节能减排实时数据中心的构建与实现

周升，曹祥飞，杨银霞，应剑

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.江苏瑞中数据股份有限公司，南京210009）

电力信息化

节能减排实时数据中心的构建与实现

周升1，曹祥飞2，杨银霞2，应剑1

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.江苏瑞中数据股份有限公司，南京210009）

浙江省电力行业节能减排实时数据中心基于海迅实时数据平台开发，实现了丰富的业务应用功能，有效地消除了发电厂、业务部门及监管部门等各个信息孤岛的信息隔阂，高效、快速、方便地接入、存取发电厂的节能减排实时数据。简要分析海迅数据平台的特点，提出节能减排数据中心的技术架构，介绍基于实时数据中心的节能减排监管系统的应用要点。

海迅数据平台；节能减排；实时数据中心

0 引言

随着浙江省电力行业节能减排工作的逐步推进，积累了大量实时数据，继而沉淀形成海量历史数据，这些数据是发电厂节能减排优化和监管的重要基础。在此背景下，建立节能减排实时数据中心，可满足电力节能减排系统所需的海量历史、实时数据存储需求，提供标准化数据接入、访问方式，规范数据接入访问流程、扩大数据中心的存储容量，对数据进行统一管理；实现发电厂、业务部门和监管部门之间历史、实时数据的整合、共享，为挖掘历史、实时数据潜在利用价值提供数据基础。为实施有效、长效管理与决策提供数据支撑平台，通过建立节能减排实时数据中心，可实时监视火力发电机组的运行能耗、排放、电网线损情况，为节能减排目标的制定提供决策依据。

因原有浙江省统调发电企业生产数据中心平台上报数据量较少、采样间隔较长等特点，无法满足现有节能减排监管要求。为全面、准确、实时地掌握浙江省电力行业节能减排的具体动态，更好地进行有效决策和监管，建设功能完善、传输稳定的基于海迅数据平台的节能减排实时数据中心显得十分重要。

1 海迅数据库的主要技术特点

海迅实时数据平台管理系统是进行海量实时/历史信息处理的专业平台，实现海量实时数据的自动采集、历史数据的压缩存储、高效的查询检索和统计分析，能够在线存储数百万甚至上千万采集点的历史数据，采集分辨率可达微秒[1]。

主要技术优势包括如下几点：

（1）采用分布式体系架构，支持跨地域的集团化多站点部署方案[2]；

（2）拥有高性能并行计算技术，通过高速缓存、分块文件映射、优化的B+树索引等方法，达到高速数据吞吐；

（3）采用混合压缩方式，大大增强应用选择的灵活性[3]；

（4）平台可通过高速缓存技术[4]，在内存中构建1条或多条业务流，按照规定策略存储到文件系统中，实现数据的持久化；

（5）集组态工具、报表工具、集成管理平台、门户系统、实时数据库与高性能通信为一体。

2 实时数据中心的设计

2.1 实时数据中心的技术架构

图1给出了节能减排实时数据中心的技术架构，自下而上依次为物理架构、存储架构和服务架构，安全架构则贯穿了整个逻辑架构。

图1 节能减排实时数据中心技术架构

（1）物理架构指为节能减排实时数据中心提供硬件支撑的信息基础设施以及它们之间的拓扑结构，硬件基础设施包括平台主机、网络设备和存储设备等。

（2）存储架构指节能减排实时数据中心的数据存储方式，包括群集数据库和存储载体。节能减排实时数据中心的存储载体包括海迅数据库和关系数据库两部分。在本架构设计中，由于测点规模达到数百万甚至上亿（对于二级部署而言），单个海迅数据库往往不能满足数据规模的需求。因此，采用将多个海迅数据库进行联合部署的方案，从而实现所谓“群集数据库”。

（3）服务架构指节能减排实时数据中心提供的标准、统一的数据访问服务和数据接入服务，二次开发接口以及支撑分析辅助决策类综合应用的支撑工具。通过这些服务，可以接入各业务应用的实时/历史数据，提供各业务应用，通过标准、统一的方式访问实时/历史数据的方法，并为跨专业、跨部门的分析辅助决策类综合应用提供必要的支撑。

（4）安全架构则覆盖了节能减排实时数据中心的所有部分，是提供平台软硬件方面整体安全性的所有技术、工具和服务的总和。依据《国家电网公司信息安全防护总体方案》，根据二级系统统一成域，三级系统独立分域的原则，节能减排实时数据中心应划分独立安全域，按照等级保护二级系统要求对网络边界、主机、应用系统、数据库进行安全防护。

