汽輪機網源協調數據信息管理系統的設計與實現

摘" 要：針對當前火電機組涉網設備數據信息管理及網源協調技術監督方面的短板和不足，借助于Vue.js、Django等開發技術，采用B/S架構設計出一種汽輪機網源協調數據信息管理系統，進一步規范汽輪機及其調節系統網源協調工作日常信息檢索模式，加強源側涉網信息的存儲和查詢，為網源協調技術監督提供數據支撐。

關鍵詞：汽輪機；B/S架構；網源協調；管理系統；技術監督

中圖分類號：TP391" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）01-0129-04

Abstract： Aiming at the shortcomings and shortcomings in the current management of network-related equipment data information of thermal power units and technical supervision of network-source coordination， with the help of development technologies such as Vue.js and Django， a steam turbine network-source coordination data information management system is designed using B/S architecture， which further standardized the daily information retrieval mode of network source coordination of steam turbine and its regulation system， strengthened the storage and query of network-related information on the source side， and provided data support for the technical supervision of network source coordination.

Keywords： steam turbine; B/S architecture; network source coordination; management system; technical supervision

在當前新能源占比逐年增高以及常規火電機組大范圍參與深度調峰的新形勢下，電力系統對汽輪機及其調節系統的網源協調性能提出了更高的要求[1]。目前，在汽輪機及其調節系統網源協調數據信息檢索方面仍采用人工、分散的檢索模式，缺少一個信息全面準確且高效的數據信息系統的有力支撐，如何解決火電機組涉網設備數據信息及網源協調技術監督方面存在的短板和不足，進一步規范汽輪機及其調節系統網源協調工作日常信息檢索模式，對于提升并網機組涉網監督管理支撐水平具有重要意義。而且隨著能源電力進入大數據時代，汽輪機及其調節系統網源協調數據呈爆炸式增長，如何科學、有效地存取和檢索相關數據，提高汽輪機及其調節系統網源協調數據的利用價值，是能源電力行業大數據發展亟需解決的科學問題。

隨著互聯網技術的發展，采用Web形式來作為交互界面，對數據信息進行儲存和檢索，已受到越來越多開發者的關注[2]。使用Web形式進行數據的交互，這種方式具有分布性強、擴展簡單、維護方便、共享性強和使用靈活的特點。本文從涉網機組汽輪機調節系統數據信息的存取管理需求為出發點，采用B/S架構研究設計出一種數據信息管理系統。

1" 汽輪機網源協調數據信息管理系統研究現狀

1.1" 汽輪機網源協調數據儲存需求分析

汽輪機及其調節系統的運行特性是指火電機組在并網運行以后，當網頻出現偏差時，能夠快速響應，消除偏差，保證整個電網的安全穩定。對汽輪機及其調節系統進行參數測試，是為了建立并網機組參與電網一次調頻的數學模型[3]。

汽輪機及其調節系統參數建模試驗是通過模擬實際轉速低于或高于額定轉速，進而一次調頻動作，發電機組有功功率增加或減少[4]，記錄有功功率、轉速偏差、流量指令、調門開度等信號曲線，通過PSD電力系統分析軟件擬合負荷曲線進而獲得汽輪機及其調節系統的各個參數。汽輪機及其調節系統參數建模試驗又分為靜態試驗和動態試驗，靜態試驗主要是在火電機組啟機前，在手動方式下記錄高調門的大小階躍曲線，獲得執行機構參數；動態試驗主要是在火電機組并網以后，分別在閥位控制方式下和協調控制方式下強制轉速偏差，進行負荷擾動試驗，獲得汽輪機模型參數和PID控制系統參數。

目前對于汽輪機及其調節系統涉網試驗沒有建立規范統一的數據信息管理系統，試驗情況、試驗數據、試驗報告和模型參數等信息缺乏有效的管理，紙質或不系統的數據較難進行分析和再利用，通過建立統一的系統可以讓數據信息發揮更大的價值，同時對試驗信息的綜合匯總，便于對當前的試驗開展情況，建模報告編寫情況存在的問題及時反饋。

1.2" 汽輪機網源協調數據信息管理系統研究進展

對于網源協調相關數據信息的管理，有專家[5]設計了一種基于機網協調的設備參數信息系統，該系統對電廠大機組的繼電保護和自動裝置等設備的主要參數進行儲存管理，并通過客戶端來實現數據的訪問交互。也有相關學者[6]設計一種源網荷儲資源綜合管理平臺系統，通過接入層、網絡層、平臺層和應用層四層系統結構構建整個系統，將數據統一管理，統一訪問。但是對汽輪機相關涉網試驗的數據平臺研究相對較少。而以Web形式進行數據儲存管理的方式，因其獨特的優勢，越來越受到開發者和用戶的青睞。

