（热能工程专业论文）基于bs模式的电站热经济性优化系统研究与开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 论述了基于b s ( 浏览器服务器) 模式的电站热经济性能优化系统结构的特点 和发展现状。指出与以往的c s ( 客户端服务器) 结构相比的优越性。其次，论述 了机组性能计算的通用数学模型和能损分析模型。接着阐述此优化系统后台数据库 的设计思想一实时和历史交互式动态数据库的建立过程。然后，详细论述c 撑语言编 写的数据采集软件的功能以及针对采集到的一次数据所进行的数据预处理的方法 和该系统各个集成模块的功能。最后论述了以w e b 为平台的电站热经济性能优化系 统在“通用性方面的设计。研究结果可以为提高机组的运行经济性和节能降耗提 供依据和手段。 关键词：b s 模式，数据采集，数据库，通用模型，性能优化 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ee l a b o r a t e dp o w e rp l a n tt h e r m a le c o n o m i c a lo p t i m i z a t i o ns y s t e mt h e p a t t e r nb a s e do na d v a n c e db s ( b r o w s e r s e r v e r ) f i r s t ，e l a b o r a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f w e bb ss y s t e ms t r u c t u r e ，t h ed e v e l o p m e n tp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h es u p e r i o r i t yc o m p a r e t of o r m e rc s ( c l i e n t s e r v e r ) s t r u c t u r es y s t e m n e x t ，e l a b o r a t e dt h eu n i te f f i c i e n c y c o m p u t a t i o n sg e n e r a lm a t h e m a t i c a lm o d e la n da n a t o m i cm o d e lo fe n e r g yl o s s t h e n e l a b o r a t e dt h i so p t i m i z a t i o ns y s t e m sd a t a b a s ed e s i g nc o n c e p t - - t h ep r o c e s so fr u n t i m e a n dh i s t o r i c a li n t e r a c t i v ed a t a b a s e se s t a b l i s h m e n to nt h eb a c k s t a g e t h e n ，t h ed e t a i l so f t h ed a t aa c q u i s i t i o ns o f t w a r e sf u n c t i o na n dd a t ap r e t r e a t m e n tm e t h o d sa n dt h ef u n c t i o n s o ft h ev a r i o u si n t e g r a t e dm o d u l e si nt h i ss y s t e m f i n a l l y , e l a b o r a t e dt h e “v e r s a t i l i t y o f t h i s s y s t e mt a k ew e ba st h ep l a t f o r m t h ef i n d i n g sm a yt oe n h a n c et h eu n i tt h e m o v e m e n te f f i c i e n c ya n dp r o v i d et h eb a s i sa n dm e t h o d st oe n e r g yc o n s e r v a t i o n l id o n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l ib i n k e y w o r d s ：b sp a t t e r n ，d a t aa c q u i s i t i o n ，d a t a b a s e ，u n i v e r s a lm o d e l ，e f f i c i e n c y o p t i m i z a t i o n 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 论述了基于b s ( 浏览器服务器) 模式的电站热经济性能优化系统结构的特点 和发展现状。