節能減排實時數據中心的構建與實現

周升，曹祥飛，楊銀霞，應劍

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

電力信息化

節能減排實時數據中心的構建與實現

周升1，曹祥飛2，楊銀霞2，應劍1

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

浙江省電力行業節能減排實時數據中心基于海迅實時數據平臺開發，實現了豐富的業務應用功能，有效地消除了發電廠、業務部門及監管部門等各個信息孤島的信息隔閡，高效、快速、方便地接入、存取發電廠的節能減排實時數據。簡要分析海迅數據平臺的特點，提出節能減排數據中心的技術架構，介紹基于實時數據中心的節能減排監管系統的應用要點。

海迅數據平臺；節能減排；實時數據中心

0 引言

隨著浙江省電力行業節能減排工作的逐步推進，積累了大量實時數據，繼而沉淀形成海量歷史數據，這些數據是發電廠節能減排優化和監管的重要基礎。在此背景下，建立節能減排實時數據中心，可滿足電力節能減排系統所需的海量歷史、實時數據存儲需求，提供標準化數據接入、訪問方式，規范數據接入訪問流程、擴大數據中心的存儲容量，對數據進行統一管理；實現發電廠、業務部門和監管部門之間歷史、實時數據的整合、共享，為挖掘歷史、實時數據潛在利用價值提供數據基礎。為實施有效、長效管理與決策提供數據支撐平臺，通過建立節能減排實時數據中心，可實時監視火力發電機組的運行能耗、排放、電網線損情況，為節能減排目標的制定提供決策依據。

因原有浙江省統調發電企業生產數據中心平臺上報數據量較少、采樣間隔較長等特點，無法滿足現有節能減排監管要求。為全面、準確、實時地掌握浙江省電力行業節能減排的具體動態，更好地進行有效決策和監管，建設功能完善、傳輸穩定的基于海迅數據平臺的節能減排實時數據中心顯得十分重要。

1 海迅數據庫的主要技術特點

海迅實時數據平臺管理系統是進行海量實時/歷史信息處理的專業平臺，實現海量實時數據的自動采集、歷史數據的壓縮存儲、高效的查詢檢索和統計分析，能夠在線存儲數百萬甚至上千萬采集點的歷史數據，采集分辨率可達微秒[1]。

主要技術優勢包括如下幾點：

（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、優化的B+樹索引等方法，達到高速數據吞吐；

（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]，在內存中構建1條或多條業務流，按照規定策略存儲到文件系統中，實現數據的持久化；

（5）集組態工具、報表工具、集成管理平臺、門戶系統、實時數據庫與高性能通信為一體。

2 實時數據中心的設計

2.1 實時數據中心的技術架構

圖1給出了節能減排實時數據中心的技術架構，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 節能減排實時數據中心技術架構

（1）物理架構指為節能減排實時數據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、網絡設備和存儲設備等。

（2）存儲架構指節能減排實時數據中心的數據存儲方式，包括群集數據庫和存儲載體。節能減排實時數據中心的存儲載體包括海迅數據庫和關系數據庫兩部分。在本架構設計中，由于測點規模達到數百萬甚至上億（對于二級部署而言），單個海迅數據庫往往不能滿足數據規模的需求。因此，采用將多個海迅數據庫進行聯合部署的方案，從而實現所謂“群集數據庫”。

（3）服務架構指節能減排實時數據中心提供的標準、統一的數據訪問服務和數據接入服務，二次開發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，可以接入各業務應用的實時/歷史數據，提供各業務應用，通過標準、統一的方式訪問實時/歷史數據的方法，并為跨專業、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能減排實時數據中心的所有部分，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《國家電網公司信息安全防護總體方案》，根據二級系統統一成域，三級系統獨立分域的原則，節能減排實時數據中心應劃分獨立安全域，按照等級保護二級系統要求對網絡邊界、主機、應用系統、數據庫進行安全防護。

2.2 實時數據中心的功能架構

圖2給出了節能減排實時數據中心的功能架構，包括監控中心層、通信網絡層和現場數據采集層。

（1）監控中心層是整個系統的控制和管理中心，由數據處理層和業務管理層構成，數據處理層負責數據采集和數據計算，業務管理層負責業務管理流程和數據Web發布。

（2）通信網絡層包含數據采集接口及數據管理，負責完成對各種不同廠家SIS（實時監控信息系統），MIS（管理信息系統），CEMS（煙氣連續監測系統）的數據采集，然后對相關數據按照通信規約進行封裝，通過調度網絡將各種參數傳輸至海迅數據平臺。

（3）現場數據采集層包含SIS，MIS，CEMS系統等數據源，屬發電廠的運行設備。

3 實時數據的集中存儲和管理

實時數據中心的功能首先定位為省級節能減排實時數據的集中統一存儲[5]，為各類實時信息數據提供高效的存儲，提高監管信息化的運作效率，使其成為各個發電廠、集團節能減排系統之間數據交互的平臺。

對于整合節能減排相關專業數據的省級數據中心而言，如何統一數據模型的描述十分重要。海迅數據平臺采用2種標識符（內部序號和名稱）來標識所存儲的實時數據。內部序號為整型數，用于數據庫內部標示，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，在同一個數據處理服務上，名稱標識符必須具有唯一性，在不同的數據處理服務器上，數據點名稱標識符可以重復使用。

