（计算机应用技术专业论文）发电厂动态成本分析系统的研究与实现.pdf

华北电力人学硕十学位论文 摘要 发电厂动态成本分析是以优化发电厂生产管理与控制发电成本为目的。论文首 先分析了发电成本的构成要素，并重点对固定成本、变动成本和发电成本的计算模 型进行了深入研究；其次，结合发电企业的特点，进行了整体架构设计；对构成系 统的数据采集、成本计算分析和结果展示等模块进行详细地阐述。 论文分析了发电成本的构成要素，设计了发电厂动态成本的数据模型，并重点 对固定成本、变动成本和发电成本的计算模型进行研究和建立；采用基于j 2 e e 技 术和构件、架构的软件体系结构进行系统实现；采用基于s w t ( s t a n d a r dw i d g e t t o o l k i t ) 技术的c s 技术结构实现数据采集平台；基于j s f ( j a v as e v e rf a c e s ) 与 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 构件技术及b s 结构实现成本计算分析与数据展示。系 统具有灵活的扩展性和高可靠性。系统已在电厂的实际应用。 关键词：动态成本分析，s w t ，j s f ，e j b 构件 a b s t r a c t f o rt h ep u r p o s eo fo p t i m i z i n gt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n to fp o w e rp l a n ta n d c o n t r o l l i n gt h eg e n e r a t i n gc o s t ，t h ed y n a m i cc o s ta n a l y s i ss y s t e mf o rp o w e rp l a n ti s p r o p o s e d f i r s to fa l l ，t h ec o m p o n e n tf a c t o r so fg e n e r a t i n gc o s ta r ea n a l y z e d ，a n dt h e c o m p u t i n gm o d e l so ff i x e dc o s t ，v a r i a b l ec o s ta n dg e n e r a t i n gc o s ta r ef u r t h e rs t u d i e di n t h i st h e s i s i na d d i t i o n ，a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so fp o w e rg e n e r a t i o ne n t e r p r i s e s ，o v e r a l l a r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e d ，a n dt h em o d e l sw h i c ha r ec o m p o n e n t so fd y n a m i cc o s ta n a l y s i s s y s t e m ，s u c ha st h ed a t aa c q u i s i t i o nm o d e l ，c o s tc o m p u t i n g & a n a l y s i sm o d e la n dr e s u l t s d i s p l a ym o d e l ，a r ed e s c r i b e di nd e t a i l t h et h e s i sa n a l y z e st h ec o m p o n e n tf a c t o r so fg e n e r a t i n gc o s t ，d e s i g n st h ed a t a m o d e lo fv a r i a b l ec o s ti np o w e rp l a n t ，a n ds t u d i e sa n db u i l d st h ec o m p u t i n gm o d e l so f f i x e dc o s t ，v a r i a b l ec o s ta n dg e n e r a t i n gc o s t t h es y s t e mi si m p l e m e n t e db yu s i n gt h e s o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fj 2 e et e c h n o l o g y ，c o m p o n e n ta n df r a m e w o r k t h ed