指出与以往的c s ( 客户端服务器) 结构相比的优越性。其次，论述 了机组性能计算的通用数学模型和能损分析模型。接着阐述此优化系统后台数据库 的设计思想一实时和历史交互式动态数据库的建立过程。然后，详细论述c 撑语言编 写的数据采集软件的功能以及针对采集到的一次数据所进行的数据预处理的方法 和该系统各个集成模块的功能。最后论述了以w e b 为平台的电站热经济性能优化系 统在“通用性方面的设计。研究结果可以为提高机组的运行经济性和节能降耗提 供依据和手段。 关键词：b s 模式，数据采集，数据库，通用模型，性能优化 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ee l a b o r a t e dp o w e rp l a n tt h e r m a le c o n o m i c a lo p t i m i z a t i o ns y s t e mt h e p a t t e r nb a s e do na d v a n c e db s ( b r o w s e r s e r v e r ) f i r s t ，e l a b o r a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f w e bb ss y s t e ms t r u c t u r e ，t h ed e v e l o p m e n tp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h es u p e r i o r i t yc o m p a r e t of o r m e rc s ( c l i e n t s e r v e r ) s t r u c t u r es y s t e m n e x t ，e l a b o r a t e dt h eu n i te f f i c i e n c y c o m p u t a t i o n sg e n e r a lm a t h e m a t i c a lm o d e la n da n a t o m i cm o d e lo fe n e r g yl o s s t h e n e l a b o r a t e dt h i so p t i m i z a t i o ns y s t e m sd a t a b a s ed e s i g nc o n c e p t - - t h ep r o c e s so fr u n t i m e a n dh i s t o r i c a li n t e r a c t i v ed a t a b a s e se s t a b l i s h m e n to nt h eb a c k s t a g e t h e n ，t h ed e t a i l so f t h ed a t aa c q u i s i t i o ns o f t w a r e sf u n c t i o na n dd a t ap r e t r e a t m e n tm e t h o d sa n dt h ef u n c t i o n s o ft h ev a r i o u si n t e g r a t e dm o d u l e si nt h i ss y s t e m f i n a l l y , e l a b o r a t e dt h e “v e r s a t i l i t y o f t h i s s y s t e mt a k ew e ba st h ep l a t f o r m t h ef i n d i n g sm a yt oe n h a n c et h eu n i tt h e m o v e m e n te f f i c i e n c ya n dp r o v i d et h eb a s i sa n dm e t h o d st oe n e r g yc o n s e r v a t i o n l id o n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l ib i n k e y w o r d s ：b sp a t t e r n ，d a t aa c q u i s i t i o n ，d a t a b a s e ，u n i v e r s a lm o d e l ，e f f i c i e n c y o p t i m i z a t i o n 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于b s 模式的电站热经济性优化系 统研究与开发，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：兰：3 ：型2 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日 期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 随着电力行业的不断改革、电力技术日新月异，厂网分开、竟价上网已成为必 然发展趋势。