专利名称：电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种对火电厂热效率在线计算与分析的系统，即火电厂实时分析系统，是一套集生产运行、经济管理于一体的集成化决策支持系统。属于电力工业自动化控制类。尤其是电厂分析系统中热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法。
背景技术：
电能是一个国家发展经济所必须具备的物资条件，是提高GDP的主要物质基础。我国的电力发展主要是采用化石燃料(煤、油、气)，到目前为止这种发电方式占绝大部分。虽然由于环保要求提倡清洁能源，像国内最近发展的水力发电，风力发电，核能发电等等，但在当前的过渡阶段发展火力发电还是有其必要的。
安全经济发电是发电厂管理者的首要任务，在经济发电方面，一个重要的指标就是煤耗。计算煤耗主要是分析蒸汽在火电厂热力系统中进行运行时所消耗的蒸汽量(汽耗)，在该汽耗情况下考虑了锅炉效率就变成了我们发电工作者经常起评比作用的煤耗。
要计算热力系统的汽耗必须要掌握热力循环的热力系统，即锅炉的构成、汽机的热力回路。因为在该循环系统中所运行的介质是水和水蒸气，只要有了水和水蒸气热力性质参数后就能通过系统图进行热力计算。
当前也存在不少锅炉，汽机效率分析方面的软件，但在这些常规的软件中存在着一些无法解决矛盾的缺陷，一般是采用大家所认定的经验公式来处理。其中包含锅炉效率问题，在锅炉效率中，经常遇到的问题是锅炉正平衡与反平衡值不能一致，常规是采用反平衡法。影星到热效率在线计算与分析的数据处理。这些软件系统不能准确地反映当前锅炉的热效率，当然也就不能有效的指导机组的运行。另外目前国内耗差分析技术主要存在的问题是设计值与应达值得概念混淆，只能提供定性的分析，耗差信息难以直接指导机组运行。如不能进行较准确轴封漏汽量，这是一个很重要的对耗差信息影响很大的量，而且在汽机不同工作状态也有着很大的变化。目前尚未有良好方法解决之。
从国外引进的OPTIMAX/9000在线性能计算、分析的管理软件，拟将机组运行优化管理从小指标考核转变为应用计算机进行全面性的耗差分析、考核工作。在投运该优化管理系统的过程中，仍需要进行运行指标基准值试验、耗差分析的数学建模以及编制相关耗差分析曲线等方面的工作。
一般而言，运行耗差管理所需的一些基准曲线是通过机组循环效率试验的结果处理得到的，由试验得出不同负荷下机组热耗率、加热器端差及机组厂用电率等主要的运行性能指标参数，作为运行耗差分析和比较的基准。在了解某一运行参数与基准值之间的偏差后，通过查阅相关的耗差分析曲线，得出这一参数偏差对整机效率的影响程度。这些曲线可分为两类一类是汽轮机的进、排汽参数变化的耗差分析，可参照制造厂提供的参数修正曲线；另一类是热力系统设备运行性能和参数变化的耗差分析，则选择了若干个典型的运行负荷工况，采用“等效热降法”原理计算得出相应的耗差曲线。
虽然目前市面上有很多关系数据库，但是均难以完全满足电厂的需求，数据库是一个全电厂范围内的统一数据平台，是用来在不同厂商的产品间传送信息。因此，必须具有开放性，例如采用分布结构的计算机环境，Client/Server结构，可在多种系统配置下运行，在客户端产品底层采用Windows技术和Windows化的界面，有丰富的商业化数据处理工具，对不同的DCS、PLC、工控机等厂商产品有丰富的接口经验。
由于实时/历史数据库采集的速度快，数据量大，精度要求高，并且带有时标，便于分析和生成报表，才适合目前电厂的数据采集和分析。
发明内容
本发明目的是提出一种电厂分析系统中热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法。通过对热力系统进行热力分析得到汽耗，尤其是准确的得到轴封漏汽量数据，用于较精确的获得耗差信息，将可靠的经证实的耗差分析曲线(包括制造厂提供的参数修正曲线)与DSC采集的数据结合起来，更仿真的进行热效率在线计算与分析的数据处理和存储，得出参数偏差对整机效率的影响程度。