a t a a c q u i s i t i o np l a t f o r mi si m p l e m e n t e db yt h ec s s t r u c t u r eo fs w t ( s t a n d a r dw i d g e t t o o l k i t ) t e c h n o l o g y t h ec o s tc o m p u t i n g a n a l y s i sm o d e la n dr e s u l td i s p l a ym o d e la r e i m p l e m e n t e db yj s f ( j a v as e v e rf a c e s ) ，e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) c o m p o n e n t t e c h n o l o g ya n db ss t r u c t u r e t h ed y n a m i cc o s ta n a l y s i ss y s t e mh a st h ea d v a n t a g e so f f l e x i b l ee x p a n s i b i l i t ya n dh i g h l yr e l i a b i l i t y ，a n dh a sb e e na p p l i e di np o w e rp l a n t k e yw o r d s ：d y n a m i cc o s ta n a l y s i s ，s w t ，j s f , e j bc o m p o n e n t g u os h i j i e ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o w uk e h e 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘 要。一i a b s t r a c t i 第一章引言1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 国内外研究动态l 1 2 1 国外研究动态l 1 2 2 国内研究动态2 1 3 论文内容及组织结构3 第二章发电厂发电成本分析4 2 1 发电成本构成要素j 4 2 1 1 固定成本4 2 1 2 变动成本5 2 2 成本计算模型6 2 2 1 固定成本计算模型一6 2 2 2 变动成本计算模型7 2 2 3 发电成本计算模型8 2 3 本章小结8 第三章动态成本分析系统的需求分析与系统设计一9 3 1 系统需求分析9 3 2 系统总体设计9 3 2 1 系统设计原则9 3 2 2 系统的功能结构设计1 0 3 2 3 系统架构设计1 l 3 3 系统详细设计“1 3 3 3 1 数据采集平台设计1 3 3 3 2 成本计算分析模块设计1 6 3 3 3 客户端展示模块设计1 7 3 3 4 系统权限模块设计2 2 3 4 本章小结2 3 第四章动态成本分析系统的实现2 4 4 1 数据采集平台实现2 4 4 1 1 基于s w t 的平台实现2 4 华北电力大学硕士学位论文 4 1 2 配置文件实现2 6 4 1 3 数据接入模式2 9 4 2 成本计算分析模块实现：3 1 4 2 1 模型的实现3 1 、 4 2 2 数据库实现3 3 4 3 客户端展示模块实现3 6 4 4 系统权限管理模块实现3 8 4 5 系统实例展示3 9 4 6 本章小结4 2 第五章总结与展望4 3 5 1 论文完成的主要工作一4 3 5 2 未来展望_ 4 3 参考文献：4 4 致 射4 6 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 7 华北电力人学硕卜学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章引言 “厂网分开，竞价上网”是电力系统体质改革的主要措施，这也意味着电力工 业正在从垄断运营走向市场竞争。厂网分开后，发电企业作为独立的法人实体参与 到市场竞争中，同时也面临着从原来“计划经济条件下被动接受电网调度命令运行” 向“电力市场条件下实行竞价上网运营”的转变【l 】。面对各种机遇和挑战，如何优 化企业资源，提高发电机组的经济运行水平，控制和降低运营成本，便成了发电企 业生存和发展的关键问题。而作为上网电价基础的生产成本，更是直接影响到企业 的经济效益。 然而传统的生产成本核算方法基本是事后计算，一般以月、季度或年为一个核 算周期，测算发电总成本及相应的单位平均成本，是一种静态成本。