本發明涉及一種在線監控管理系統，特別是一種超低排放機組在線監控管理系統。

背景技術：

為了控制燃煤火電污染，近年來，國內針對火電污染物的排放標準已經越來越嚴苛，2014年7月，被稱為“史上最嚴”的中國火電大氣污染排放新標準開始執行，力求加大對電力行業污染物排放的治理力度。頭頂這一環保“緊箍咒”，不少中國煤電企業開始探索天然氣標準的超低排放，試圖擺脫燃煤行業“黑老粗”的刻板印象，因此，在國家政策和民生駁論的重重壓力之下，中國煤電大氣治理延向了新思路—超低排放。超低排放，也叫“近零排放”、“超凈排放”，是指燃煤機組在完成改造之后的煙氣排放達到天然氣機組標準，即在基準氧含量6％條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米。

2014年9月以來，國家發改委、環保部、能源局等部門先后下發了《關于印發<煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)>的通知》(發改能源[2014]2093號)、《關于實行燃煤電廠超低排放電價支持政策有關問題的通知》(發改價格[2015]2835號)等文件，江蘇省也下發了《省政府辦公廳關于轉發省發展改革委省環保廳江蘇省煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014－2020年)的通知》(蘇政辦發[2014]96號)文件，以期實現燃煤機組超低排放的有效管理。

“超低排放”不僅需要高額的一次性環保投資，更需要持續投入可觀的運行費用，一方面如果沒有相應的經濟補貼措施，燃煤電廠不可能長期穩定的在超低或超超低設計水平上運行，另一方面由于投運項目運行時間短、工程應用經驗不足，為防止發電企業低價競爭、粗制濫造，環保設施投運后無法保證設施運行效果，所以應加強對燃煤機組環保設施改造后的監管工作。目前，國內對燃煤機組超低排放改造后的環保設施運行情況尚未做到實時監控，超低排放環保電價考核也尚未實現實時在線計算，相關管理部門無法及時查看燃煤機組超低排放運行狀態和考核指標統計。因此，為加強燃煤電廠超低排放設施運行管理，需要研究一種燃煤機組超低排放在線監控管理系統，為燃煤機組超低排放設施運行情況監管、補貼電價考核和補貼費用結算提供業務平臺和技術支撐。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種超低排放機組在線監控管理系統，實現燃煤機組超低排放設施運行情況的實時在線管理。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種超低排放機組在線監控管理系統，其特征在于：包含數據處理模塊、工藝流程組態處理模塊和考核指標在線計算模塊；數據處理模塊由數據采集模塊、數據壓縮傳輸模塊和數據存儲模塊構成；工藝流程組態處理模塊使用PI Processbook對現場DCS監控畫面進行完整復制，利用SVG技術在監控平臺進行處理和展示，實現現場工藝過程的完整復現；考核指標在線計算模塊根據配置信息，從PI實時數 據庫中抓取測點小時數據進行計算從而判斷超低排放脫硫、脫硝、除塵設施進行是否投運。

進一步地，所述數據采集模塊封裝多種數據源類型接口的數據采集調用方式，并將采集生成的實時數據定義為*.rda文件，歷史數據文件定義為*.had文件。

進一步地，所述數據壓縮傳輸模塊中，采用基于LZ77-區間編碼聯合壓縮方式對采集數據進行壓縮處理，形成壓縮文件，并將壓縮文件定義為*.zrda和*.zhda文件，定義文件傳輸客戶端uniclient，經調度網絡統一傳輸到數據中心的數據文件服務器中。

進一步地，所述數據壓縮傳輸模塊包含對采集數據進行壓縮處理和解壓縮處理，

數據壓縮過程為：

1)獲取采集系統采集到的原始數據

2)對原始數據先進行預處理

3)調用LZ77編碼器對原始數據進行編碼

4)對LZ77編碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用區間編碼器對第一次碼流組織的數據進行編碼