本发明的目的还在于以MS-SQLSERVER2000数据库为基础建立一个实时/历史数据库，在线存储多年的工艺数据，即以用户或应用的要求，包括毫秒级的数据存储历史数据，采用分布式结构进行数据采集和存储，接口能支持网络节点之间的容错技术，当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据。
本发明的目的是这样实现的电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，包括连接的DCS系统中得到采样数据，通过IFC公式对热力系统进行热力分析很容易就得到汽耗和耗差，其特征是对轴封漏汽量数据的处理方法高低齿形的轴封漏汽量采用下式Gg=3.6×2.09×μg×βg×F×10-2p1v1]]>式中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，它与轴封齿的形状和安装方式有关，βg为轴封漏汽量与同一参数下的临界漏汽量之比，根据齿数和压力比由图2查得。F为轴封间隙的环形面积F＝π·D·δD为轴封间隙处的轴径。
δ为轴封的径向间隙。
p1、v1分别为轴封间隙前的蒸汽压力和比容。
其中F、D、δ可以由汽轮机的设计图纸中得到。轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1从连接的DCS系统中得到，v1由轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1经过IFC公式计算得到；式中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，由轴封漏汽的流量系数μg与δ/Δ的关系曲线(关系图)中得到μg的取值曲线与不同的齿形有关，而齿形可以从汽轮机的曲线中得到，Δ为轴封的齿的宽度，将关系曲线转化为数组，数组从上到下，每一行分别为右斜角齿，左斜角齿，右圆角齿，左圆角齿，圆齿，尖齿和平齿；从左到右，分别为δ/Δ的值为0，1，2，3，4，5，6，7的情况；βg的取值情况由相对漏汽量βg与p2/p1的关系曲线，将关系曲线亦转化为数组，最后，根据公式，将取得的值代入，计算出轴封漏汽量GG＝sqrt(p1*10.1972/v1)*3.6*2.09*tg*bg*F*0.01；//F为轴封间隙的环形面积，//v1为轴封段前的蒸汽比容，式中p1*10.1972是因为公式中的压力单位为大卡，而DCS系统中取得的压力数据单位为千帕，所以要乘以10.1972进行单位转换。
热效率在线计算与分析的数据存储的方法，设有实时/历史数据库，在线存储多年的工艺数据，包括毫秒级的数据存储历史数据，以数据的原型存贮，即数据的采集与存贮保持原有的采样间隔和采样精度；数据只存贮一次，以数据的基本形式存贮，支持过程优化、先进控制、专家系统和其它复杂计算功能，以满足不同用户或应用程序的要求。
采用分布式结构进行数据采集和存储，接口能支持网络节点之间的容错技术，当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据，采用分布式数据存贮数据暂时保存在该节点上，保证数据在节点上的故障数据不丢失。
实时数据库的数据跨度大概需要两年或更多。采用先进的压缩技术和保持原有精度的还原技术。根据上述方法构成的RAST(Realtime Analyse System Of ThermalPower Plant)系统，即火电厂实时分析系统，是一套集生产运行、经济管理于一体的集成化决策支持系统。它以企业内部网为依托，以能损分析、成本管理和辅助决策为核心，在对大量生产、经营实时和历史数据信息进行有效组织和控制，运用最新的计算机、优化控制、人工智能、数据库仓库等技术实现了生产经营指标动态分析的功能，在保证电厂安全生产的前提下，实现经济运行，降低机组的煤耗率，提高机组的运行的经济性，同时为电厂的运行人员和领导的生产决策提供全面、真实的依据。
本发明编制了IFC软件，由该软件计算出来的水和水蒸气热力性质参数已被中国电力出版社出版(IFC公式，国际水和水蒸气性质参数计算委员会所编制的公式，将该公式编制成软件对热力系统进行热力分析很容易就得到汽耗)。