但事实上，由 于电力产品的生产、传输和消费基本是瞬i 珏j 完成的，且电网运行要求电力和电量必 须严格保持动态平衡，因此电力生产成本在不同时i 日j ，值是动态变化的，特别是火 力发电的燃料消耗、厂用电消耗、设备折旧等成本相关因素和机组运行工况密切相 关，从而影响到燃料费、供电煤耗、设备检修费用、材料费、水费等相关指标【2 j 。 所以，传统的计算方法在时间上滞后于企业的生产状况，不能准确反映出企业的实 时动态生产成本，不适应竞价上网环境下各发电机组按不同时段竞价的要求。 面对这种状况，许多学者纷纷提出了动态成本分析的概念。所谓的动态成本分 析就是运用经济学、现代信息科学技术、计算机网络等技术，将从d c s ( d i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m ，集散控制系统) 系统和m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，管 理信息系统) 系统中获取与成本相关的各种数据，例如厂用电量、发电量、固定资 产折旧、材料费等加以整理，采用一定的数据模型计算出固定成本、变动成本、综 合成本等，并以表格、图形的方式显示出来。 动态成本的特点是具有实时动态性，能准确实时反映出企业的生产成本。它不 仅为企业的上网电价提供了准确的依据，还能促使企业优化资源配置，提高机组运 行率，从而达到降低企业成本，实现利益最大化的目的。 1 2 国内外研究动态 ， 1 2 1 国外研究动态 - 如何降低发电成本，提高企业经济效益，已成为了国内外发电企业共同关心的 华北电力人学硕十学何论文 话题。因此，对于发电成本，许多企业和学者，都纷纷投入大量时间，对其进行了 深入研究。 在理论方法，相关的研究成果比较丰富。例如利用统计方法对发电成本进行回 归分析、利用人工神经网络对发电成本进行预测分析、利用经济学理论进行成本计 算等方法。其中，利用统计方法对发电成本进行回归分析，主要研究了发电成本的 各要素包括燃料费、管理费、材料费等，数量变化时如何影响发电成本。一般使用 发电厂某段时| 日j 的历史数据，来建立多元回归方程，或者从发电厂实际的发电成本 和收入出发，根据成本的历史资料，使用最小二乘法，得出发电量与发电成本的一 元统计回归模型，建立一次、二次、三次函数和对数回归方程，从中选择最合适的 回归方程【3 4 j 。但是这种方法过度依赖于历史数据，不能对未来成本的变化进行分析。 而利用人工神经网络对发电成本进行预测分析，则是利用了电负荷、热负荷、主汽 压力、主汽温度等参数作为b p 神经网络的输入层，然后经过隐含层，在输出层得 到煤耗率、热耗率、补水率、锅炉效率、等参数，对生产成本进行分析【5 】。利用经 济学理论进行成本计算的方法，其原理是利用热力学参数描述能量流，分析电站主 要设备的能耗特性，通过获得子系统特性曲线，计算出各个子系统和整个系统输出 的边际成本特性1 6 j 。 在实际应用中，美国、德国等在发电动态成本分析和控制等方面已经有了十多 年的经验。他们普遍采用实时监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 s i s ) ，通过采集电厂各生产过程控制系统，例如集散控制系统、输煤辅助系统控制 网络、电气网络监控系统等的实时生成数据，一方面对各个生产流程进程监控和管 理，另一方面可以对生产数据进行处理分析，为提高企业效率，降低成本提供依据。 例如德国斯蒂亚克电力公司的机组运行优化管理系统，通过系统优化及控制，可对 各个薄弱环节及整个过程经济性的影响做出评价【7 8 】。 1 2 2 国内研究动态 在国内，发电动态成本这个话题也一直受到众多人的重视，许多高校如华北电 力大学、武汉大学等也都有许多学者一直从事此方面的研究，并且将部分理论研究 成果例如基于回归分析理论的研究、基于b p 神经网络的研究，已经应用到实际中， 取得了一定成效。而各大发电企业也随着信息化建设的深入，陆续建立起了一些 d c s 系统和m i s 系统，甚至一些企业还建立了或正在建设s i s 系统，这都是为进一 步研究动态成本提供了基础。 总之，发电企业的生产成本是企业的关键问题，它不仅直接影响到企业的竞价 上网，还关系到整个企业的利益，因此关于动态成本的研究势必任重而道远。 2 华北电力人。学硕十。位论文 1 3 论文内容及组织结构 本论文的主要任务是采用s w t( s t a n d a r dw i d g e tt o o l k i t ) 、j s f ( j a v as e v e r f a c e s ) 以及e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 构件完成发电厂动态成本分析系统研究与 实现。因此，本课题需要研究以下几方面内容：首先对发电厂成本构成元素进行分 析，然后深入研究各种成本计算模型，接着结合我凶发电企业特点，对系统进行设 计，最后采用e j b 构件技术，实现动态成本分析系统，并对其进行验证。 本文由六部分组成： 第一章是绪论。阐述了论文的研究背景和意义，并对国内外在动态成本分析方 面取得的成果进行了简单介绍。 