.浙江省电力调度通佰中心.浙江省杭州市310008：5.浙江创维自动化工程冇限公可.浙江省杭州市310012） -…摘要：热电联产是一种节能环保的能源利用形式•在国际上得到了广近应用•中国政彷钢定了相 关政策•兹励和引导该产业的健康发展和运疔文中介绍的浙江省地方热电厂數据采集与分析系 统•是对地方热电企业能源生产过程中能源转换信息与相关节能指标进行管理的信息系统简要 介绍了其指标设计、采集數据设计、电厂模型设计•信息系统物理架构、這辑架构、应用体系架构•厂 站终端及數据系统集成方案•主站系统及应用功能寻。

作为&级政舟能源希理部门■參级电网公 司、全省分散分布的热电厂共同使用的地方热电信息集中采集、集中分析、管理规范、信息公开的省 级统一仿息平台•该系统已在实际工作中发輝了积极作用关键词：热电厂$拔电联产）指标管理与监视,数据采集$信息系统#201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐#201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐0引言热电联产是一种节能环保的能源利用方式, 一方面解决了集中供热问题•防止了小锅炉等不节 能开发形式；另一方面乂充分利用余热进行发电•提 爲了热能利用效率•调节了热负荷的不平衡性•提髙 了设备便用率•分布式热电联产机组及电厂满足就 地分散的热负荷•节约供热管道过长造成的热能损 耗并减少长距离电力线传输损耗，同时•余热发电上 网充当了分布式电源•可作为当地电网的调节补充中国政府对分布式热电厂的规划、建设、运行■ 管理制定了 3个关联政策：“热电联营”广以热定 电J“节能滅排J符合国家政策的热电厂优先上网 供电••并孚受一定的优惠电价对于中小型热电厂. 要防It其2个运行极端•即光发电不供热而成为小 火电或只供热不发电而成为小锅炉因此•将机组 热电比.机组热效率、电厂热电比、电厂总热效率等 4个指标作为电厂的考核指标。

指标计算应基于可靠的数据和具有公信的计 算•对与这4个指标计算有关的参数进行远程在线 采集、分析J十算⑶■有助于建立公平、公正.公开的 考核机制•同时也可为利益攸关的三方（政府•电厂、 电网公司）建立一个公共信息工作平台在煤.热、 电能源市场经济与政府楚价相结合的现行条件下， 通过该平台及时掌握热负荷的变化及煤价波动信 息•折射出其对热电厂的影响•协助政府进行相应的枚稿日期：2010 08 14；修呵日期：2010-11-04.政策调整•如热能利用产业规划、热负荷转移和价格 调笹尊•使得热电企业有一个合适的生存空间同 时•该系统也町使得电网公司学握热电企业乃至机 组的运行特性•实现对分布式电漁的允分利用和廿 能调度从热电厂自身而言•该信息系统可显示出 它是否适合地方的热能需求以及符合国家3个关联 政策•直接影响热电厂的利润水平.技术改造需求和 发展前景该系统是政府、电网公司、热电厂相互了 解、沟通■理解和谈判的平台•浙江省地方电厂管理信息系统（LPM1S）是一 个面向宥内地方电厂的伯息采集、数据集中、管理规 范■信息公开的省级统一佶息平台•对省内的所有地 方热电企业生产过程中能源转换信息与相关节能指 标进行管理•采用现代通信技术和计算机系统对各 热电厂生产过程的关键运行数据和节能指标进行实 时采集、处理.监视■统计分析和公开发布。