6)對區間編碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據；

數據解壓縮過程為：

1)獲取待解壓的數據

2)對待解壓的數據進行預處理

3)調用區間解碼器對數據進行解碼

4)對區間解碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用LZ77解碼器對第一次碼流組織的數據進行解碼

6)對LZ77解碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據。

進一步地，所述數據存儲模塊，以PI實時數據作為存儲媒介，數據寫庫服務端uniserver與uniclient進行通訊，根據配置的電廠信息、測點內碼映射表、測點外碼映射表，采用并發機制將壓縮數據文件先進行解壓，然后寫入數據庫。

進一步地，所述工藝流程組態處理模塊操作流程為：

1)使用PI Processbook工具，對源圖中所有元素進行一一組態；

2)安裝SVG工具，將PI Processbook組態圖形存儲為SVG圖形格式；

3)使用文本或者xml格式對SVG圖形進行格式和內容編輯，對部分文件內容進行調整；

4)SVG圖形編輯完成后，加載到web頁面系統中進行展示。

進一步地，所述考核指標在線計算模塊的計算流程為：

1)對原始數據進行剔除異常值、剔除標定/故障時間對應數據等處理；

2)對機組是否考核期進行判斷，若處于考核期，則對測點小時均值進行統計；若不處于考核期，則該機組該小時視為機組停運，指標不進行統計；

3)得到各相關測點小時均值后，進行單位轉換和濃度折標計算；

4)根據考核判斷規則，對超低排放脫硫、脫硝、除塵設施進行是否投運判斷；

5)輸出計算結果。

進一步地，所述考核指標在線計算模塊計算指標包含污染物排放濃度、脫硫效率、脫硝效率、考核時間、停運時間、超標率，計算周期為1小時，以發電機功率為判斷依據，發電機功率大于2％額定負荷即視為進入考核期。

進一步地，所述考核指標在線計算模塊指標計算模型：

二氧化硫：

氮氧化物：

煙塵：

脫硫效率：

脫硝效率：

進一步地，所述考核指標在線計算模塊投運判斷模型：

超低排放脫硫系統：

1)SO2排放濃度小時均值小于等于35mg/m3；

2)任一漿液循環泵電流大于空載電流；

同時滿足；

超低排放脫硝系統：

1)NOx排放濃度小時均值小于等于50mg/m3；

2)任一稀釋風機或稀釋水泵電流大于閾值；

3)脫硝效率大于等于50％；

4)任一噴氨流量大于閾值；

同時滿足；

超低排放除塵系統：

1)煙塵排放濃度小時均值小于等于10mg/m3；

2)電除塵：電場運行數量大于閾值；

3)袋式除塵：通道差壓信號小于閾值；

同時滿足。

本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：

1、實現燃煤機組超低排放設施運行情況的實時在線管理，支撐超低排放運行監管和電價考核管理工作的開展，擴展電力環保監管范圍，提升電力環保監管水平，進一步推進節能減排任務，加強發電企業超低排放設施投運積極性，提高企業環保水平；

2、本發明定義的各區域功能涵蓋了超低排放機組在線監控管理應用方面的各種需求，提供了數據展示、工藝過程展示、配置管理和指標計算統計等全方位的功能模塊，為有關部門有效實施超低排放管理提供了良好的技術支撐和業務應用平臺；

3、本發明基本覆蓋了超低排放機組脫硫、脫硝、除塵等環保設施所有現場設備參數，測點齊全，并且完整復制了現場工藝流程圖，由于監測參數實現了秒級刷新，因此現場任何一個參數的微小變化都能在本發明中得到及時體現，測點類型齊全同時也能實現參數與參數之間的互相驗證，有效防止部分發電企業弄虛作假現場發生；

4、本發明所涉及的指標統計計算充分考慮了現場工藝特性，提取了設施投運判斷所需的特征參數，同時充分考慮到有關部門實施超低排放機組考核管理所關注的重點內容，設計了豐富多樣的計算指標，并研究開發了科學合理的計算模型和方便友好的展示界面。