2.2 实时数据中心的功能架构

图2给出了节能减排实时数据中心的功能架构，包括监控中心层、通信网络层和现场数据采集层。

（1）监控中心层是整个系统的控制和管理中心，由数据处理层和业务管理层构成，数据处理层负责数据采集和数据计算，业务管理层负责业务管理流程和数据Web发布。

（2）通信网络层包含数据采集接口及数据管理，负责完成对各种不同厂家SIS（实时监控信息系统），MIS（管理信息系统），CEMS（烟气连续监测系统）的数据采集，然后对相关数据按照通信规约进行封装，通过调度网络将各种参数传输至海迅数据平台。

（3）现场数据采集层包含SIS，MIS，CEMS系统等数据源，属发电厂的运行设备。

3 实时数据的集中存储和管理

实时数据中心的功能首先定位为省级节能减排实时数据的集中统一存储[5]，为各类实时信息数据提供高效的存储，提高监管信息化的运作效率，使其成为各个发电厂、集团节能减排系统之间数据交互的平台。

对于整合节能减排相关专业数据的省级数据中心而言，如何统一数据模型的描述十分重要。海迅数据平台采用2种标识符（内部序号和名称）来标识所存储的实时数据。内部序号为整型数，用于数据库内部标示，用户不可更改；名称标识符由用户指定，最多可以由31个ASCII字符组成，在同一个数据处理服务上，名称标识符必须具有唯一性，在不同的数据处理服务器上，数据点名称标识符可以重复使用。

实时数据中心在技术层面上解决传统关系数据库无法解决的历史沉淀数据的存储和快速访问等问题，提升数据传输的效率，提高数据存储的效益，打开了数据共享的一条便捷之道，为今后的信息化建设中实时数据传输和存储工作打下良好的基础。

目前节能减排实时数据中心已有效地整合了浙江省内19个发电厂62台机组约10万个实时、准实时数据点，实现全局实时数据的集中和共享，可以高效、快速和方便地存取与应用，并成功地为节能减排系统在线监控提供相关的实时数据，涵盖热机、环化、省调、信息、自动化等专业，使多个管理部门实时共享监控信息资源，消除各个信息孤岛的信息隔阂。

图2 节能减排实时数据中心功能架构

4 节能减排实时数据中心的应用

节能减排监管系统在实时数据中心平台上自主开发丰富的特色应用和综合应用，充分发挥实时数据中心的功能，例如实时监控、线损统计、综合分析等，特别是在节能减排历史/实时数据的综合查询、统计、报表和分析等方面。

4.1 测点管理

测点管理可使用户方便地寻找、利用实时数据中心存储的数据，使其转化成代表一定意义的指标，帮助用户发现和解决生产中的实际问题。在节能减排监管系统中，各测点均采用统一的命名规范，通过测点命名规范，对各发电厂测点进行统一标识，避免了不同发电厂测点名各异的情况；提供测点监测和管理工具，方便用户实时、及时的对测点进行管理和相关操作。

现场接入的实时测点包括节能和环化两部分。节能指标包括基础数据、炉侧的经济性计算测点、机侧的经济性计算测点、电气的经济性计算测点等4类数据。环化指标包括基础数据、脱硫数据、脱硝数据等3类数据。

除接入的实时测点，还涉及脱硫、脱硝、节能、线损等业务模型及计算公式的相关测点，每台机组约400～500点，合计约3万点，有大量差异化信息需要分析、整理和统一配置。海迅数据库数据平台为实时数据中心数据模型的统一描述提供良好的工具，允许用户通过分组对测点进行归类、描述，为各系统数据标准化、规范化的接入和实时数据的有效整合及集成奠定基础。为能更加准确、快速地对实时数据中心的测点进行管理，根据实际业务需求将节能减排实时数据中心的测点分成3组，包括节能组、减排组和综合组。节能组中存放热机专业特有数据，减排组中存放环化专业特有数据，综合组中存放热机和环化专业共用的基础数据。

4.2 实时门户系统

实时门户系统是基于B/S结构的Web门户系统，可为用户提供实时、高效的服务通道。节能减排监管系统门户可向用户提供访问实时数据中心各种信息资源的入口，具有强大的Web浏览功能，对各类应用服务、参数、图形、报表、实时数据和历史数据等内容提供灵活、丰富、多样的信息展示，使任何被整合到系统中的信息都能以一定的方式进行浏览和查询，并提供历史追溯与反演、断面查询等高级应用功能。