2" 系統開發技術與架構

2.1" 系統開發技術

瀏覽器前端開發技術：前端瀏覽器的開發采用了基于標準HTML、CSS和JavaScript構建的Vue.js框架[7]。它用于構建交互式的Web應用程序，采用了組件化和響應式數據綁定的概念，使得開發者可以輕松地構建可復用的組件并實現數據與視圖的雙向綁定。Vue-cli是官方提供的腳手架工具，用于快速搭建Vue.js項目的環境，同時還集成了webpack等工具，簡化了開發流程。Vue-router是官方提供的路由管理器，允許通過不同的URL訪問不同的內容，實現多視圖的單頁面Web應用。Axios是一個基于Promise的HTTP客戶端，用于在瀏覽器中發送HTTP請求。它支持異步請求和響應數據轉換，具有更易于使用的API和功能強大的攔截器。除此之外，Axios還具有如下的特點：①支持Promise API；②自動轉換為JSON數據；③攔截請求和響應；④支持嵌套條目的查詢參數序列化；⑤取消請求；⑥客戶端防止CSRF/XSRF攻擊。因此，采用Vue.js框架可以快速實現項目的搭建

服務端開發技術：服務端開發主要采用Python開發語言。Python中有用于網站開發的Web框架，Web框架具有很多業務邏輯功能，而且種類較多，本系統采用Django開發框架。Django是一個高層次Python Web開發框架，特點是開發快速、代碼較少、可擴展性強，它基于MVC模型組織資源，框架功能豐富，模板擴展選擇最多，具有開發快捷、部署方便、可重用性高和維護成本低等特點。Django提供了豐富、動態的數據庫接口和模板語言，采用MTV模式的框架基礎，將開發任務分為Model、Template、View三大部分，如圖1所示。

MTV模式中，Model為數據存取層，用于定義數據模型和數據庫操作；Template為表現層，用于渲染用戶界面；View為業務邏輯層，處理用戶輸入，包括從數據庫中讀取數據、渲染模板等操作，在處理完用戶輸入后，View將結果傳遞給Template進行渲染，并將渲染后的頁面返回給用戶。在Django中，響應順序如下：瀏覽器發送HTTP請求，Django首先會將請求傳遞給URLconf來查找對應視圖處理請求；視圖函數接收請求并執行相應的邏輯；視圖函數返回一個HttpResponse對象，該對象將作為響應返回給用戶。

2.2" 系統架構設計

傳統的信息管理系統是人們在電腦客戶端進行操作，數據庫運行在服務端，這種模型被稱為C/S架構。而C/S架構的缺陷是每當系統升級時都需要更新每一臺客戶機的應用程序，維護和升級成本較高。

隨著B/S架構的出現與發展，這種體系結構可以理解為是對C/S架構體系的改變和促進[8]。在B/S架構中，用戶通過瀏覽器向服務器發送請求，服務器根據請求的內容執行相應的邏輯，并將成果返回給瀏覽器進行展示，這種方式具有極強的交互性，而且B/S架構只需要升級服務器就可以使用新應用，這使得B/S架構具有更廣的適用性。而且B/S架構還具有如下特點。

跨平臺性：B/S架構基于Web瀏覽器和服務器端，可以在不同操作系統和設備上進行訪問和運行。

維護方便：服務端邏輯集中在服務器端，可以通過簡單地更新來實現全局性的修改和維護。

安全性：用戶數據存儲在服務器端，可以進行有效的加密和保護。

本文研究的系統采用前后端分離的B/S分層架構開發模式。

3" 系統功能模塊設計與實現

汽輪機網源協調數據信息管理系統是對汽輪機涉網試驗信息的綜合管理平臺，并且在不斷拓展，根據相關數據的存取檢索需求，設計了試驗信息模塊、實測數據信息模塊、建模報告信息模塊、調速系統模型及參數信息模塊、發電機組原動機及其調節系統參數信息模塊、報表信息模塊6個功能模塊。

3.1" 試驗信息模塊

汽輪機及其調節系統參數建模試驗分為靜態試驗和動態試驗，將涉網火電廠和水電廠的各個機組進行編號，并注明對應的機組容量及在中調處的機端母線。各個機組的靜態試驗在機組啟動前進行試驗，而動態試驗是在機組并網并穩定運行之后進行擾動試驗，靜態試驗與動態試驗時間間隔較長。本模塊主要對靜態試驗和動態試驗的試驗進度狀態進行管理，可以實時對各個機組已做試驗和未做試驗進行查詢，避免出現試驗遺漏的情況，為涉網試驗提供及時準確的信息。