附圖說明

圖1是本發明的LZ77-區間編碼聯合壓縮過程流程圖。

圖2是本發明的LZ77-區間編碼聯合壓縮解壓縮過程流程圖。

圖3是本發明的實施例電廠DCS監控畫面圖。

圖4是本發明的使用文本或者xml格式對SVG圖形進行格式和內容編輯的編輯頁面形式示意圖。

圖5是本發明的考核指標在線計算模塊的計算流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。

本發明的一種一種超低排放機組在線監控管理系統，包含數據處理模塊、工藝流程組態處理模塊和考核指標在線計算模塊.

數據處理模塊由數據采集模塊、數據壓縮傳輸模塊和數據存儲模塊構成。

數據采集模塊：為了滿足超低排放系統海量數據采集問題，采用插件技術，封裝各種數據源類型接口的數據采集調用方式，實現對現 場多種數據源種類的融合。采集生成的實時數據文件定義為*.rda文件，歷史數據文件定義為*.hda文件。

數據壓縮傳輸模塊：采集的現場監測數據通過網絡隔離器后經由省電力公司調度網絡傳輸到省公司電力信息內網存儲。電廠到調度網絡的網絡帶寬為2Mbps(約200KBytes)，考慮到電廠與省電力公司之間還有其它多種應用業務，采集數據傳輸不能占用過多帶寬。為了適應窄帶寬通道數據傳輸的場景，預先采用壓縮算法對采集數據進行處理，然后將壓縮后的數據發送到監控中心主站系統。采用數據壓縮機制，可以有效地降低網絡帶寬的昂貴資源消耗。本發明定義的數據壓縮算法基于LZ77-區間編碼聯合壓縮方式實現。采集的數據經過處理后形成壓縮文件，定義為*.zrda和*.zhda文件，定義了文件傳輸客戶端uniclient，經調度網絡統一傳輸到數據中心的數據文件服務器中。

其中，數據壓縮傳輸模塊包含對采集數據進行壓縮處理和解壓縮處理，

數據壓縮過程為：

1)獲取采集系統采集到的原始數據

2)對原始數據先進行預處理

3)調用LZ77編碼器對原始數據進行編碼

4)對LZ77編碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用區間編碼器對第一次碼流組織的數據進行編碼

6)對區間編碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據；

數據解壓縮過程為：

1)獲取待解壓的數據

2)對待解壓的數據進行預處理

3)調用區間解碼器對數據進行解碼

4)對區間解碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用LZ77解碼器對第一次碼流組織的數據進行解碼

6)對LZ77解碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據。

數據存儲模塊：本發明定義的采集數據存儲以PI實時數據庫作為存儲媒介，定義了數據寫庫服務端uniserver與uniclient進行通訊，根據配置的電廠信息、測點內碼映射表(測點在內部數據庫中的關聯信息)、測點外碼映射表(測點在內部數據庫與電廠數據庫之間的關聯信息)，采用并發機制將壓縮數據文件先進行解壓，然后寫入數據庫。

工藝流程組態處理模塊使用PI Processbook對現場DCS監控畫面進行完整復制，利用SVG技術在監控平臺進行處理和展示，實現現場工藝過程的完整復現。SVG可縮放矢量圖形(Scalable Vector Graphics)是基于svg可擴展標記語言(XML)，用于描述二維矢量圖形的一種圖形格式。SVG嚴格遵從XML語法，并用文本格式的描述性語言來描述圖像內容，因此是一種和圖像分辨率無關的矢量圖形格式。本發明定義的工藝流程組態以實時采集數據為基礎，完整復現現場超 低排放相關設施運行狀態，現場污染物濃度、電流、電壓、流量等每個參數的細微變化，都能在主站中得到及時反映。使用PI Processbook對現場DCS監控畫面進行完整復制，利用SVG技術在監控平臺進行處理和展示，實現現場工藝過程的完整復現，監管部門可利用此功能準確掌握現場超低排放系統所有設備運行情況，可細微到某一閥門的開關狀態。