第二章是发电厂发电成本分析。主要阐述了两方面内容，首先分析了发电成本 的构成要素，然后详细研究了固定成本、变动成本和发电成本的计算方法。 第三章是系统的分析与设计。首先对系统功能进行了需求分析，然后从系统功 能结构和系统架构两方面，进行了系统的整体设计。最后详细阐述了数据采集平台、 成本计算分析模块和客户端展示模块的设计方案。 第四章是动态成本分析系统的实现。共分为四个部分，第一部是数据采集平台 的实现，数据采集平台采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式实现，文中重点从配置文件实 现和数据接入两方面介绍。第二部分是成本计算分析模块的实现，介绍了如何基于 e j b 构件技术实现计算模型以及系统数据库的实现，采用b s ( b r o w e r s e r v e r ) 模 式实现。第三部分介绍了客户端展示模块，重点介绍了w e b 层的设计。最后通过实 例展示了本系统的各个模块。 第五章是总结与展望，总结了本文完成的主要工作，并对进一步工作进行了展 望。 华j 匕电力人学硕十学位论文 第二章发电厂发电成本分析 2 1 发电成本构成要素 根据符合中国电力市场环境的上网电价模式两部制电价原理，我们将电厂机组 成本分成两部分：固定成本和变动成本，在电厂成本分析中分开核算，并分摊到单 机机组上 9 , 1 0 】。 2 1 1 固定成本 图2 1 发电成本构成要素 固定成本指的是不随发电量升高和降低而发生大的变化的成本，包括折旧费、 工资福利、维修、材料、管理费用、财务费用、销售费用等【1 1 1 。 1 ) 折旧费 指企业的固定资产按照规定的折旧率计提的折旧费，其固定资产一般包括所有 发电机组以及基础设施。在计算时如果各台机组的投产日期、机组容量、使用年限、 运行情况等相互接近，则可将折旧总额按照机组台数平均，如果各台机组情况不一 致，则需根据具体的情况计算，如机组容量不同，按容量比例分配。或者也可以与 财务部门协商，对不同机组分别进行折旧核算。此外，还应把发电厂基础设施建设 的折旧费按机组容量比例分摊到机组，取两项之和作为机组的年度或月度折旧费， 然后用总折旧费除以相应天数，得到日折旧费。 2 ) 工资、奖金及福利费 4 华北电力人学硕 ：学何论文 指按照规定列入电热产品成本的职工的工资、奖会、津贴、补贴等及按企业职 工工资总额与规定比例提取的职工福利费。这三项费用在现有的会计核算体系中都 设有相应的科目和栏目。根据发电企业的一般情况，这三项费用均可被视为均衡发 尘的费用流，将每月上报的发生额按每月天数平摊后再分摊到机组。 3 ) 修理费 这里特指固定资产修理费。对于机组的大修费用，可直接划拨给此台机组。目 前大修费用有两种分摊方式费：一是将当年发生的大修费用分摊到本年度内；二是 在大修周期( 一般为四年) 内分摊。对于公共建设或基础设施的修理则需在机组间分 摊。而对于大修理和中小修理发生的时f h j 间隔和频率不一样的情况，应该分别按其 同期计算r 费用，然后再求和。 4 ) 材料费 指生产运行中、维修和事故处理过程等所耗用的材料、备品、低值易耗品等。 材料费的计算也可以通过会计核算，每月结账一次，计算出相应材料科目的发生额， 然后按同平均。但由于材料费发生的不均衡性，这样做会影响成本的实时性。普遍 采用的方法是统计供应部门的出库记录，对每天的材料费发生额进行移动平均计算 ( 根据具体情况取不同的计算周期) ，这样计算出的材料费既能动态地反映不同时间 的变化情况，又能消除由于材料领用和实际消耗之i 日j 的时间差造成的费用发生不均 衡现象。 5 ) 其它费用 主要指在固定成本中，不属于以上几种费用但又应该计入产品成本的费用，例 如管理费用、财务费用、销售费用等。一般情况下，我们按照发生额随时间变化的 情况可分为两类：一是按月发生的费用，一般一月只发生一次，用总量除以天数即 可得到每同的平均数，如：管理经费、劳动保险费、职工教育经费等。另一类是按 同发生的费用，即每天发生，但额度不同，这就要求从该项目的科栏目中取得费用 的发生额，计入日成本。如：咨询费、业务招待费等。当然此分类包含的内容随企 业具体情况的不同而不同，所以应结合实际处理。 2 1 2 变动成本 变动成本指的是跟发电量变化密切相关的那部分成本，包括燃料费( 包括燃煤 费和燃油费) 和其他相关燃料费用。 1 ) 燃料费 指火电厂为生产电热产品而消耗的各种燃料，包括燃煤费和燃油费等。变动成 本在总的成本中占到7 0 8 0 以上，而燃料费用在整个变动成本中占9 9 以上，所 以控制火力发电企业生产成本的关键就是要降低燃料成本。在火力发电企业中，燃 气 华北电力人学硕+ 学位论文 料成本的高低可以用单位燃料成本进行表示，即每上网一度电所耗用的燃料成本， 单位燃料成本的高低取决于供电煤耗和入炉标煤单价的高低。所以要降低单位燃料 成本就是要想办法降低供电煤耗和入炉标煤单价。