劉曉光，劉保松

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于WebService的風(fēng)電集中監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)

劉曉光，劉保松

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

提出了一種基于WebService服務(wù)的風(fēng)電集中監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)方案，介紹了平臺(tái)架構(gòu)、主要組成模塊和基本軟件流程，并對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)分散數(shù)據(jù)的集成管理和數(shù)據(jù)分析，可以在實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)集中監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

風(fēng)電；集中監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)分析；平臺(tái)

0 引言

目前，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模躍居世界第一，隨著投產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量和容量的不斷增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)、故障檢測(cè)、診斷技術(shù)應(yīng)用已成為風(fēng)力發(fā)電亟待解決的新課題。長(zhǎng)期以來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)一直采用計(jì)劃維修與事后維修方式，為了創(chuàng)新管理方式，解決這兩種維修方式的不足，逐步引入了狀態(tài)檢修方式。狀態(tài)檢修是基于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)跟蹤，對(duì)其故障征兆進(jìn)行分析診斷，預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障趨勢(shì)，以達(dá)到指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)預(yù)知維修的目的，因此集中監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析對(duì)于狀態(tài)檢修工作的開(kāi)展具有不可或缺的作用。

各發(fā)電集團(tuán)所屬風(fēng)電場(chǎng)分布于全國(guó)各地，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也分散儲(chǔ)存于各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中，數(shù)據(jù)量龐大，再加上每個(gè)機(jī)組廠家SCADA數(shù)據(jù)類型多種多樣，分散分布的信息和不兼容不利于數(shù)據(jù)的融合和大數(shù)據(jù)的挖掘，造成風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)人員在這些數(shù)據(jù)中獲得有價(jià)值的信息難度很大。因此，本文旨在建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、接口開(kāi)放，數(shù)據(jù)完備的大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組數(shù)據(jù)信息的匯聚、集成、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用，能夠用于數(shù)據(jù)分析和挖掘功能，提升風(fēng)電企業(yè)集約化管理，為狀態(tài)檢修提供有效的分析手段。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由前置數(shù)據(jù)管理模塊和應(yīng)用門戶模塊組成。前置數(shù)據(jù)管理模塊包括數(shù)據(jù)采集、標(biāo)準(zhǔn)化、存儲(chǔ)和同步管理四個(gè)子模塊，子模塊通過(guò)WebService[1]的方式以不同邏輯與外部實(shí)現(xiàn)通信。應(yīng)用門戶上的功能模塊可以通過(guò)Webservice服務(wù)調(diào)用的方式從前置數(shù)據(jù)管理模塊中獲得數(shù)據(jù)，完成各種數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 前置數(shù)據(jù)管理

2.1 數(shù)據(jù)采集管理模塊

數(shù)據(jù)采集模塊可以與各種數(shù)據(jù)源對(duì)接，數(shù)據(jù)源經(jīng)過(guò)預(yù)處理后轉(zhuǎn)換為符合數(shù)據(jù)寫入標(biāo)準(zhǔn)接口格式的數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)寫入接口寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊，存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)開(kāi)發(fā)各種數(shù)據(jù)庫(kù)接口，數(shù)據(jù)采集模塊能接受不同數(shù)據(jù)源的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以接受并管理風(fēng)電場(chǎng)所有系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種關(guān)系型數(shù)據(jù)，包括風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、升壓站運(yùn)行數(shù)據(jù)以及后期加裝的其它在線監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)采集管理模塊突破空間限制與數(shù)據(jù)源類型限制，匯總原始數(shù)據(jù)并提供標(biāo)準(zhǔn)的訪問(wèn)通道。

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理模塊

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理模塊是為了方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和發(fā)掘，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)賦予數(shù)據(jù)以代碼的過(guò)程，即用不同的代碼與各種數(shù)據(jù)信息中的基本單位組成部分建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。本系統(tǒng)采用KKS編碼標(biāo)準(zhǔn)[2]，對(duì)可能遇到的所有風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備信息和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。編碼后的數(shù)據(jù)含有唯一身份標(biāo)識(shí)，便于檢索，是數(shù)據(jù)分析和挖掘功能的基礎(chǔ)。

2.3 數(shù)據(jù)同步管理模塊

前置數(shù)據(jù)管理模塊采用同構(gòu)模式，位于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的前置數(shù)據(jù)管理模塊在功能和使用方式上都是相同的，部署方式也是相同的，所以前置數(shù)據(jù)管理可以部署在任何一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。當(dāng)部署完成后，上下級(jí)節(jié)點(diǎn)的前置數(shù)據(jù)管理模塊會(huì)相互同步KKS信息，這樣上級(jí)前置數(shù)據(jù)管理模塊可以集成下屬所有前置數(shù)據(jù)管理模塊的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