實時數據中心在技術層面上解決傳統關系數據庫無法解決的歷史沉淀數據的存儲和快速訪問等問題，提升數據傳輸的效率，提高數據存儲的效益，打開了數據共享的一條便捷之道，為今后的信息化建設中實時數據傳輸和存儲工作打下良好的基礎。

目前節能減排實時數據中心已有效地整合了浙江省內19個發電廠62臺機組約10萬個實時、準實時數據點，實現全局實時數據的集中和共享，可以高效、快速和方便地存取與應用，并成功地為節能減排系統在線監控提供相關的實時數據，涵蓋熱機、環化、省調、信息、自動化等專業，使多個管理部門實時共享監控信息資源，消除各個信息孤島的信息隔閡。

圖2 節能減排實時數據中心功能架構

4 節能減排實時數據中心的應用

節能減排監管系統在實時數據中心平臺上自主開發豐富的特色應用和綜合應用，充分發揮實時數據中心的功能，例如實時監控、線損統計、綜合分析等，特別是在節能減排歷史/實時數據的綜合查詢、統計、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、利用實時數據中心存儲的數據，使其轉化成代表一定意義的指標，幫助用戶發現和解決生產中的實際問題。在節能減排監管系統中，各測點均采用統一的命名規范，通過測點命名規范，對各發電廠測點進行統一標識，避免了不同發電廠測點名各異的情況；提供測點監測和管理工具，方便用戶實時、及時的對測點進行管理和相關操作。

現場接入的實時測點包括節能和環化兩部分。節能指標包括基礎數據、爐側的經濟性計算測點、機側的經濟性計算測點、電氣的經濟性計算測點等4類數據。環化指標包括基礎數據、脫硫數據、脫硝數據等3類數據。

除接入的實時測點，還涉及脫硫、脫硝、節能、線損等業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、整理和統一配置。海迅數據庫數據平臺為實時數據中心數據模型的統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，為各系統數據標準化、規范化的接入和實時數據的有效整合及集成奠定基礎。為能更加準確、快速地對實時數據中心的測點進行管理，根據實際業務需求將節能減排實時數據中心的測點分成3組，包括節能組、減排組和綜合組。節能組中存放熱機專業特有數據，減排組中存放環化專業特有數據，綜合組中存放熱機和環化專業共用的基礎數據。

4.2 實時門戶系統

實時門戶系統是基于B/S結構的Web門戶系統，可為用戶提供實時、高效的服務通道。節能減排監管系統門戶可向用戶提供訪問實時數據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、圖形、報表、實時數據和歷史數據等內容提供靈活、豐富、多樣的信息展示，使任何被整合到系統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 計算統計服務

節能減排實時數據中心可提供計算統計服務工具，幫助用戶根據數據計算統計模型和公式建立計算點，系統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務應用中更加充分發揮作用，也可減輕用戶手工計算統計的工作量，避免計算統計的延誤和結果的誤差。

在節能減排監管系統建設中，涉及的業務應用種類繁多，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；平均每臺機組統計服務公式約400個，62臺機組共計24 800個。

4.4 實時監控

實時數據在節能減排實時數據中心的存儲較為分散，為方便用戶更加簡單、直觀地監測節能減排系統的運行情況，通過實時數據中心提供的實時數據展示功能，可將關聯測點直接標注在圖形上，使用戶能準確地判斷系統實時運行情況。

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

4.5 歷史報表查詢

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

節能減排監管系統通過實時數據和計算統計服務，可方便、快捷地提取節能減排實時數據，生成各種報表。結合業務需求開發豐富的數據分析等功能，實現統計計算、歷史報表查詢/排序、信息錄入等多種報表功能，以滿足節能減排的業務需求。

4.6 輔助分析工具

實時數據中心的關系數據庫中保存的歷史數據，可為綜合分析提供支持，使監管系統橫向可進行發電廠間、同類型機組間各指標參數的對比分析，縱向可進行廠級、機組級指標參數歷史同期對比，幫助用戶更好地對比節能減排系統運行情況，為數據挖掘和決策支持提供數據支撐。

4.7 趨勢曲線

為方便用戶觀察測點的連續性和趨勢走向，以及多個測點的趨勢對比以分析測點間的內在聯系，實時數據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 故障監控與報警

系統和接口在運行中難免會出現異常情況，如停機或數據中斷等。一旦發生故障而用戶未能及時反應，將會直接影響監管系統的實時性和準確性。為避免出現這一情況，當監控數據出現異常時實時數據中心可提供報警。系統能實時地顯示數據接口的通信是否處于正常狀態，一旦接口運行有異常情況，如運行信息異?；蛑袛?，則能迅速判斷此接口的運行狀態；可自動記錄實時數據中心運行中的異常情況并存入數據庫，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，以消除或減少對監管系統運行的影響。

5 結語

基于海迅數據庫的省級節能減排監管系統充分利用海迅數據庫的技術優勢，在符合電力系統二次安全防護體系要求的架構下，建立體系架構合理、功能強大的省級節能減排實時數據中心平臺。下一步將在此基礎上構建全省節能減排的一體化、信息化基礎平臺[6]，更好地為全省節能減排監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.基于海迅數據庫的應用開發方法的研究[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據庫分布式體系結構[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據挖掘算法[J].計算機應用研究，2009（10）∶3738-3742.

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

[5]郭廣東.實時數據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，從事電力行業信息技術工作。