4.3 计算统计服务

节能减排实时数据中心可提供计算统计服务工具，帮助用户根据数据计算统计模型和公式建立计算点，系统自动计算并存入计算结果。计算过程迅捷，计算值准确，使接入的实时测点能在业务应用中更加充分发挥作用，也可减轻用户手工计算统计的工作量，避免计算统计的延误和结果的误差。

在节能减排监管系统建设中，涉及的业务应用种类繁多，且各应用间存在交互关系，计算时间范围广，统计计算量较大，服务公式约30 000个，其中平均每台机组计算点约100个公式，62台机组共计6 200个；平均每台机组统计服务公式约400个，62台机组共计24 800个。

4.4 实时监控

实时数据在节能减排实时数据中心的存储较为分散，为方便用户更加简单、直观地监测节能减排系统的运行情况，通过实时数据中心提供的实时数据展示功能，可将关联测点直接标注在图形上，使用户能准确地判断系统实时运行情况。

节能减排监管系统可通过门户实时监控浙江省电力行业下属发电厂实时运行状况，如机组运行、脱硫/脱硝投运等情况，并快速分析节能减排情况。还能提供丰富多样、图形化的监控展示形式，主要包括地理信息图（总览图）、全省概览、实时监控界面3个部分。

4.5 历史报表查询

在用户的实际业务应用中，通常需要按年、季、月、周、日等时间段查找相关数据，并进行分析对比。实时数据中心提供的历史报表工具，能根据用户需求开发业务报表，以查询到任意对象任意时刻的历史数据，以及任意时刻的历史断面，并可导出数据，实现系统运行数据的“全息”保存和查询。

节能减排监管系统通过实时数据和计算统计服务，可方便、快捷地提取节能减排实时数据，生成各种报表。结合业务需求开发丰富的数据分析等功能，实现统计计算、历史报表查询/排序、信息录入等多种报表功能，以满足节能减排的业务需求。

4.6 辅助分析工具

实时数据中心的关系数据库中保存的历史数据，可为综合分析提供支持，使监管系统横向可进行发电厂间、同类型机组间各指标参数的对比分析，纵向可进行厂级、机组级指标参数历史同期对比，帮助用户更好地对比节能减排系统运行情况，为数据挖掘和决策支持提供数据支撑。

4.7 趋势曲线

为方便用户观察测点的连续性和趋势走向，以及多个测点的趋势对比以分析测点间的内在联系，实时数据中心可提供趋势曲线工具，在同一图形中显示1个或多个测点的某一时间段趋势曲线，测点和时间段均可由用户自定义。

4.8 故障监控与报警

系统和接口在运行中难免会出现异常情况，如停机或数据中断等。一旦发生故障而用户未能及时反应，将会直接影响监管系统的实时性和准确性。为避免出现这一情况，当监控数据出现异常时实时数据中心可提供报警。系统能实时地显示数据接口的通信是否处于正常状态，一旦接口运行有异常情况，如运行信息异常或中断，则能迅速判断此接口的运行状态；可自动记录实时数据中心运行中的异常情况并存入数据库，使用户能实时观察运行情况并及时处理异常，如重启接口等，以消除或减少对监管系统运行的影响。

5 结语

基于海迅数据库的省级节能减排监管系统充分利用海迅数据库的技术优势，在符合电力系统二次安全防护体系要求的架构下，建立体系架构合理、功能强大的省级节能减排实时数据中心平台。下一步将在此基础上构建全省节能减排的一体化、信息化基础平台[6]，更好地为全省节能减排监管工作提供强大的信息化支持。

参考文献：

[1]王伟，杨勇，应芳义.基于海迅数据库的应用开发方法的研究[J].电力信息化，2013（2）∶11-14.

[2]张新长，叶圣涛.基于三层构架的空间数据库分布式体系结构[J].中山大学学报（科学版），2005（6）∶131-133.

[3]孙志长，冯祖洪，王沛栋.一种高效的混合压缩数据挖掘算法[J].计算机应用研究，2009（10）∶3738-3742.

[4]鲍晓宇，施克仁，洪玉萍，等.高速数据采集系统中高速缓存与海量缓存的实现[J].国外电子元器件，2003（7）4-7.

[5]郭广东.实时数据的存储与快速检索技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

[6]杜成刚，曹基华，林一，等.电力节能降耗技术措施分析[J].中国电力，2007（9）∶46-48.

（本文编辑：陆莹）

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，工程师，从事电力行业信息技术工作。