节约能源，提高能源利用率是我国发展能源工业的战略方针。火力发 电在我国的能源工业中占有主导地位，所以提高火电厂的能源利用率具极其重要的 意义。提高火电厂的能源利用率不仅是降低发电成本的需要，而且是保护资源和环 境、实现可持续性发展的需要。因此，火电厂的节能工作是一项经常性的重要工作。 提高火电厂的能源利用率，必须依靠科学和技术进步。随着世界范围内的科学技术 革命的迅猛发展，许多新技术、新成果正日益应用到火电厂节能工作中。利用计算 机和信息技术来提高火电厂的能源利用率，已经成为火电厂节能工作的一个重要方 面。在确保机组安全运行的前提下，如何利用计算和信息技术对火电厂生产过程中 的大量信息进行采集和处理，通过调整可控参数使机组始终保持在最佳经济工况下 运行，最大限度地降低供电煤耗率是市场经济对发电厂提出的现实要求。 火电厂的经济性与机组设备状态有着直接的关系，热力系统各参数当前值与应 达值的偏离程度的大小是机组运行水平及设备状态好坏的直接表现形式。不同的 参数对能耗的影响程度不同。随着机组容量的增大，热力系统也越来越复杂，靠人 工来判断各参数运行水平及设备状态的好坏非常困难。另一方面，计算机在电力行 业特别是电厂运行方面的运用越来越广泛，微机技术也越来越成熟。随着电站的自 动化水平不断提高，电站前端表示运行工况的手段和方式将变得越来越详细。 为了进一步将这些数据更直观的在电厂内部各级员工以及外部有关人士面前展 示，使操作人员在掌握计算机操作系统的基础上短时间内有效把握到工况的变化情 况，并做出相应准确的动作。开发一套用于火电厂能损在线分析【2 】、诊断和管理的 软件是十分必要的。电站热经济性优化系统就是一个良好的平台。在电站运行时， 系统将电站相关人员所需要的重要参数处理后将数据在第一时间通过w e b 服务器 反馈给各个客户机。使人们能轻松的在监视屏上观测数据。最重要的是一旦观测到 从现场采集到的数据里存在不合理情况。操作人员可以直接通过不合理的测点代码 很快找到测点位置，并且下达正确的检修命令。检修人员即可带着明确的检修方向 和缩减的检修区域，在小范围内将错点进行排查。系统通过这一系列的判断举措， 大大减少了故障诊断所需投入的人力物力。同时，员工在最短时间内切断故障源有 效防止了故障的连锁反应，大大降低了运行的风险系数。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状及发展趋势 2 0 世纪8 0 年代，随着国家电厂的数量不断增多，大量不同功率的火电机组投 产并应用，以及大批复杂且有各自针对性的辅助式控制系统投入运行在线监测技术 应运而生。我国火电厂在线监测装置大体可分为两大类：集中式微机在线监测系 统和分散式在线监测系统。前者是将被测信号通过电缆引入设在中央控制室的微机 在线监测屏，并进行集中监测。后者则是利用专用的测试仪器，从固定安装在电气 设备附近的专用传感器上取得信号，就地进行测量。前者在网络拓扑结构上又可以 分为两种方式：c s 结构【3 】( 客户端服务器模式) ，和b s 结构( 浏览器朋艮务器模 式) 采用c s 模式设计的系统是以局域网广域网为平台。当前，客户机服务器 结构已成为计算机应用的主要形式，而服务器在其中扮演了不可或缺的重要角色， 所以服务器又被称为“e 时代的基本元素”。火电厂在建立了基于c s 模式下的在线 监测辅助系统以后，现场工作人员与管理层人员都能轻松直观的把握住火电机组运 行情况。随着w e b 和i n t e r n e t 计算环境的发展，将使火电厂能够以更快的速度、更 低的费用去创建和布置电厂的应用系统，而且，借用于w w w 技术使系统服务面涵 盖更为宽广。因而，普遍认为c s 架构将会被取代。i n t e r n e t 为数据库应用系统提供 了新的机会，就是去构建一种以w e b 为中心的应用技术。即采用b s 结构，客户机 上只要安装一个浏览器，如n e t s c a p en a v i g a t o r 或i n t e r n e te x p l o r e r ，最多再安装很 小的支持库，如j a v a 或v b 的动态连接库：中间层采用w e b 服务器，它接受客户端 的请求，将其转换为s q l 语句，通过o d b c 或其他手段传给数据库服务器，并将 数据库服务器返回的结果用h t m l 文件格式传回给客户机在从主机系统、c s 架 构到b s 演变中，应用程序由分布式向集中式的方向发展。 美国、加拿大等西方国家早在七十年代初就开始了电厂热力系统性能在线监测 系统1 3 j 的研究开发与实施。当时的试验重点是用热偏差分析法对机组热耗变化进行 在线监视，通过对一些可控参数的调整，使机组的运行能耗减至最小。8 0 年代初， 美国著名的研究机构e p r i t 4 】集中了一大批研究人员，并联合了众多电力公司及有关 电厂，开始对性能在线监测工作进行全面的研究和试验，其目的是通过对电厂性能 进行连续的监测，了解影响电厂性能的各种因素，并对这些因素加以分析和控制， 最终使电厂运行效率得到提高。