工藝流程組態處理模塊操作流程為：

1)使用PI Processbook工具，對源圖中所有元素進行一一組態；

2)安裝SVG工具，將PI Processbook組態圖形存儲為SVG圖形格式；

3)使用文本或者xml格式對SVG圖形進行格式和內容編輯，對部分文件內容進行調整；

4)SVG圖形編輯完成后，加載到web頁面系統中進行展示。

考核指標在線計算模塊根據配置信息，從PI實時數據庫中抓取測點小時數據進行計算從而判斷超低排放脫硫、脫硝、除塵設施進行是否投運。

考核指標在線計算模塊的計算流程為：

1)對原始數據進行剔除異常值、剔除標定/故障時間對應數據等處理；

2)對機組是否考核期進行判斷，若處于考核期，則對測點小時均值進行統計；若不處于考核期，則該機組該小時視為機組停運，指標不進行統計；

3)得到各相關測點小時均值后，進行單位轉換和濃度折標計算；

4)根據考核判斷規則，對超低排放脫硫、脫硝、除塵設施進行是否投運判斷；

5)輸出計算結果。

本發明定義了確定了實施超低排放考核管理需要計算的指標類型，定義了實現燃煤機組超低排放設施考核的計算模型和判斷方式。

考核指標在線計算模塊計算指標包含污染物(SO2、NOx、煙塵)排放濃度、脫硫效率、脫硝效率、考核時間、停運時間、超標率，計算周期為1小時，以發電機功率為判斷依據，發電機功率大于2％額定負荷即視為進入考核期。

考核指標在線計算模塊指標計算模型：

二氧化硫：

氮氧化物：

煙塵：

脫硫效率：

脫硝效率：

考核指標在線計算模塊投運判斷模型：

超低排放脫硫系統：

1)SO2排放濃度小時均值小于等于35mg/m3；

2)任一漿液循環泵電流大于空載電流；

同時滿足；

超低排放脫硝系統：

1)NOx排放濃度小時均值小于等于50mg/m3；

2)任一稀釋風機或稀釋水泵電流大于閾值；

3)脫硝效率大于等于50％；

4)任一噴氨流量大于閾值；

同時滿足；

超低排放除塵系統：

1)煙塵排放濃度小時均值小于等于10mg/m3；

2)電除塵：電場運行數量大于閾值；

3)袋式除塵：通道差壓信號小于閾值；

同時滿足。

下面以省內某660MW超低排放機組為例，闡述實現本發明的具體過程。

一、在線監控管理參數

該機組為在役660MW超超臨界燃煤機組，超低排放改造工藝類型選取如下：

脫硝系統：在原有2層催化劑的基礎上，啟用備用層催化劑；

除塵系統：原有電除塵系統不變，在脫硫系統后增加濕式電除塵器；

脫硫系統：增加AFT吸收塔，在原脫硫塔內實現二級漿液噴淋。

針對此種改造方式，在線監控管理參數要求為脫硝系統、原除塵系統、濕式電除塵系統、原脫硫系統、AFT吸收塔系統等所有系統參數，同時包括煙氣排放連續監測系統參數，具體講包括脫硝進口/出口NOx濃度、脫硝進口/出口O2濃度、脫硫進口SO2濃度、脫硫進口O2濃度、煙囪排口SO2濃度、煙囪排口NOx濃度、煙囪排口煙塵濃度、煙囪排口O2濃度、煙囪排口煙氣溫度、煙囪排口煙氣濕度、煙囪排口煙氣壓力等。該機組在線監控管理參數達1500點左右。