由于供电煤耗反映了机组性能的 好坏和厂用电率的高低，而对于机组性能的提升受限于机组硬件设备本身，从某种 意义上来说是比较阑难的，所以我们可以把降低成本的重点放在降低入炉标煤单价 上。尤其是近年来能源供给有限，电煤价格节节攀升，煤价的高低已成为决定发电 企业盈利还是亏损的最主要原因，所以降低发电企业生产成本，应该从降低入炉标 煤单价上入手。一般情况下，燃料费的计算公式如下： 燃料费= ( ( 入炉煤标煤价格供电标准煤耗) 比例+ ( 油折标煤价格 供电标准煤耗) 比例+ ( 气折标煤价格供电标准煤耗) 比例) ) 公式( 2 1 ) 2 ) 其他相关燃料费用 例如发电供热生产用水的外购水费，向外单位购入的有功电量所支付的费用 在占 守o 2 2 成本计算模型 2 2 1 固定成本计算模型 在实行电力市场后，通常将一天时间分为每1 小时为一个时段，共分为2 4 个 时段。在这2 4 个时段进行成本的计算时，必然涉及到了各项费用支出在各时段的 分摊。 根据电能价值当量的理论，电能价值当量由容量成本及效益和电量成本及效益 构成，运用平均分摊和风险分摊的原则在负荷轴上和时间轴上分摊。这罩，我们根 据市场的供需理论( 在峰荷时，市场负荷的需求迅速增大，会产生较高的电价；相反 在谷荷时，市场需求疲软，会产生较低的电价) 及固定成本是与容量有关的，因而它 与系统的最大负荷值有关这一事实，给出了一种新的分摊方法【1 2 , 1 4 】。 成本分摊公式为： 设机组本月固定成本总额为f ，则机组每r 对应的固定成本额为： g = f 3 0 、公式( 2 - 2 ) 我们把一天分成2 4 个时段，每个时段1 个小时，假设各时段的负荷按e e l 小到 达排列分别为：n 1 、n 2 、n 2 4 ，其最大负荷为n 2 4 ，对应各时段的容量为r 1 、 r 2 、r 2 4 ，又假设单位容量所承担的固定成本为k ，则单日总容量成本为： 6 华北电力人学硕十学位沦文 k * ( r i + r 2 + + r 2 4 ) = k 宰( n 1 + n 2 n i + + n 2 4 一n 2 3 ) = k 冰n 2 4 = f 3 0 公式( 2 - 3 ) 则单位容量成本为： k = f ( 3 0 宰n 2 4 ) 其中n 2 4 为一天中最大负荷。 设f i 为负荷n i 时段单位电量的固定成本，则： f 1 = k 木n 1 ( n 1 木2 4 ) 公式( 2 - 4 ) 公式( 2 - 5 ) f i = k * ( n i n i 1 ) + f i 1 * n i 1 宰( 2 4 i + 1 ) n i 水( 2 4 - i + 1 ) 】 公式( 2 6 ) 设q i 为n i 负荷时段的固定成本，则： q i = f i 木n i 木i 2 2 2 变动成本计算模型 公式( 2 - 7 ) 燃料是火电厂的重要生产资料，我国的火力发电厂中绝大多数以煤作为燃料， 全年发电燃煤量占全国原煤总量的1 4 。在电厂的生产成本中燃料费一般占到总成 本的7 0 - 8 0 ，变动成本的8 0 - - - 9 0 。由此可以看出，准确计算出燃料消耗量 是报价可信与否的关键一环，是整个变动成本分析核算的关建之一，在电厂的同常 运行中，必须实现入炉煤量分炉计量，对单位消耗的燃料实行分别计算【l 川。 入炉煤标煤单价的计算方法为： 假设混配了i 种煤，每种煤的比例为x 1 、x 2 、x i ，每种煤的价格为p 1 、 p 2 、p i ，每种煤的低位发热量为q n e t l 、q n e t 2 、q n e t i ，则煤的加权平 均价格为： p = ( x 1 * p i + x 2 * p 2 + + x i * p i ) ( x 1 + x 2 + + x i ) 公式( 2 - 8 ) 总和能耗计算通则( g b 2 5 8 9 8 1 ) 中规定：低位发热量等于2 9 2 7 1 k j ( 7 0 0 0 大 卡) 的固体燃料，称为l k g 标准煤。标准煤是指低位发热量为2 9 2 7 1 k j k g 的煤。 折算成标准煤的价格计算公式为( 上下同除以2 9 2 7 1 ，省略后公式) ： p = ( x 1 * q n e t l * p l + x 2 q n e t 2 * p 2 + + x i 木q n e t i 宰p i ) ( x 1 幸q n e t l + x 2 木q n o t 2 + + x i * q n e t i ) 公式( 2 - 9 ) 根据这个公式，我们可以就得到了入炉煤标煤单价p ： 7 华北电力人学硕十学位论文 煤的单位发电量的成本= 单位发电量标准煤耗x 标煤单价 公式( 2 1 0 ) 燃油成本可由燃料系统得到，变动材料费可通过物资系统得到。