随后，英国的b a b c o c kc o n t r o l s 、西德的d v g 与 v g b p j 、日本的c r i e p i 、m i t s u b i s h i 、h i t a c h i 以及瑞士的b b c 等公司、科研机构也 进行了相应的研究与试验。目前，美国、法国和日本等西方国家所生产的大型机组 几乎都配有成套的性能在线监测系统【6 】。它所带来的经济效益是十分显著的，据有 关资料介绍，通过对一台5 7 5 m w 机组的运行参数进行监测和优化运行可使机组热 耗率下降约2 0 0 k j ( k w h ) ，或使一台6 0 0 m w 机组的运行费用每小时减少4 0 万美元。 2 华北电力大学硕士学位论文 目前，国内火电厂优化系统的开发和应用正处于发展阶段。许多高校和机构如：西 安交通大学、东南大学、华北电力大学、西安热工研究院等正在进行这方面的工作。 并且取得了一定的成绩。优化管理软件中有相当一部分属于m i s 范畴。如过程信息 统计分析，设备管理等软件【丌。由于缺乏相应的实时设备维护、分析及决策软件支 持，所以在实际应用中与国外同类软件相比仍有一定差距。在经济性计算和能损分 析方面发展趋势可大致归为两个：第一个是从理论研究方面，针对理论和实践中的 难点来完善分析的各种方法。第二个是从模拟试验的角度出发，用计算机编程计算 来得出新的求解思路和方法。使得开发出有关能损分析的系统功能更加完善。 1 3 论文主要研究内容 火电机组热经济性优化系统是一个庞大而复杂的系统，涉及到很多方面的内 容。从系统结构上讲，热经济性运行优化系统由许多子系统组成。不同的功能模块 根据现场不同的参数特征计算出各项经济指标。本文以大型火电机组为研究对象， 模拟电厂运行环境，在全面分析了机组热经济性指标的基础上，对现场坏点数据进 行了预处理，并开发了数据采集和预处理软件和基于b s 模式的电站热经济性优化 系统。 ( 1 ) 全面分析机组热经济性指标及计算模型 要准确反映机组的热经济性，应该全面考虑反映机组经济性能的各种因素，包 括监测机组的主要热经济指标和对机组经济性能有影响的小指标。本论文中系统构 成的核心部分是热力计算，由f o r t r a n 语言编写。主要研究的性能计算包括：锅 炉效率计算。汽轮机缸效率计算。汽轮机相对内效率计算。( d 机组总体热力 性能计算，等。另外热力计算算法考虑到热力系统的再热及非再热、加热器类型、 加热器是否解列。做到了性能计算的通用性，并能对热力系统做出直观的经济性的 分析。同时自身用动态链接库( d l l ) 方式封装。组态时更加方便和灵活。 ( 2 ) 对能量耗差分析和运行优化的研究 对能量耗差分析的研究主要是分析机组运行过程中各种主要参数偏离目标值 时对机组煤耗的影响。考虑的主要参数分析包括：过量空气系数分析、飞灰含碳量 分析、排烟温度分析、主蒸汽压力分析、主蒸汽温度分析、再热蒸汽温度分析等等。 对运行优化的研究主要包含目标值的确定和运行指导两部分，本文采用程序编译的 数据库自动寻优模块对目标值进行确定。然后对机组调峰、机组循环水系统、加热 器等方面进行运行指导。 ( 3 ) 对电站数据预处理方法的研究 对于电厂运行优化系统，总是围绕数据的采集、管理、处理分析、共享发布等 3 华北电力大学硕士学位论文 进行的，因此数据采集的正确与否直接影响在线性能计算的结果和运行优化系统的 正常运行。本文针对现场采集回来带有误差的数据，利用数据微粗调加权平均法、 最d x - - 乘法线性拟合、查尔逊外推技术、拉格朗日插值法、牛顿插值法、h e r m i t e 插值法，等六种方法进行处理研究。并用c # 语言将其编译成程序，以大量历史数据 为试验平台。目的就是将数据的溢出值和0 值情况剔出，然后用各种方法得出来的 数据进行替代，从而减小热力计算的复杂度。最后比较出这六种预处理方法的优劣。 ( 4 ) 基于b s 模式的热经济性运行优化系统的研究与开发 从现有的单元机组热经济性在线分析系统出发，结合i n t e m e t 技术完成基于b s 模式的热经济性运行优化系统，在系统全面开发的基础上，进一步完善优化，以提 高系统的通用性和复用性以及用户操作的适应性。本论文实现了部分系统功能的组 件化和模块化。软件系统结构如图1 1 所示。 图卜1 软件结构图 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章火电机组在线性能计算数学模型 2 1 炉侧计算模型 锅炉性能计算主要指锅炉效率计算。锅炉效率计算方法通常有正平衡法和反平 衡法两种。正平衡法即用已知燃料消耗量及有效利用量来计算锅炉效率；反平衡法 即通过锅炉各项损失来计算锅炉效率。 2 1 1 正平衡计算模型阳1 1 ) 锅炉输入热量 对应于l k g 燃料输入锅炉的热量为 q r = 妣n 吼+ 玉+ q ”+ q z q ( 2 - 1 ) 式中q a t n c t 一燃料的收到基低位发热量，k j k g ； 厶一燃料的物理显热，k j k g ； q w r 一外来热源加热空气时带入的热量，k j k g ： 幽雾化燃油所用蒸汽带入的热量，k j k g 。 ( 1 ) 燃料的物理显热i f i r - - - c p ，a r t r ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 2 ) 式中白，盯一燃料的收到基比定压热容，k j ( k g ) ； t ，一燃料温度， 固体燃料比热容巳，| 为 c 声= q 等+ 而m a r 4 1 8 7 ( 2 3 )声一而r + 而 ( - ) 式中气一燃料干燥基比热容。 若燃料未用外界热量加热，则只有当m a r 二云r n e t 时才必须计算这项热量。 口， ( 2 ) 外来热源加热空气时带入的热量9 ， q = ( e 一咒) ，k j k g 5 ( 2 4 ) 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 - 4 ) 式中：一空气预热器入口处的过量空气系数； 露一按加热后空气温度计算的理论空气焓，k j k g ： 咒一基准温度下的理论空气焓，k j k g ； ( 3 ) 雾化燃油所用蒸汽带入的热量q 珥 q = g 玛( 一i 则) ，k j k g一珥珥、珥珥，u 7 ( 2 5 ) ( 2 5 ) 式中q 一雾化l k g 燃油所用的蒸汽量，k g k g ； q 一雾化蒸汽在入口参数下的焓，k j k g ： 乞，。一基准温度下饱和汽的焓，k j k g 。 对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有用外界热量进行预热，且燃煤水分 m a r j 时，口f ，= o ； ：当i 时，若i 和所代表的加热器在同一加热单元内，则嘞= 乃，否则a u = q 。 2 ) 矩阵【皿】及矩阵【p h 】 阻】= 【巩】： d l d 2 ： 见 弛毛 e d 2 b z d n k ( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) 矩阵【b 】由各级抽汽量q 决定；矩阵【d 蔚】可视为【q 】的修正矩阵，其中班为 进入第i 级控制体的第一类辅助汽水流量代数和( i = l ，2 ，n ) 。 华北电力大学硕士学位论文 3 ) 矩阵 q 】 【q 】_ g q 2 如 q f i 矩阵【q 】由进入各级控制体的辅助能量的代数和q 构成( i = l ， 4 ) 矩阵h h = ( 2 3 0 ) 2 ，n ) 。 ( 2 3 1 ) 矩阵 f 】为1 对角矩阵，主对角上的元素，为主给水( 或主凝结水) 在各级控制 体中的焓升。 5 ) 矩阵【d 】及矩阵 见】 【见】= 【d 】= d a 现 ： 域 弛伽 y 2 9 0 。+ z d o l 呐 z d o 蛳+ d o i 鸭+ + z d o ( 一i ) j ，l ( h ) ( 2 3 2 ) ( 2 3 3 ) 矩阵【d 】为nx l 阶矩阵，其各个元素均为主蒸汽流量或，矩阵【巩】可视为【d 】的 修正矩阵，也是n x l 阶矩阵，e d o 为第三类辅助汽水流量的代数和；e d o 拥, 为进入 第i 级控制体的第2 类辅助汽水流量代数和( i = l ，2 ，以j ) 。 2 2 2 汽轮机相对内效率计算模型 相对内效率是表示汽轮机能量转换完善程度【1 8 】、衡量其经济性的一个重要运行 1 2 华北电力大学硕十学位论文 指标，按照汽轮机相对内效率的定义式： 五：! ，l ” r i - m l 一 ( 2 3 4 ) 式中叫”一实际比焓降，k j k g ； ( 2 - 3 4 ) l r t l t a c 一理想比焓降，k j k g 。 因此，只要知道了汽轮机的进汽温度和压力，以及排汽的温度、压力和湿度， 就可以算出汽轮机的相对内效率。这几个参数中，各温度和压力在实际运行的机组 上都有测点，但湿度却一直没有一个准确可靠的测量仪表，通过采用本文提出的方 法可计算出汽轮机的排汽参数，进而计算汽轮机的相对内效率。 2 2 3 分缸效率计算模型 按照目前比较流行的汽轮机缸效率定义，各缸效率可以表示为： ( 2 - 3 5 ) ( 2 3 6 ) ( 2 3 7 ) 玩、啊、吃表示高、中压缸进口焓( k j k g ) 1 3 j ，吃、吃、忽表示高、中、低压 缸出1 2 1 焓( k j k g ) ，九、丸、h c t 表示相应状态下的等熵膨胀重点参数。上述计算 各缸效率所用到的参数均可通过水蒸气性质表查得。 2 2 4 机组总体热力性能计算模型阳1 机组热耗量：q o = d o ( h o k ) + d , q 血，k j h 1 3 ( 2 3 8 ) 盟 丝 一 l i l | = 仇 玑 仍 率 率 率 效 效 效 缸 缸 缸 压 压 压 高 中 低 华北电力大学硕士学位论文 机组热耗率：g q ( o = a ( h o k ) + 口。吼】，k j ( k w h ) 本文在计算过程中取发电机效率7 , = 0 9 9 全厂黼q 哦2 鲁2 鲁= 赤川，h 全厂热耗率：2 鲁= 盟r h = 翥= 丽3 6 0 0 ，k j ( k w h ) 全厂热效率：3 6 0 0 g 。 