1系统模型设计1.1关键指标体系及相应采集数据设计系统的关键指标包扌占:①电厂热电比Rx②电 厂总热效率％『③汽轮机俎的热电比Rd④机组热 效率％详细计算公式见附录A.通过分折，所必 要的数据采集如下 ’1〉锅炉：主蒸汽参数（流琏、压力、温度）■给水温 度.2）汽轮发电机组：采集数凰取决千机组的形式・ 如抽排汽方式•将釆集所有进汽（流SL压力■温度）、 抽汽（流敬.压力、温度）■排汽（流墩、压力、温度）、机组发电功率等参数.3） 并网功率、厂用电功率等4） 供热：向外供热的主管道蒸汽（流ft.压力、温 度）1.2电厂模型及收集资料电厂模型元件包括锅炉.锅炉供出母管、各类汽 轮机、减温减床器■供岀母管、并网点等•全厂形成蒸 汽一次管线和电力一次管线系统•见附录A图A1. 以IEC 61970公共信息模型（CIM）标准进行扩展■ 建立元件、管线系统、测最系统的模型『收集包括热电厂主接线管图、各类主设备技术 资料、机组特性曲线等资料.2系统架构设计2.1物理架构系统的物理架构如图1所示共分为8层$ ①电厂生产系统层•包括生产过程.传感器.变送器、 集敬控制系统（DCS八监控信息系统（SIS）.管理信 息系统（M1S）等所有可能形式的设备;②接口层•系 统在电厂获取信息的接=1分2类•一类是标准电信 号•通过端子排提供•另一类是数据方式•以中间介 质方式放置在接口机内•并定时刷新；③数据采集 层•即厂站终端•分为信号采集终端（HETU）和数 字通信采集终瑞（DCTUA④通用分组无线业务 （GPRS）/码分多址（CDMA）网络通信层；⑤全省集 中的GPRS/CDMA接入网关$⑥主站侧电力公司 安全ID区设备及应用层•包括集中前置、数据处理、 数据库、应用服务器.客白端•凡是在省电力公司或 地区、县局能址管理系统（EMS）或电低采集系统能 提供的电厂并网功率或电量由其接口提供数据•否 则从电厂侧提供数据（如大部分自备热电厂八⑦安 全H1区与公网之间的物浬隔离装置;⑧公网设备及 应用层，包括数据库.应用服务器、客户端。

201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐#201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐公弭WebBt务冷卜~~長牌用尸] 公衬设备及应用足GPR&CDMA 制络| HETU [• 和品 主齐I I标■子霜彳 DCTU(主)卜一4 DCTU |It-T«nft } 1怡黠产卜莎齐扌云~1•-甬4二—* SIS MIS电用公可安全m区 设备及应用戾用皓通信戾按口层电厂生产图1系统物理架构Fig. 1 Physical structure of system#201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐#201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐电厂数据采集终端安装在电厂端，数据中心和 主站系统安装在省电力公司•由于地方热电厂散布 在全省各地•因此厂站终端选择通过GPRS/CDMA 公共数据网络⑷将数据传输到省电力公司本系统 大部分用户是分散的政府相关能源管理部分、各地 电网公司相关部门、各地电厂和其管理部门•通过公 网获取该系统的信息•图1给岀了信息流的方向•数据采集层根据需 要可以实现冬个HETU.DCTU级联•一般为一个 电厂内置1台GPRS/CDMA天线的主终瑞• 2.2逻辑架构逻辑架构见附录A图A2.将本系统研制的各 层设备以对象和数据节点的形式进行描述•对象包 括:命名、属性（数据和采用的通信协议）、操作（与其 他逻辑设备的通信建立、数据交互、协议转换■数据 就地存储等功能人以HETU为例•其属性包菇热 电数据•与主站的通信协议、与级联的HETU或 DCTU的通信协议等•操作包括对直接采集的模拟 信号的处理和数字化•就地数据存储、与主站的通信 建立■定时数据上送等主要功能。

2.3主站应用分层体系结构地方热电厂管理值息主站系统逻辑上分为客户 层、Web层、业务层和资源层等4层.客户层主要 负责人机交互;Web层基装了用来眼务访问本系统 的所有客户端的表示层逻辑'业务层提供业务服务， 包括业务数据和业务逻辑•集中了系统大多数业务73201U 35(6) 电 0 A 仇启动伐#•研制与开发•味坚民•等省级地方热电厂数据采集与分析系统设卄和开发##处理；资漁层主要负责数据的存储和组织、数据库的 分布式管理等.基于多层分布式组件模型•结合面 向服务的设计思想，提出如图2所示的业务组件化. 服务化的应用分层体系结构•Jt方热电r*ji«块界■・■示电厂运行 启电it•算、标分■与分析等业务实现（业务组件、■务人 xt外接口. 用需庆用 St务足Web 应用电厂 抵标 运行■（务热电十 算及僵电IU 电价/ 上用供射供 电皿场 及电厂 产健分 析眼务图/ ft/体化 IH务报浪展务与 分折权隈巖务持久层数15访问、数据对食等J2EE企畳应用服务■J2EEAPI(如 JND1.JDBC.JTAJMS 审)系统料络、Wtt. H作嚴统零图2应用分层体系结构 Fig. 2 System structure of application3厂站终端及数据系统集成3.1热电厂的一般情况一般大型的现代化热电厂•具有从过程级智能 测量，到单元级（锅炉、汽轮机）DCS,到厂级SIS•到 全厂的M1S•形成逸级自功化及信息系统。