系统实现方法主要通过三条途径实现其目标一、量化设备、机组指标，根据操作指导选择最优化的运行方式，降低燃料成本。
二、对各种设备进行全方位故障预测、寿命管理，变计划检修为状态检修，降低设备维护成本。
三、负荷预测，优化运行调度，优质高效响应电网负荷要求，提高服务质量，增强企业竞争力。
图1轴封漏汽的流量系数μg与δ/Δ的关系图2相对漏汽量βg与p2/p1的关系曲线图3是配置库界面图具体实施方式
轴封漏汽量的计算计算轴封漏汽量时，因为平齿结构会导致漏汽量增大，所以，现在运行的机组中一般以高低齿形为主。所以在本软件中只考虑高低齿形。计算高低齿形的轴封的漏汽量，我们采用了下面的公式Gg=3.6×2.09×μg×βg×F×10-2p1v1]]>公式中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，它与轴封齿的形状和安装方式有关，可由查图1得到。
βg为轴封漏汽量与同一参数下的临界漏汽量之比，根据齿数和压力比由图2查得。F、D、δ的定义如上述。
p1、v1分别为轴封间隙前的蒸汽压力和比容。
其中F、D、δ可以由汽轮机的设计图纸中得到。轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1从同本软件连接的DCS系统中得到，v1由轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1经过IFC公式计算得到。
下面分别讲述μg、βg在本发明方法的软件中取值的计算方法。μg的取值从图1从图1中可以看出，μg的取值曲线与不同的齿形有关，而齿形可以从汽轮机的设计图中得到。图1中的Δ为轴封的齿的宽度，同样也可以由设计图中找到。
在本发明方法中，我们把图1的曲线转化为数组，数组结构如下double TG[7][8]＝{ {1，0.74，0.71，0.69，0.69，0.69，0.69，0.69}，{1，0.8，0.76，0.74，0.74，0.74，0.74，0.74}，{1，0.75，0.75，0.75，0.75，0.75，0.75，0.75}，{0.99，0.96，0.96，0.96，0.96，0.96，0.96，0.96}，{0.99，0.97，0.97，0.97，0.97，0.97，0.97，0.97}，{1，0.81，0.77，0.74，0.74，0.74，0.74，0.74}，{1，0.73，0.70，0.68，0.67，0.67，0.67，0.67}}；数组从上到下，每一行分别为右斜角齿，左斜角齿，右圆角齿，左圆角齿，圆齿，尖齿和平齿。从左到右，分别为δ/Δ的值为0，1，2，3，4，5，6，7的情况。
在图1中，有的齿形的曲线长度比较短，这是因为在这种齿形的情况下，δ/Δ的值的范围比较小的缘故，所以超出曲线的情况，我们就采用曲线上最后一个点的值，一般情况下，这样做不会引起太大的误差。
βg的取值情况如图2所示图2中p1，p2分别为轴封段前后的蒸汽压力，可以从DCS系统中取得。Z为齿数，可以从汽轮机的设计图纸中得到。把上图转化为如下的数组double BG[14][11]＝{ {1，1，1，1，1，1，1，0.95，0.85，0.64，0}，{0.82，0.82，0.82，0.82，0.82，0.8，0.77，0.72，0.62，0.45，0}，{0.70，0.70，0.70，0.70，0.70，0.68，0.65，0.6，0.5，0.37，0}，{0.65，0.65，0.65，0.65，0.63，0.61，0.57，0.52，0.44，0.32，0}，{0.58，0.58，0.58，0.58，0.57，0.56，0.52，0.47，0.4，0.3，0}，{0.54，0.54，0.54，0.54，0.53，0.51，0.48，0.43，0.37，0.26，0}，{0.48，0.48，0.47，0.46，0.45，0.45，0.42，0.37，0.32，0.24，0}，{0.43，0.43，0.43，0.42，0.42，0.4，0.37，0.33，0.28，0.22，0