触黼耘2 百b = q f c p 器，g ( k w h ) 全厂供电热效率：礁= ( 1 一) 供电煤耗率：蜂2 瓦而1 2 3 ，g ( k w h ) 【l 一j 1 4 ( 2 - 3 9 ) ( 2 4 0 ) ( 2 4 1 ) ( 2 4 2 ) ( 2 4 3 ) ( 2 4 4 ) ( 2 4 5 ) 华北电力大学硕十学位论文 第三章系统网络拓扑模式 3 1c s 和b s 架构的介绍口钉 ( c l i e n t s e r v e r 或客户端服务器模式) ：c l i e n t 和s e r v e r 常常分别处在相距很远 的两台计算机上，c l i e n t 程序的任务是将用户的要求提交给s e r v e r 程序，再将s e r v e r 程序返回的结果以特定的形式显示给用户；s e r v e r 程序的任务是接收客户程序提出 的服务请求，进行相应的处理，再将结果返回给客户端。图3 1 为c s 结构的系统 流程图： 客户机 图3 - 1c s 结构的系统流程图 c s 结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，通过它可 以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户机端和服务器端来实现， 降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是c s 形式的两层结构，由于 现在的软件应用系统正在向分布式的w e b 应用发展，w e b 和c s 应用都可以进行 同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可 以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系 统。 传统的c s 体系结构虽然采用的是开放模式，但这只是系统开发一级的开放性， 在特定的应用中无论是客户机端和服务器端都还需要特定的软件支持。由于没能提 供用户真正期望的开放环境，c s 结构的软件需要针对不同的操作系统系统进行开 发，加之产品的更新换代十分快，已经很难适应百台电脑以上局域网用户同时使用。 而且每个客户端应用程序都包含数据数理逻辑，使应用程序变得相当大。对维护、 管理带来很大困难。突出表现为：( 1 ) 系统维护量大。系统一但需要改动或者升级， 多有的客户端的程序都需改变。( 2 ) 硬件成本高。程序运行时，客户机既要执行界 1 5 华北电力大学硕十学位论文 面程序，又要执行数据处理程序，所以要求客户机的配置较高。( 3 ) 安全性差。对 服务器中数据操作程序存在于客户端，加上客户端的基数很大。增加了服务器被破 坏的可能性。 ( b r o w s e r s e r v e r 或浏览器服务器模式) ：是基于i n t r a n e t 的需求而出现并发展 的。i n t r a n e t 是应用t c p i p 协议建立的企事业单位内部专用网络，它采用诸如 t c p i p , h t t p , s m t p 和h t m l 等i n t e r n e t 技术和标准，能为企事业单位内部交换信 息提供服务。同时，它具有连接i n t e r n e t 的功能和防止外界人侵的安全措施。另一 方面，由于数据库具有强大的数据存储和管理能力，并且能够动态地进行数据输入 和输出，如果把数据库应用于i n t r a n e t 上，不仅可以实现大量信息的网上发布，而 且能够为广大用户提供动态的信息查询和数据处理服务，进而加强企事业单位内部 部门之间、上级部门与下级部门之间、企事业单位员工之间、企事业单位与客户之 间以及企事业单位与企事业单位之间的信息交流，降低企事业单位的日常工作成 本，提高企事业单位的经济效益。b s 模式，即浏览器服务器模式，是一种从传统 的二层c s 模式发展起来的新的网络结构模式，其本质是三层及三层以上结构的c s 模式。图3 2 为b s 结构的系统流程图： 图3 2b s 结构的系统流程图 第一层浏览器是表示层，完成用户接口功能，在客户端向指定的服务器发出请 求，w e b 服务器用h t t p 协议把所需的文件资料传给用户，客户端接受并显示在 w w w 服务器上。第二层w e b 服务器是功能层，完成客户的应用功能，即w e b 服 务器接受客户的请求，以c g i 或a p i 与数据库连接，进行申请处理，而后数据结果 返回服务器，再传至客户端。第三层数据库服务器是数据层，数据库服务器应客户 请求进行各种数据处理。 在b s 模式中，客户端运行浏览器软件。浏览器以超文本形式向w e b 服务器提 出访问数据库的要求，w e b 服务器接受客户端请求后，将这个请求转化为s q l 语法， 并交给数据库服务器，数据库服务器得到请求后，验证其合法性，并进行数据处理， 1 6 华北电力大学硕士学位论文 然后将处理后的结果返回给w e b 服务器，w e b 服务器再一次将得到的所有结果进行 转化，变成h t m l 文档形式，转发给客户端浏览器以友好的w e b 页面形式显示出 来。 