3.2" 實測數據信息模塊

汽輪機及其調節系統參數建模試驗靜態試驗數據主要包括閥門流量指令、高調閥開度反饋；動態試驗數據主要包括頻差、發電功率、閥門流量指令、高調閥開度反饋、再熱壓力、調節級壓力、主汽壓力。而且動態試驗需要分別在閥位控制方式和協調控制方式下進行。利用錄波儀對靜態試驗數據和動態試驗數據進行采集，將靜態數據、閥位控制和協調控制下的動態數據上傳至本模塊，便于實時查詢各個機組的試驗數據，并對數據進行分析。同時可以儲存多條歷史試驗數據，便與進行對比分析。

3.3" 建模報告信息模塊

在完成汽輪機及其調節系統參數建模試驗后，需要對數據分析處理及仿真建模工作，主要是利用PSD電力系統分析軟件對數據進行仿真建模工作。本模塊主要是對各個機組的參數建模報告信息進行整理，報告在出版過程中涉及報告編號、審核時間、出版時間以及完成單位等信息。利用本模塊可以快速查詢報告相關信息。每個機組的報告有效時間為五年，滿五年后需要復核，本模塊實時查詢報告期限，幫助電力工程師對到期的報告及時進行更新。

3.4" 調速系統模型及參數信息模塊

在電力系統發出的電能和所消耗的負荷發生不平衡，會產生頻率偏差，汽輪機調速系統就是在產生頻率偏差時，根據轉速不等率計算出頻率偏差所對應的機組負荷，通過改變高調門開度來調整機組出力以維持電網頻率的穩定。調速系統模型參數主要為閥位控制的前饋系數和協調控制的PID參數。利用PSD電力系統分析軟件將各個機組的前饋系數與PID參數仿真計算出來，快速錄入至本模塊，對參數信息進行儲存查閱，為電力系統相關工作人員在修改調速系統參數時提供重要參考。

3.5" 發電機組原動機及其調節系統參數信息模塊

原動機模型主要為一階慣性環節，主要參數為高壓汽室容積時間常數、再熱容積時間常數、高壓缸功率自然過調系數和低壓連通管容積時間常數，調節系統參數為執行機構PID參數和高調門開關時間常數。本模塊實現對每個電廠機組原動機及其調節系統參數進行儲存管理，輔助建立發電機組原動機與其調節系統理論模型，為生產試驗人員和相關科研工作者提供準確的參數信息。

3.6" 報表信息模塊

汽輪機及其調節系統參數測試的目的，是建立并網機組參與電網一次調頻的數學模型，為電力系統穩定計算仿真提供依據，也是涉網機組網源協調技術監督工作的重點。每月要將試驗信息、報告信息等數據信息進行匯總上報。本模塊將對數據信息進行篩選整理，自動生成相關報表，減輕電力工程師工作量。

4" 功能頁面的實現

系統前端使用Vue.js技術來實現汽輪機網源協調數據信息管理系統的Web頁面，通過自適應布局，保證在不同瀏覽器和分辨率下都能夠自動調整頁面布局。如圖2所示，采用Microsoft Edge瀏覽器打開。

服務端采用MySQL數據庫，對數據信息進行有效儲存，系統根據相關數據的存取檢索需求完成相關6個功能模塊界面，完成對汽輪機網源協調數據信息的存取管理和快速查詢。其中包括數據的瀏覽、添加、刪除、修改、查詢等基礎功能，如圖3所示。

5" 結束語

本文論述了汽輪機網源協調數據信息管理系統的設計與實現，包括系統開發技術、系統架構設計和系統功能模塊。系統在推廣應用的過程中，對數據信息實施針對性的存儲和檢索，對當前的試驗開展情況，建模報告編寫情況存在的問題及時反饋，為并網機組涉網監督管理提供有力的數據支撐，為電力工作者提供了信息化平臺，提高了工作效率和管理水平。

參考文獻：

[1] 侯倩，金飛，郝曉光，等.網源協調管理方法研究[J].黑龍江電力，2022，44（4）：326-328，333.

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[3] 朱曉星.汽輪機及其調節系統參數自動辨識與仿真校核技術研究[D].長沙：湖南大學，2013.

[4] 甘飛.汽輪機及其調節系統參數高效辨識算法及系統研究[D].重慶：重慶大學，2016.

[5] 伍輝霞.一種基于機網協調并網設備參數管理系統[P].CN2014 10718248.1，2015-04-29.

[6] 韓子嬌，張艷軍，董鶴楠，等.一種基于J2EE平臺的網源協調管理系統[P].CN201620545930.X，2017-01-04.

[7] 劉啟偉.基于Vue.js框架的Web前端開發工具的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2021.

[8] 許娜，耿恒高，徐傳鵬，等.基于MongoDB的地震勘探數據管理系統的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2022，41（2）：251-260.