如圖2所示，本部側(cè)前置數(shù)據(jù)管理模塊作為父節(jié)點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)側(cè)前置數(shù)據(jù)管理模塊作為子節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)通過(guò)同步方式建立起下屬子節(jié)點(diǎn)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的路徑索引，這樣集團(tuán)側(cè)前置數(shù)據(jù)管理模塊作為父節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)到所有下屬子節(jié)點(diǎn)前置數(shù)據(jù)管理模塊，而無(wú)需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到父節(jié)點(diǎn)前置數(shù)據(jù)管理模塊中。

圖2 數(shù)據(jù)同步

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊由數(shù)據(jù)庫(kù)和調(diào)度邏輯構(gòu)成，完成數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，可以采用雙庫(kù)結(jié)構(gòu)[3]，可以按照需求對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和特征提取。本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)本節(jié)點(diǎn)原始數(shù)據(jù)以及計(jì)算出的中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，方便調(diào)用和查詢，并提供通用接口。父節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)接口調(diào)用任意子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用門戶

應(yīng)用門戶包括應(yīng)用接口、功能模塊和應(yīng)用管理，所有的功能模塊均以獨(dú)立的應(yīng)用程序（應(yīng)用模塊）的形式提供，應(yīng)用管理實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用門戶中對(duì)功能模塊進(jìn)行上傳、下載，以及驗(yàn)證等，監(jiān)控每個(gè)功能模塊的運(yùn)行情況。每個(gè)模塊都是獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，用以實(shí)現(xiàn)某種確定的診斷功能[4]。初步開(kāi)發(fā)的功能模塊有風(fēng)機(jī)集中監(jiān)測(cè)模塊、生產(chǎn)信息報(bào)表模塊、振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、能耗分析模塊、功率曲線分析模塊。

圖3 各節(jié)點(diǎn)前置數(shù)據(jù)管理

4 軟件設(shè)計(jì)

如圖3所示，父節(jié)點(diǎn)功能模塊請(qǐng)求查詢某風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)WebService接口將請(qǐng)求傳輸給父節(jié)點(diǎn)前置數(shù)據(jù)管理A，經(jīng)過(guò)邏輯查詢本地編碼信息數(shù)據(jù)庫(kù)是否存在該風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)。若存在該信息，則返回該數(shù)據(jù)給功能模塊，若無(wú)，則根據(jù)數(shù)據(jù)編碼信息獲取該風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)際物理地址路徑，查詢到后發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求給該風(fēng)電場(chǎng)前置數(shù)據(jù)管理B進(jìn)行數(shù)據(jù)邏輯處理，并對(duì)本地編碼信息庫(kù)進(jìn)行查詢，查到數(shù)據(jù)后將該生產(chǎn)數(shù)據(jù)返回給父節(jié)點(diǎn)。

功能模塊位于表現(xiàn)層，即客戶端，是風(fēng)電專業(yè)人員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析的地方，分析算法全部在客戶端實(shí)現(xiàn)。客戶端不需要處理數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性沖突問(wèn)題，為了支持離線只需要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地即可。功能模塊可以使用本地的數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)WebService向服務(wù)器端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

圖4 集中監(jiān)測(cè)界面

5 系統(tǒng)應(yīng)用

某風(fēng)電企業(yè)采用該平臺(tái)設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)集中監(jiān)測(cè)，風(fēng)電企業(yè)本部設(shè)置前置數(shù)據(jù)管理父節(jié)點(diǎn)，其它風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置前置數(shù)據(jù)管理子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)匯聚在風(fēng)電場(chǎng)，父節(jié)點(diǎn)通過(guò)WebService接口調(diào)用子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，有選擇性的進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)集成和分析實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)管理和應(yīng)用，從而根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)象分別開(kāi)發(fā)不同的數(shù)據(jù)分析和挖掘功能。如圖4和圖5所示，分別為風(fēng)電場(chǎng)子節(jié)點(diǎn)級(jí)的集中監(jiān)測(cè)界面和父節(jié)點(diǎn)級(jí)的功率曲線分析界面。

圖5 功率曲線分析界面

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基于WebService服務(wù)的風(fēng)力發(fā)電集中監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散分布的的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行集中管理和大數(shù)據(jù)分析，并通過(guò)數(shù)據(jù)的積累不斷豐富故障診斷手段，解決了風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)量龐大、分散分布、利用效率不高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組數(shù)據(jù)信息的匯聚、集成、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用，能夠?yàn)闋顟B(tài)檢修提供有效的分析手段。

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Design of Wind Power Centralized Monitoring and Data Analysis Platform Based on WebService

LIU Xiao-guang，LIU Bao-song
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

A WebService based platform solution for the wind power centralized monitoring and data analysis is proposed.This paper describes the platform architecture，main building blocks and basic software flow and specifically design the key module of the system.The system implements data integration management and data analysis of the distributed wind farm and can be widely used in the region to achieve centralized monitoring of wind farms.

Wind Power；centralized monitor；data analysis；platform

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.006

TM614

B

2095-3429（2015）06-0019-04

2015-11-02

修回日期：2015-11-20

劉曉光（1982-），男，山東威海人，碩士，工程師，主要從事新能源發(fā)電優(yōu)化研究工作。