3 2c s 和b s 架构的优缺点比较 传统的c s 模式系统一般由服务器( s e r v e r ) 和客户端应用程序( a p p ) 组成。数据 ( d a t a ) 一般存放在服务器上，应用程序一般存放在客户端计算机上。这样，虽然解 决了数据共享等问题，但却具有不易维护、操作风格不一致、处理的数据类型不易 扩展等缺点。随着网络技术进一步发展，传统c s 模式系统的缺点日益明显。在这 种情况下，b s 这种新的应用模型结构应运而生，它是、删w 技术和数据库技术结合 的产物，具有良好的应用前景，是未来数据库应用的发展方向。 将b s 结构的特点和c s 结构的特点在界面、功能、效率等六个方面进行客观 的比较： 表3 - 1b s 结构和c s 结构的特点 c s 模式 b s 模式 界面自主设计，定制开发，贴近用户，要符合h t m l 规范，设计灵活度低，但 美观灵活，但是通用性差。是有很强的通用性。 功能功能强大，和一个普通的p c 机应功能较强，最终输出要受到一定约束。 用程序一样，功能上没有限制。 效率 数据处理主要在客户终端运行，执集中在服务器端处理数据，服务器负荷 行效率依赖客户机硬件配置。较大，但可以采用分布数据处理。 速度直接对连，没有冗余数据，速度快。使用h t t p 协议，冗余数据大，速度受 网络情况影响。 安装 需要安装客户端，有的还需要做客一般情况无需安装。 户端设置工作，安装比较复杂。 维护需要对每个客户端进行维护，比较只需要升级服务器端。 麻烦 另外在保障系统的安全性方面，c s 系统中由于客户机直接与数据库服务器进 1 7 华北电力大学硕士学位论文 行连接，用户可以很轻易的改变服务器上的数据，无法保证系统的安全性。b s 系 统在客户机与数据库服务器之间增加了w e b 服务器层，使两者不再直接相连，客 户机无法直接对数据库操纵，有效地防止用户的非法入侵。 c s 和b s 模式的监测系统已经在电厂中得到广泛应用，而b s 模式的系统才 刚刚开始使用，但却实现了数据在i n t e r n e t i n t r a n e t 上的资源共享，是信息时代发展 的产物，充分显示了其无法比拟的先进性。b s 体系结构与c s 体系结构相比不仅 具有c s 体系结构的全部优点，而且又有c s 体系结构所不具备的独特优势而且又 紧密的结合了i n t e r n e t i n t r a n e t 技术，是技术发展的大势所趋，它把应用系统带入 了一个崭新的发展时代。 3 3 系统的c s 和b s 混合模式 火电厂的经济性与机组的运行水平及设备状态有着直接的关系，而机组运行水 平及设备状态的好坏的直接表现形式是热力系统各参数与应达值的偏离程度。不同 的参数对能耗的影响程度不同。随着机组容量的增大，热力系统也越来越复杂，靠 人工来判断各参数运行水平及设备状态的好坏非常困难。本论文开发了一套用于火 电厂能损在线分析、诊断和管理的软件。该系统分为两个部分，数据采集部分是以 局域网广域网为平台，采用c s 模式设计。计算部分，数据预处理部分和数据管理 部分安装在服务器中，客户端部分安装在电厂局域网的各终端。系统所需的数据直 接从m i s 系统中读取对于部分m i s 系统中不存在的数据则从客户端直接输入， 所有数据( 包括计算结果) 都直接保存在服务器中。数据展现部分采用b s 模式， 不仅运行人员在控制室可以监测各机组运行的经济性。其他相关人员也可以通过本 系统实时了解全厂的生产状况。另外，远端用户可以通过广域网远程实时监控电厂 的运行状况i l 引。 本系统可同时监测和管理全厂的多台机组主要蒸汽参数变化时的能损，包括： 主蒸汽温度及压力、再热蒸汽温度及压力并可实时监测和计算加热器端差、抽汽 管道压力损失、喷水减温系统、给水温度、汽轮机真空系统等参数变化时引起的能 量损失。另外系统还涵盖了参数超限报警功能，用于提醒操作员采取适当的措施纠 正偏差。自动统计功能，用于定时自动统计各机组的运行参数和能耗指标值，以及 全厂的主要经济指标，并保存在数据库中。管理功能，用于对用户信息的管理和数 据的输入、输出、查询。 本软件采用b s 和c s 混合结构主要解决的是传统三层结构在数据库维护上性 能差、工作量大且不够方便以及软件重用性差等方面的问题。因此，b s 和c s 混 合结构是这套软件最佳选择结构。 1 8 华北电力大学硕士学位论文 第四章异常数据预处理方法的研究 数据预处理【1 4 1 是火电厂热经济性优化系统的重要组成部分之一，1 它处于现场数 据和热经济性优化系统算法之间，为热力计算做好充分的数据准备。数据预处理主 要是将来自多个数据源( 如：数据库、文件等) 的异构数据【l5 j 合并到一起，根据背景 知识中的约束性规则对原始数据进行检验，经转换和归约【l6 】等操作，生成一种能被 数据挖掘工具或者是计算机工具处理的目标数据。测量数据中所含误差一般分为两 类，即显著误差和随机误差【1 7 】。一般发生在采集、传输和存储时刻。本论文中数据 预处理的主要作用是对m i s 系统取回的数据先进行合理性分析后，进行微调或者粗 调处理。按照不同的数据预处理算法结构对后台数据坏点进行剔出。当数据在其规 定的合理性之内时即可直接记录到存储数据库中，以备算法调用。反之，若超出其 所定范围可用理论值、变工况或程序计算结果将其进行替代。 