但这并 不符合大多数地方热电厂的装备技术状况浙江省 地方热电厂大多数由民营或私营企业在20世纪• 90年代建设投产•自动化和信息化程度较低•一些 电厂甚至仍采用磁电式测量元件单元级DCS的 厂家及型号种类达到68种•其数据格式和协议也千 差万别许多热电厂没有相关的自动化技术人员可 以配合数据采集工作•3.2数据接入设计和解决方案从工程角度出发，必须找到一个统一、合适■长 久的技术解决方案来获取必需的数据•不然将面临 繁重的数据接入改迪工程和维护问题•难以确保热 电厂数据接入长期正常运行•简单可靠的解决方案如下：首先是充分利用电 厂的DCS/SIS/MIS,若只•有过程控制对象链接与嵌 入（OPC）⑴通用接口 •则通过最简单的数据中间媒 体获取数据⑹•否则从仪表或仪表改造直接采集信 号.1）数据通倍考虑到指标计算要求的数据采样间隔总5 min. 因此•采集的数据不是真正的实时数据•而且没有严 格的数据到达主站的时间要求，可将这些采集数据 作为报告数据看待热电厂控制系统要防止直接的数据通信以确保 其安全性•因此•设计了中间接口机和中间数据媒体 （在数据库中间表.EXCEL文件、TXT文本、PDF 文本中选择其一几热电厂DCS/SIS/MIS通过定 制，将所需数据以上面的洛式每5 min —次吐出到 接口机内指定磁盘内『在中间接口机上开发一套数 据捡取加工软件•定期检査指定磁盘内的相关数据 媒体的内容•若其已更新，则捡出该媒体并进行解 析•将破解的数据传给基于数据通信的电厂 DCTU.并通过它将数据发送到主站•2）信号测童以上数据通侑无法获取的数据利用电厂的仪表 测锻系统从仪表盘前的变送器直接获取标准信号或 转换为标准信号（4〜20 mA电流佰号或0〜5 V电 压信号）■通过硬接线接入基于电信号采集的 HETU；HETU将模拟信号转换为数字信号•通过 GPRS/CDMA发送到主站。

3.3数据采集终端开发和电厂集成开发了 2类嵌人式数据采集终端:DCTU和 HETU. HETU用于采集模拟标准信号•具有24 路.如果电厂需采集的模拟信号超过24路•则采用 一个带GPRS/CDMA主模块的HETU,通过R& 232/RS485与多个可分布安装的HETU级联 DCTU可实现基于R&232/RS-485的级联•并可进 行分散的自动化或信息系统接入的级联通信•也可 实现与HETU的级联和数据通信DCTU•HETU 的多种通信连接方式可以满足热电厂复杂的数据通 信和信号采集需求•是本系统厂站数据集成的关键4主站系统主站系统包括通信朮置子系统、任务调度和数 据处理服务子系统、内网数据库和应用系统、外网数 据库和应用系统、公网应用系统等4.1通信前■子系统与任务调度和数据处理服务 子系统通信前置子系统⑺用于与远方电厂终端的通 信•通信协议在基于大用户（配变终端）电能董采集 系统的通信协议上进行扩充•功能包括：与远方终 端的通信建立、接收和解析应用服务数据单元 （ASDU）应用报文、接收主站下发命令到终端等.任务调度和数据处理服务子系统与通信前置子 系统通倍•接收上报报文•并进行数据库写库与接收 应用服务器的命令•转发到通信前置子系统,实现对 远方终端的操作。