}，{0.38，0.38，0.37，0.36，0.36，0.35，0.32，0.28，0.24，0.17，0}，{0.32，0.32，0.31，0.31，0.3，0.29，0.27，0.24，0.2，0.14，0}，{0.27，0.27，0.26，0.26，0.25，0.24，0.22，0.2，0.16，0.13，0}，{0.24，0.24，0.23，0.23，0.22，0.2，0.19，0.16，0.14，0.09，0}，{0.2，0.2，0.19，0.18，0.18，0.17，0.16，0.15，0.11，0.08，0}，{0.17，0.17，0.16，0.15，0.15，0.15，0.14，0.12，0.10，0.07，0}}；数组从上到下，每一行分别为齿数为1，2，3，4，5，6，8，10，14，20，30，40，60，80。从左到右，分别为p1/p2的值为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1的情况。
μg、βg取值的代码如下int i，j；if(delta＝＝0)//delta的值为齿宽Δj＝1；elsej＝int(d/delta)；//d为轴封的径向间隙δi＝type；//type即齿形，值与数组的排列相对应tg＝TG[i][j]；//从TG数组中取得对应的值if(z＜＝6)i＝z-1；//z为齿数else if(z＞6&&z＜＝8)i＝6；else if(z＞8&&z＜＝10)i＝7；else if(z＞10&&z＜＝14)i＝8；else if(z＞14&&z＜＝20)i＝9；else if(z＞20&&z＜＝30)i＝10；else if(z＞30&&z＜＝40)i＝11；else if(z＞40&&z＜＝60)i＝12；else if(z＞60)i＝13；else return 0；
float p21；if(0＝＝p1)p21＝1；elsep21＝p2/p1；//p1，p2分别为轴封段前后的蒸汽压力float G；j＝(int)(p21*10)；bg＝BG[i][j]；//从BG数组中取得对应的值最后，根据公式，将取得的值代入，计算出轴封漏汽量GG＝sqrt(p1*10.1972/v1)*3.6*2.09*tg*bg*F*0.01；//F为轴封间隙的环形面积//v1为轴封段前的蒸汽比容，式中p1*10.1972是因为公式中的压力单位为大卡，而DCS系统中取得的压力数据单位为千帕，所以要乘以10.1972进行单位转换。
针对目前各个电厂生产管理的目标以及火电厂运行期间的各个特点，本发明一系列的解决方案，其主要核心是实时数据库。本发明以MS-SQLSERVER2000数据库为基础建立一个实时/历史数据库服务器双机备份、还原具备如下功能通过对正在运行的主备服务器进行主机备份、备机还原服务器双机备份、还原具备如下功能通过对正在运行的主备服务器进行主机备份、备机还原的操作，使主备机的数据库保持一致，即使出现主备机切换，也可以保持两台服务器的同步和数据完整性，无需人工干预。具体说明如下1、原有数据库名不变，作为配置数据库。历史数据单独放到历史库中，此数据库名约定为“数据库_data”。
2、设置dms_history“对方服务器”为对方服务器的机器名或地址，“备份文件所在磁盘”中填写本机的一个磁盘，用来存放数据库备份文件，主备机应填写一致且此盘空间应较大。然后在此盘根目录下新建文件夹“BACKUP”作为存放数据库备份文件的目录，并把这个文件夹设置为共享，开放可更改权限，。
3、在所有机器的dms_dbsrc.exe程序中，主数据库连接字符串中填写主服务器的机器名或地址。
4、配置数据库中临时表DATA_TODAY、DATA_YESTERDAY存放最近两天的历史数据，当备份还原的触发条件满足时，系统进行如下过程①删除主机配置库临时表DATA_TODAY、DATA_YESTERDAY。
②将主机历史数据库中最近两天的OFFLINE表导入到这两张临时表。
③主机配置数据库进行备份，生成备份文件为CONFIG.BAK，然后将备份文件拷到备机相同位置。
④备机还原配置数据库。