二、數據處理過程

所需管理參數從電廠SIS系統采集，數據處理過程如下：

(1)插件接口定義

插件基本信息

插件環境初始化

創建工作環境

連接數據庫

獲取測點對應的數據庫內碼編號

獲取測點數據

(2)數據壓縮

數據采集中的壓縮技術采用無損數據壓縮方式。無損壓縮，使得數據量變小，對應的解壓縮功能可以精確的恢復原數據，而不丟失任何數據。數據壓縮過程如下：

(1)數據壓縮過程

LZ77-區間編碼聯合壓縮過程如圖1：

1)獲取采集系統采集到的原始數據

2)對原始數據先進行預處理

3)調用LZ77編碼器對原始數據進行編碼

4)對LZ77編碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用區間編碼器對第一次碼流組織的數據進行編碼

6)對區間編碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據(壓縮結果數據)。

(2)數據解壓縮過程

LZ77-區間編碼聯合壓縮逆過程(解壓縮過程)如圖2:

1)獲取待解壓的數據

2)對待解壓的數據進行預處理

3)調用區間解碼器對數據進行解碼

4)對區間解碼器輸出的數據進行第一次碼流組織

5)調用LZ77解碼器對第一次碼流組織的數據進行解碼

6)對LZ77解碼器輸出的數據進行第二次碼流組織

7)形成最終結果數據(采集的原始數據)。

本發明采用的數據壓縮方式數據壓縮比至少達到了5以上，對網絡帶寬的占用減少4倍以上；壓縮時間、解壓縮時間均極短，壓縮時能夠達到7M/秒，解壓縮能夠達到60M/秒。

(3)數據傳輸

1)登錄

2)上傳文件

3)下載文件

客戶端請求下載文件時，如果不可以下載，服務端直接拒絕，回復的child_id、child_total均為0；如果可以下載，服務端直接開始傳輸文件內容，child_id＝0，child_total＝x開始傳輸。

(4)數據存儲

本發明中，數據存儲以PI數據庫作為存儲媒介，Uniwrite開發PI數據寫入接口，與PI實時數據庫進行數據交互，根據測點編碼、時間和數值對數據進行持續入庫，數據以秒級計。數據存儲格式如下表所示：

二、工藝流程組態

為了實現頁面對電廠工藝過程的展示，采用PI ProcessBook和SVG技術對現場工藝流程進行完整復制，實現對組態圖形的保存、編輯，SVG圖形在實時數據庫和web展示之間起到了橋梁作用，對系統涉及到的脫硫、脫硝、除塵、濕除等系統畫面進行重新組態，對頁面中涉及的各種設備、參數進行頁面配置。SVG可縮放矢量圖形(Scalable Vector Graphics)是基于svg可擴展標記語言(XML)，用于描述二維矢量圖形的一種圖形格式。SVG嚴格遵從XML語法，并用文本格式的描述性語言來描述圖像內容，因此是一種和圖像分辨率無關的矢量圖形格式。

以濕式除塵系統組態為例，電廠DCS監控畫面如圖3所示，

組態操作流程如下：

1)使用PI Processbook工具，對源圖中所有元素進行一一組態。

2)安裝SVG工具，將PI Processbook組態圖形存儲為SVG圖形格式。

3)在1)中所述組態圖的基礎上，使用文本或者xml格式對SVG圖形進行格式和內容編輯，對部分文件內容進行調整，編輯頁面形式如圖4所示。

4)SVG圖形編輯完成后，加載到web頁面系統中進行展示。

三、指標計算統計

以計算該機組2016年某小時超低排放考核數據為例。

根據配置信息，從PI實時數據庫中抓取如下測點的小時數據：

如圖5所示，指標計算統計具體計算流程如下：

1)對原始數據進行剔除異常值、剔除標定/故障時間對應數據等處理；

2)對機組是否考核期進行判斷，若處于考核期，則對測點小時均值進行統計；若不處于考核期，則該機組該小時視為機組停運，指標不進行統計。

3)以處于考核期為例，得到各相關測點小時均值后，進行單位轉換和濃度折標計算；

4)根據考核判斷規則，對超低排放脫硫、脫硝、除塵設施進行是否投運判斷。

5)輸出計算結果。

本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發明所作的舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明說明書的內容或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。