例如：3 0 0 m w 的机组主蒸汽压力，主蒸汽温度等参数。在系统刚开始运行阶段， 由于没有历史数据作保障，当他们出现0 值情况的时候可以采用额定工况设计值主 汽温度5 3 7 ，主汽压力15 7 m p a 来替代。当它们的实际值( 非0 状态) 超出设计 值所允许的变化范围，此时采用主蒸汽压力或者主蒸汽温度上下限求平均的办法得 出替代值。 但是如果采集的数据是类似汽机真空，给水温度，主减温水量等数据，当它们 出现0 值情况时需要经过变工况计算。例如：排汽压力的计算，根据凝汽器换热 的特征以及凝汽器的热平衡计算，可推得凝结水温乙的计算式为： t 。= t l + d 。q 。c i t c x p ( 一k f w c ) 】 ( 4 - 1 ) g 以一汽轮机排气比焓与凝结比焓之差 d 甩一凝汽器的蒸汽负荷 多阻冷却面积 “凝汽器总传热系数 c - 冷却水比热容 t l 一冷却水温度 计算出凝结水温乙后，可由下式求得凝汽器排气压力： p n = ( 措) 7 - 0 用此变工况计算值直接将零值进行替换。 ( 4 2 ) 华北电力大学硕士学位论文 4 1 数据微调预处理方法 以下介绍三种微调预处理方法的原理( 此类方法适用于采集的数据在小数级范 围内变化，即整数部分保持不变，小数部分在0 1 - 0 9 范围跳变) 。并抽出1 0 个主蒸 汽压力测点值样本以此类方法为基础编译程序加以实现。( 从处理的效果考虑，把 数据正常范围定在1 5 m p a p 1 6 m p a 之内) 。 表4 1 主蒸汽压力数据样本 麦舅m 川5 忽m 7 舶投2 3 ，4 粥纸4 3 琏8 3 纸6 5 坻- 2 4 1 1 中值滤波 中值滤波主要用于对实值离散信号进行滤波，其基本原理是把数字序列中某一 点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替。中值的定义：一个信号序 列：x 。，x ：，x 3 x 。，把个数按值的大小排列：x ；x ；：x i 则 x = x “+ i ) ，：n 为奇数 x = 。m ，+ 。m + ”】2 n 为偶数 ( 4 3 ) ( 4 4 ) 式中x 为序列中值，为采样窗口长度。图4 1 为主蒸汽压力某段时间的值进行中 值滤波的结果( n - - 1 0 ) 。 图4 一l 主蒸汽压力值中值滤波的结果 中值滤波能有效地滤除由于偶然因素引起的波动而不引入新的量化误差，对变 化缓慢的测量参数有良好的滤波效果，但不适用于快速变化的过程参数。 2 0 华北电力大学硕士学位论文 4 1 2 惯性滤波 惯性滤波是一种以数字形式实现的动态滤波方法， 的场合，这种方法尤为适用。惯性滤波的算法为： x o x + ( 1 一q ) h ( 4 - 2 ) 式中x 一当前时刻滤波值； 适用于滤波时间常数要求大 ( 4 5 ) t 一当前时刻测量值； b 一前一时刻滤波值； 9 一滤波平滑系数，q = 即黝，其中r 为采样周期，兀为滤波环节时 间常数。 图4 2 为主蒸汽压力某段时间的值进行惯性滤波的结果( q = 5 7 ) 。 图4 2 主蒸汽压力值惯性滤波的结果 从图中可以看出通过惯性滤波处理后仍然存在极少数范围之外的数据，但是数 据却与真实数据相当接近，不会破坏原始的真实性。 4 1 3 微调加权平均滤波 程序的原理是在s q l s e r v e r 数据库的w e i g h t 数据表中n u m b e r 和a v e r a g e 字 段用十行数据分别用来记录截取数据的非整数部分的十个小数段出现的次数作为 权重和每个小数段出现后的算术平均数。如图4 3 所示。当数据出现0 值或者溢出 情况的时候，就采用加权平均的方法进行处理。 加权平均值= 至l 墨查主j 竽 ( 4 6 ) 然后用不变的整数部分加上( 4 6 ) 式得出的加权平均值则是最后的数据替代值。 2 l 华北电力大学硕士学位论文 图4 - 3 权值数据表字段图 下图中n 表示小数段出现的次数，c i 表示o 1 到0 9 的十个数据段。得到的直方 图如图4 4 所示。 图4 4 微调程序数据直方图 c 1 到c 1 0 的数值如下表4 2 所示 a 表4 - 2 微调数据权值表 回 1 01 0 加权平均值= 占n i x e 呦g e i7 占n i o 舶 最终主蒸汽压力数据替代p = 1 5 + 0 4 8 = 1 5 4 8 m p a 。将1 5 4 8 取代测点0 值存入 到数据库中。图4 5 为主蒸汽压力某段时间的值进行软件微调程序模式处理的结果。 2 2 华北电力大学硕十学位论文 图4 5 主蒸汽压力值软件微调程序模式处理结果 从图中可以看出通过软件微调程序模式处理后不再存在范围之外的数，但是数 据却与真实数据之间存在一定差异，对真实性有一定程度的破坏。 4 2 数据粗调预处理方法 以下介绍五种粗调预处理方法的原理( 此类方法适用于采集的数据在大于1 的 范围内变化，即在数据上限和下限之间跳变) 。并以捍l 高加出口水温度测点和j f j 2 高 加出口水温度测点为例，以此类方法为基础编译程序加以实现。从处理的效果考虑， 在所编译的程序中，以下预处理的方法：粗调加权平均模式、查尔逊外推技术、