⑤删除备机历史库中最近两天的OFFLINE表。
⑥将备机配置数据库中两张临时表导回备机历史库中，此时整个过程结束。
此过程中备份还原的是配置数据库，因数据库容量较小，故程序执行时间也相对较短，从而提高了系统性能，同时也能保证主备机配置库和历史库的数据一致。
5、主机历史数据库每天进行一次备份，且备份文件DATA.BAK会拷到备机，但不进行还原操作。
6、如果主服务器遇到系统故障，备服务器会自动升为主服务器，当故障机器恢复后①如果数据库没有损坏，则需要先删除此机器配置库和历史库中的表，然后采用人工方式将正在运行主机数据库中的表导入这两个数据库中。
②如果数据库已损坏，则需重新安装数据库，再新建配置库和历史库，然后采用相同方法人工导表。
7、当备服务器遇到系统故障时，还原方法同主服务器。
8、人工导表方法(以配置库为例)右击配置数据库，在“所有任务里”选择“导入数据”图3所示，在“数据源”中选择对方服务器和它的配置数据库，在“目的”中选择本机和配置数据库，选择“使用SQL Server身份验证”，用户名为“sa”，密码为空。接着按提示全选所有表，最后按提示完成即可。(注在导表前必须先删除原库中所有表。
●为生产和管理获取所有的相关信息，可以生成过去和现在的所有操作情况画面，以足够的信息供用户以不同的视角在统一的数据库访问相同的信息，获得不同的应用。●在线存储多年的工艺数据，即以用户或应用的要求，包括毫秒级的数据存储历史数据，以利于工艺和设备的运行状况分析。电厂需要分析的数据跨度大概需要两年或更多。●以数据的原型存贮，即数据的采集与存贮保持原有的采样间隔和采样精度而不必考虑将来如何用，但这需要占用大量的磁盘空间，采用先进的压缩技术和保持原有精度的还原技术是可取的。●数据只存贮一次，以数据的基本形式存贮，并可对数据进行任何格式的计算和归纳处理。支持过程优化、先进控制、专家系统和其它复杂计算功能，以满足不同用户或应用程序的要求。●数据库是一个全厂范围内的统一数据平台，是用来在不同厂商的产品间传送信息。因此，必须具有开放性，例如采用分布结构的计算机环境，Client/Server结构，可在多种系统配置下运行，在客户端产品底层采用Windows技术和Windows化的界面，有丰富的商业化数据处理工具，对不同的DCS、PLC、工控机等厂商产品有丰富的接口经验。●数据采集和存储的可靠性。采用分布式结构进行数据采集和存储，接口能支持网络节点之间的容错技术，当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据，采用分布式数据存贮数据暂时保存在该节点上，保证数据在节点上的故障数据不丢失。由于实时/历史数据库采集的速度快，数据量大，精度要求高，并且带有时标，便于分析和生成报表，因此十分适合目前电厂的数据采集和分析。
权利要求
1.电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，连接DCS系统得到采样数据，通过IFC公式对热力系统进行热力分析得到汽耗和耗差，其特征是对轴封漏汽量数据的处理方法为高低齿形的轴封漏汽量采用下式Gg=3.6×2.09×μg×βg×F×10-2p1v1---(1)]]>式中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，它与轴封齿的形状和安装方式有关，βg为轴封漏汽量与同一参数下的临界漏汽量之比，根据齿数和压力比由图查得；F为轴封间隙的环形面积F＝π·D·δD为轴封间隙处的轴径；δ为轴封的径向间隙p1、v1分别为轴封间隙前的蒸汽压力和比容；其中F、D、δ由汽轮机的设计图中得到，轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1从连接的DCS系统中得到，v1由轴封间隙前的蒸汽压力p1和温度t1经过IFC公式计算得到；式中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，由轴封漏汽的流量系数μg与δ/Δ的关系曲线中得到μg的取值曲线与不同的齿形有关，而