目前将电厂的 耗水量具体到单元组的准确耗水情况统计起来还有难度，考虑到这项费用相对变化 不大，对于能够实现分机组统计耗水量的，水费可以根据水量水价自动计算；对 于不能分机组统计或误差较大的，采用将当月水费指标分摊到每个可用小时的方法 外算，公式如下： 机组实时每度电的变动成本= ( 机组实时( 燃料费用+ 水费用+ 外购电) ) 机组 实时发电量公式( 2 11 ) 2 2 3 发电成本计算模型 这罩，我们给出了机组发电成本的计算公式： 机组发电成本= 机组固定成本+ 机组变动成本 公式( 2 1 2 ) 在年终将固定成本计划数和实际发生数相比较进行修j 下。年终时重新计算1 1 2 月的固定成本与电、热价，并和年初计划数相比较，为确定下一年的固定成本计划 数作参考。借助电厂的相对稳定性特点，几年后便制定出较为准确的年固定成本计 划数。 2 3 本章小结 本章一共阐述了两方面内容，第一介绍了发电成本的组成要素，包括固定成本 和变动成本，并对其计算方面进行了探讨，第二深入研究了固定成本、变动成本、 发电成本的计算模型。 华北电力人学硕士学位论文 第三章动态成本分析系统的需求分析与系统设计 3 1 系统需求分析 动态成本分析系统是根据电厂已有的信息系统，例如d c s 系统、m i s 系统、s i s 系统等提供的数据，实时计算出与成本相关的数据，并能够展示一定时间区间内的 成本变化趋势。它能够对电厂生产过程中连续发生的成本变化进行实时监测和分 析，为决策者及各级管理人员提供参考。 它是以降低火力发电企业单位燃料成本为目标的综合数据分析系统。首先它根 据数据集成平台获取上网电量，入厂煤单价等原始数据，根据经济学原理和动态成 本模型计算得到每日的发电成本，并分析影响成本变化的关键性因素。为了有效的 降低燃料成本，本系统将采用线性规划理论，建立了燃料配比模型，利用该模型能 生成最佳的入厂煤采购方案和入炉掺配方案，从采购侧和入炉侧最大限度的降低燃 料成本。 综上所述，本系统应该具备以下功能： 1 ) 实时计算全部机组当日内各个时段的总发电量、供电量和用电量，同时根 据单位电价，计算出总的发电成本和收入，并提供实时趋势图。 2 ) 报表服务，例如提供发电、供电、用电量、发电成本等的时段报表、日报 表等。 3 ) 实时分析各项成本的支出状况，即固定成本分析、燃料价格分析、燃料低 热值分析、燃料消耗量分析：提供固定成本分析柱状图，并以趋势曲线的形式反映燃 料价格分析、燃料低热值分析、燃料消耗量分析数据。 4 ) 提供能损分析，根据机组主要运行参数偏离标准值的差值，计算和分析实 时耗差和相应的发电成本，供相关人员了解机组状态和运行状况。 3 2 系统总体设计 3 2 1 系统设计原则 发电厂动态成本分析系统除了应具备一般分析系统的功能和特点，如数据的准 确性、完整性外，还应该具备开放性和可扩展性等使其区别于一般系统的特性，这 些要求和特点决定了系统总的设计原则。系统的设计原则如下： 可扩展性：利用多种成熟的技术，如s w t 、j s f 、e j b3 0 、多层架构思想等， 9 华北电力大学硕十学位论文 为系统提供了良好的分层结构，以保证系统的扩展性和可管理性。 开放性：通过数据采集平台的适配器来分别采集各类数据，如采集燃料数据、 入场煤数据、性能耗差数据、原始录入数据等信息，并按照统一标准对其格式进行 转换。通过适配器可以采集各类数据源或者数据格式不同的数据，例如有来源于 o r a c l e 数据库的，有来源于s y b a s e 数据库的，还有来源于x m l 文档和格式化文本 文件等，样整个系统具有很强的开放性。 3 2 2 系统的功能结构设计 动态成本分析系统是以降低企业成本为目的，因此我们根据本系统的需求分 析，将本系统功能模块分为基础数据采集、成本计算、燃料成本分析、综合成本分 析、经济活动分析、综合报表管理、燃料配煤规划分析、系统管理等几个部分，如 下图所示： 图3 1 系统功能设计 1 0 华北电力人学硕十学何论文 1 ) 基础数据采集 基础数据采集，用于从电厂现有的m i s 系统、s i s 系统、d c s 系统采集基础数 掘，供成本计算分析模块使用。采集的数据包括燃料数据、入场煤数据、性能耗差 数据、实时数据等。 2 ) 燃料成本分析 燃料成本分析，包括入厂煤数据分析和入炉煤数据分析。入厂煤数据分析得到 入厂煤数量、质量、价格等的变化趋势和构成情况；入炉煤分析入炉数量、质量的 趋势。 3 ) 综合成本分析 综合成本分析，包括单位燃料成本分析、综合成本分析、运行成本分析、经营 成本分析、成本控制评估等。 4 ) 经济活动分析 经济活动分析，包括经济运营效益分析、投入产出一览表、量本利分析、盈亏 平衡点分析等。 5 ) 综合报表管理 综合报表管理，包括综合煤耗表、电厂经营周月报、生产经营指标计划等。 6 ) 燃料配煤规划分析 燃料配煤规划分析，包括燃料采购信息、库存煤种综合信息、锅炉燃烧标准管 理、燃料配比管理、配比方案查询等功能。 7 ) 系统管理 系统维护管理，包括部门人员管理、用户角色分配、业务流程管理、系统信息 管理、参数配置管理等。 