由于GPRS/CDMA是一种非可 靠的通信手段•因此数据处理服务子系统要自动巡査已收集的数据•若存在遗漏.则必须及时下发厂站 终端•进行数据补召.4.2内网数据库和应用系统应用系统的功能简单介绍如下1)省.地市.县市■电厂4级监控：电厂级监视以 电厂主接线简图方式展示采集的实时数据、参数曲 线、机组和电厂关健指标的累加值和超限数据报警 等•如附录A图A1其他3级为管理级•管辖区域 电厂的供热、发电、上网功率、关键指标的曲线•电厂 通信和数据采集异常报警为显示主界面监视界面 采用Java 2平台企业版(J2EE)/Ajax/可缩放矢就 图形(SVG)框架剧形基于CIM/SVG的统一设计. 可自动生成"」•2〉统计分析和报表：按照管理分级•对数据质 最、关键指标等进行H、月、年统计3) 历史数锯分析:历史数据和曲线的详细杳询4) 电厂基础资料:包括电厂各类主设备参数5) 终端配査和调试:进行终端参数设宜和接入 调试.6) 故障报告和消缺流程：进行故障记录和消缺 管理4.3外网数据库和应用系统外网数据库与内网数据库基本一致•但有其特 殊性:数据采集从内网逋过单向物理隔离装置同步 到外网•由于系统大部分用户在外网工作•因此•与 此相关的数据采集和处理如电厂基础资料的修改、 故障消缺单管理、报表的审核等•将以外网为主进行 管理。

4.4应用功能系统的总体功能包括实时数据.考核统计、系统 管理、综合杳询等4个模块根据电厂的基础资料 以及获取的实时数据等•通过综合处理得出机组的 4个考核指标•以満足“热电联产S“以热定电”管理 的需要主站功能见图3.75#工历史散I«I 亠电lalKM表— 亠供黒悄况匸上Ml电slftlKIP-L-通IS£P-U.£5_L_11i示K11亠运2崇-权'»lglMI亠用户皆lai考核蜕比««效K-^S3 -i丄宾时丁况ImI运荷111线##5结语该系统从2007年底开始实施,2009年7月正 式投入运行以来发挥了积极的作用在运行过程 中•采用状态估计的修正算法⑸研究数据不全、坏点 等问题；另外•也尝试利用采集的数据进行热电厂经 济运行指导(⑹等研究该系统的建成与运行已积累大量的宝贵数据・ 期待在此平台上进行进一步的具有明显经济效益的 妍究和实际应用•如机组符性识别•以及将地方热电 作为分布式电源的节能调度、电厂经济运行等.附录见本刊网络版(http：//aeps. sgepri. sgcc. com. cn/aeps/ch/index・ aspx)<参考文献[11壬厳铭.向市场经济过厦朋中国滾电联产事业[J]・中国电力. 1997.30(9八WANG Zhcnming. Chini * 9 cogeneration utilities are advancing toward market cconomytJj. Chinai Power. 1997» 30(9) t[2] 胡淇•朱守莫•郑竞家•等•北京分布式能凜冷烝电联供系统并网 交易研究[J]・电力条统0动化.2006.30(19)$ 18・22・HU Bin, ZHU Sbouzhcn. ZHENG Jinghong・ et al. The trading mechanism of interconnection for distributed genrration of combined cooling and heatirg power in Beiiinsf J 1. Automation of Electric Power Systems. 2006« 30( 19) j 18-22・[3] 郭扳宇•可风琪•徐沟*•畔.跨地域熔电联产机粗实时检河系傥 的开发与应用〔J] •电力条绩自动化.2010.34(3),107-111.GUO Zhenyu« SI Fengqi, XU Zhigao. et al. Development and application of real-time supervising system for large regional cofienerafion unitsfj], Automition of Eleciric Power Systems##•研制与开发•就坚民•等省级地方热电厂数据采集与分析系统设计和开发##2010 . 34(3)i 107-111.[4] 李•宇•罗小林.一种墓于GPRS的配电自动化系统方XLJ].电力条统口动化・2OO5・27(24〉，63 65・LI Huiyu* LUO Xiaoli« YU ShengliiL A GPRS based distribution automation system [ J ]・ Automation of Hectric Power SyMiemn* 2005( 27(24): 63-65.[5] a«».*gR.OPCa及在堆方电厂管理信息系统中的应用 [J] •什算机系统应用・2008・17"2)、128・131・DAI BthaOt ZHANC Jianmin. OPC and its applicition in local power plant information management system [ J ]・ Computer System Application* 2008. )7(12)： 128-131.[6] 李左华•孙貯•章坚民.多数据集成方式在鷄电値息采II方面的 应用[J] •中国水运.2008<6(1>|184-185.LI Zhihua. SUN Pm ZHAN(； Jianmin. Multi data source integration for thermal and electric cUta acquisition for different co generation heat pianist J]・ China Water Transport, 2008。

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