齿形从汽轮机的曲线中得到，Δ为轴封的齿的宽度，将关系曲线转化为数组，数组从上到下，每一行分别为右斜角齿，左斜角齿，右圆角齿，左圆角齿，圆齿，尖齿和平齿；从左到右，分别为δ/Δ的值为0，1，2，3，4，5，6，7的情况；βg的取值情况由相对漏汽量βg与p2/p1的关系曲线，将关系曲线亦转化为数组，最后，根据公式，将取得的值代入，计算出轴封漏汽量GG＝sqrt(p1*10.1972/v1)*3.6*2.09*tg*bg*F*0.01；(2)//F为轴封间隙的环形面积//v1为轴封段前的蒸汽比容，p1*10.1972是压力单位换算系数。
2.根据权利要求1所述的电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，其特征是式(1)中μg为高低齿形轴封漏汽的流量系数，βg为轴封漏汽量与同一参数下的临界漏汽量之比取值的计算方法是μg的取值于轴封漏汽的流量系数μg与δ/Δ的关系图和βg与p2/p1的关系曲线转化为数组，关系曲线中p1，p2分别为轴封段前后的蒸汽压力，从DCS系统中取得；从BG数组中取得对应的值，计算出轴封漏汽量G。
3.由权利要求1所述的电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，其特征是热效率在线计算与分析的数据存储的方法是，设有实时/历史数据库，在线存储多年的工艺数据，包括毫秒级的数据存储历史数据，以数据的原型存贮，即数据的采集与存贮保持原有的采样间隔和采样精度；数据只存贮一次，以数据的基本形式存贮。
4.由权利要求3所述的电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，其特征是采用分布式结构进行数据采集和存储，接口能支持网络节点之间的容错技术，当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据，采用分布式数据存贮数据暂时保存在该节点上，保证数据在节点上的故障数据不丢失。
5.由权利要求3所述的电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，其特征是服务器双机备份、还原具通过对正在运行的主备服务器进行主机备份、备机还原服务器双机备份；还原方法通过对正在运行的主备服务器进行主机备份、备机还原的操作，使主备机的数据库保持一致原有数据库名不变，作为配置数据库。历史数据单独放到历史库中，此数据库名约定为“数据库_data”；设置dms_history“对方服务器”为对方服务器的机器名或地址，“备份文件所在磁盘”中填写本机的一个磁盘，用来存放数据库备份文件，主备机应填写一致且此盘空间应较大；然后在此盘根目录下新建文件夹“BACKUP”’作为存放数据库备份文件的目录，并把这个文件夹设置为共享，开放可更改权限；在所有机器的dms_dbsrc.exe程序中，主数据库连接字符串中填写主服务器的机器名或地址；配置数据库中临时表DATA_TODAY、DATA_YESTERDAY存放最近两天的历史数据，当备份还原的触发条件满足时，系统进行备份删除主机配置库临时表DATA_TODAY、DATA_YESTERDAY；将主机历史数据库中最近两天的OFFLINE表导入到这两张临时表；主机配置数据库进行备份，生成备份文件为CONFIG.BAK，然后将备份文件拷到备机相同位置；备机还原配置数据库；删除备机历史库中最近两天的OFFLINE表；将备机配置数据库中两张临时表导回备机历史库中，此时整个过程结束；备份还原的是配置数据库。
全文摘要
电厂热效率在线计算与分析的数据处理和存储的方法，连接DCS系统得到采样数据，通过IFC公式对热力系统进行热力分析得到汽耗和耗差，对轴封漏汽量数据的处理方法为高低齿形的轴封漏汽量采用上式公式，式中μ
文档编号G05B19/02GK1888988SQ20061004088
公开日2007年1月3日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者范存海 申请人:南京迪玛斯电气有限公司