3 2 3 系统架构设计 我们可以把整个系统分为数据集成平台、后台服务系统和总线控制平台( 客户 端) 三大部分，其具体架构如下，见图3 2 ： 1 ) 数据集成平台 数据集成平刨1 6 , 1 7 】，主要用于接收各项成本的原始数据，并对各种数据进行筛 选、清洗等工作，然后传递给后台服务系统中的成本计算服务器根据成本来源的 不同，系统需要配置多个成本数据采集器，包括燃料数据采集器、入炉煤数据采集 器、机组实时参数采集器、性能耗差参数采集器等。 它应该具有以下功能：接收实时数据，并将其存储在消息队列中；解析消息队 列中的实时数据，按统一的要求对其进行格式转化；按一定的时间间隔和存储策略， 将数据存储在历史数据库中；向外提供数据接口，供后台服务模块调用。 1 1 华北电力人学硕+ 学位论文 2 ) 后台服务系统 后台服务系统共由三个部分组成，分别是成本计算服务器、数据库服务器和 j 2 e e 应用服务器。 成本计算服务器是系统的核心层次，系统将根据成本计算模型，自动计算出动 态成本等信息。它通过数据采集平台获得原始数据，经过计算后的结果存于数据库 服务器中。 本系统的数据库服务器采用o r a c l e 数据库，它用来存储成本数据、成本计算模 型计算出的成本数据以及系统的配置信息等，其中的成本数据定时存储，供历史数 据分析使用。 j 2 e e 应用服务器是客户端程序和o r a c l e 数据库服务器之间的一个中间层，它 响应客户端的请求，并进行相关处理，处理完毕后把结果返回到客户端。在本系统 中，j 2 e e 服务器采用的是当今流行的j b o s s 服务器，它运行稳定，自带缓冲池功 能，能够快速响应客户端请求。 3 ) 总线控制平台 总线控制平台主要完成跟实际用户的交互，一般用户通过客户端实现各种配置 和查询功能。客户可以通过客户端配置系统信息、输入部分原始成本数据、展现机 组在线参数、展现成本计算结果等。动态成本分析控制系统客户端功能包括燃料成 本分析、综合成本分析、经济活动分析、综合报表管理、燃料配煤规划分析、系统 管理等几个部分。 图3 2 系统架构设计 1 2 华北l 乜力人学硕十学何论文 3 3 系统详细设计 3 3 1 数据采集平台设计 1 ) 数据流程图 数据采集平台用于从电厂现有系统中采集基础数据，然后把数据缓冲到内存中 并依照用户定义的规则进行转换，最后把转换好的数据加载到目标数据库中。在数 据采集前，用户应该配置数据源和目标数据库，确定数据库表中的字段映射关系， 确定清洗和转换规则。配置完成后，系统就可以读取这些配置信息，并实现自动采 集原始数据。整个过程如下图3 3 所示： 图3 - 3 数据流程图 如上图，当数据采集工作开始后，系统首先根据己配置的元数据信息，得到源 数据和目标数据库地址及端口，然后从中抽取需要的数据。抽取中的数据可能存在 一些作废、过时或不符合合适的数据，因此需要对所有数据进行清洗和转化。最后 将所有完成处理的数据，根据主题写入到目标数据库中。 2 ) 适配器设计 数据采集平台主要采集燃料数据、入场煤数据、性能耗差数据、原始录入数据 等信息，并按照统一标准对其格式进行转换。但由于各种数据来源于不同的业务系 统，且数据源也不相同，例如有来源于o r a c l e 数据库的，有来源于s y b a s e 数据库 的，还有来源于x m l 文档和格式化文本文件等，因此我们引入了适配器的概念， 在实际系统中，我们需要为每一种数据源，分别配置一个适配器。整个结构如3 4 所示： 华北电力人学硕十学何论文 图3 4 适配器结构图 适配器通过o d b c 等接口对不同数据源中的数据进行采集，图3 4 为适配器结 构图。其中，写线程负责采集数据并对采集到的数据进行规约化处理，然后把转换 后的数据写入缓冲区。因为实时数据数量量大，更新速度快，实时性要求高，所以 在适配器内部设有缓冲。缓冲器可以解决实时数据快速到达与处理之间的速度不匹 配问题，使数据接收和数据处理能够并行执行，完成对不同数据类型、不同时间响 应要求、不同数据源的数据集成功能。缓冲通过缓冲管理器来进行管理，使缓冲具 有线程安全性，能够正确无误的被多个线程读写。读线程从缓冲中读取处理过的数 据，写入到目标库中。通讯控制模块接收控制指令并返回读写线程以及缓冲的状态。 3 ) 任务模型 对于源数据的采集策略，我们采用了任务模型( t a s km o d e l ) 对数据进行处理。 通过任务定义的方式定义数据处理流程，完成数据的采集和传送。任务可以通过手 工执行，也可以通过自动执行。对于自动执行的任务，我们还可以灵活的定义触发 条件，例如指定触发时间、确定触发间隔，同样，我们也可预先设定任务停止触发 的时间和条件。对于定义为自动执行的任务，只要满足条件就会触发，不需要人工 干预，系统会根据设定的条件自动从数据源采集数据，并交给数据处理模块进行筛 选、清洗等工作。 任务从创建到销毁，其坐命周期共经历四个时期，分别是：任务创建、任务初 始化、任务执行、任务销毁，见图3 5 所示。 任务创建是系统根据适配器的配置而产生的，例如用户配置的任务触发时间或 触发间隔，当满足条件后，任务自动创建。任务创建后，进入任务初始化时期，在 初始化时期内，任务将根据配置文件，完成属性的设置，包括任务i d 号，任务类 1 4 华北电力人学硕十。学位论文 型，任务运行时间，任务的重复次数等。初始化后，任务就可以被插入到任务缓冲 队列中等到被执行。接着任务进入执行期，系统将测试任务的根据相关配置执行相 关处理。最后是任务销毁期，任务销毁分为讵常销毁和异常销毁。正常销毁时任务 成功完成后从任务队列中删除；异常销毁是由于某种原因造成任务未能正常执行， 被迫从任务列表中移除，此种情况下，系统将生成同志文件并通知管理员。 图3 - 5 任务生命周期图 4 ) 技术路线 j a v a 语言诞生至今，已经在太多的领域取得成功，虽然从最开始j a v a 就提供了 可以跨平台的g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ，图形用户界面) 应用程序库，从a w t ( a b s t r a c tw i n d o wt o o l k i t ) 到s w i n g 。然而采用a w t 或者s w i n g 开发出来的j a v a 应用程序总是同操作系统的其他应用程序显得很不一样，无论是速度还是外观上， 都不尽如人意。直到2 0 0 0 年，丌发了基于j a v a 的e c l i p s e 平台，在e c l i p s e 所包含 的所有组件罩，s w t 是一个巨大的亮点，用s w t 丌发的图形用户界面不仅美观， 而且反应速度快，它的出现极大地带动了j a v a 在g u i 领域中的发展。 s w t 的设计吸收了j a v a 图形界面a w t 和s w i n g 实现的最好部分，即当可以使 用本地组件时使用本地实现，当不能得到本地组件时使用j a v a 实现。s w t 调用本 地的运行平台，更紧密地映射到底层操作系统的本机图形技术，这不仅使得s w t 的运行及响应速度更快，而且在不同的操作系统下显示不同的风格，使得其开发出 来的g u i 更具有像本机应用程序的外观和感觉。因此，如果需要利用j a v a 语言面 向对象和跨平台等优势，同时又希望创建和本地操作系统风格一致的g u i 应用程 序，s w t 即为首选。 s w t 的定义是：由一套独立于操作系统的应用程序接口( a p i ) 以及本地窗口 集成起来的图形库与小部件集。在s w t 的设计中，开发人员使用了一种新的模式 来完成窗口部件的创建，s w t 的功能没有通过任何j a v a 虚拟机来操作，而是直接 调用w i n d o w s 图形设备接口( g d i ) 和s h e l l 功能。因此，s w t 使用的都是操作系 统本身的各种控件，对这些控件进行封装，然后通过j a v a 本地接口( j n i ) 对这些 控件进行调用，只有那些操作系统不包含的窗口组件，才会使用j a v a 语言来实现。 它提供了与平台无关的a p i ，并且该a p i 与操作系统的本机窗口环境紧密地集成在 一起。s w t 的结构如图1 华北电力人学硕十学位论文 j f a c e s w t 刷i w i n d o w i n gs u b - s y s t e m o p e r a t i n gs y s t e m 图3 - 6s w t 结构图 另外，目前的s w t 已经十分稳定。这里指的稳定应该包含两层意思： 一是指性能上的稳定，其中的关键是源于s w t 的设计理念。s w t 最大化了操 作系统的图形构件a p i ，就是说只要操作系统提供了相应图形的构件，那么s w t 只是简单应用j n i 技术调用它们，只有那些操作系统中不提供的构件，s w t 才自己 去做一个模拟的实现。可以看出s w t 的性能上的稳定大多时候取决于相应操作系 统图形构件的稳定性。 另一个稳定是指s w t 的a p i 包中的类、方法的名称和结构已经少有改变，程 序员不用担心由于e c l i p s e 组织开发进度很快，而导致自己的程序代码变化过大。从 一个版本的s w t 更新至另一版本，通常只需要简单将s w t 包换掉就可以了。 基于s w t 技术的优点，采用s w t 实现的数据采集平台也将会非常的高效和稳 定，并且具有良好的可扩展性与可移植性。 3 3 2 成本计算分析模块设计 1 ) 数据流图 成本计算分析模块是后台服务模块的重要组成部分，系统的主要业务处理都是 在这里完成的。成本计算模型运用数据采集平台采集的数据，计算出各类成本信息， 例如入炉煤耗成本、煤场损耗成本、燃料采购成本、单位燃料成本、固定成本、变 动成本等。成本计算模型主要部署在成本计算服务器上。这旱以计算煤单位发电量 成本为例进行说明。 1 6 华北电力人学硕十：学位论文 图3 7 成本计算模型数据流 如图3 7 所示，煤单位发电量成本计算模型通过数据采集平台获得发电厂使用 煤种、每类煤的单价、低位发热量、消耗量