劉曉光，劉保松

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

基于WebService的風電集中監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析平臺設計

劉曉光，劉保松

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

提出了一種基于WebService服務的風電集中監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析平臺方案，介紹了平臺架構、主要組成模塊和基本軟件流程，并對系統(tǒng)的關鍵模塊進行了具體的設計。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對風電場分散數(shù)據(jù)的集成管理和數(shù)據(jù)分析，可以在實現(xiàn)風電場集中監(jiān)控的區(qū)域進行廣泛應用。

風電；集中監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析；平臺

0 引言

目前，中國風電裝機規(guī)模躍居世界第一，隨著投產(chǎn)的風力發(fā)電機數(shù)量和容量的不斷增加，風力發(fā)電機組的運行維護、故障檢測、診斷技術應用已成為風力發(fā)電亟待解決的新課題。長期以來，風電場一直采用計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)檢修是基于對風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行檢測跟蹤，對其故障征兆進行分析診斷，預測風力發(fā)電機的故障趨勢，以達到指導風電場預知維修的目的，因此集中監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析對于狀態(tài)檢修工作的開展具有不可或缺的作用。

各發(fā)電集團所屬風電場分布于全國各地，各個風電場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也分散儲存于各個風電場中，數(shù)據(jù)量龐大，再加上每個機組廠家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，造成風電場生產(chǎn)人員在這些數(shù)據(jù)中獲得有價值的信息難度很大。因此，本文旨在建立一個標準統(tǒng)一、接口開放，數(shù)據(jù)完備的大數(shù)據(jù)管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)風電場機組數(shù)據(jù)信息的匯聚、集成、存儲、管理和應用，能夠用于數(shù)據(jù)分析和挖掘功能，提升風電企業(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

系統(tǒng)整體架構如圖1所示，系統(tǒng)主要由前置數(shù)據(jù)管理模塊和應用門戶模塊組成。前置數(shù)據(jù)管理模塊包括數(shù)據(jù)采集、標準化、存儲和同步管理四個子模塊，子模塊通過WebService[1]的方式以不同邏輯與外部實現(xiàn)通信。應用門戶上的功能模塊可以通過Webservice服務調(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。

圖1 系統(tǒng)總體架構

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)源對接，數(shù)據(jù)源經(jīng)過預處理后轉(zhuǎn)換為符合數(shù)據(jù)寫入標準接口格式的數(shù)據(jù)，通過標準寫入接口寫入數(shù)據(jù)存儲管理模塊，存入數(shù)據(jù)庫中。通過開發(fā)各種數(shù)據(jù)庫接口，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)，可以接受并管理風電場所有系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和各種關系型數(shù)據(jù)，包括風電機組運行數(shù)據(jù)、升壓站運行數(shù)據(jù)以及后期加裝的其它在線監(jiān)測設備數(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)并提供標準的訪問通道。

2.2 數(shù)據(jù)標準管理模塊

數(shù)據(jù)標準管理模塊是為了方便數(shù)據(jù)的存儲、檢索和發(fā)掘，在進行數(shù)據(jù)處理時賦予數(shù)據(jù)以代碼的過程，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應的關系。本系統(tǒng)采用KKS編碼標準[2]，對可能遇到的所有風電場設備信息和運行數(shù)據(jù)進行編碼。編碼后的數(shù)據(jù)含有唯一身份標識，便于檢索，是數(shù)據(jù)分析和挖掘功能的基礎。

2.3 數(shù)據(jù)同步管理模塊

前置數(shù)據(jù)管理模塊采用同構模式，位于每個節(jié)點的前置數(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風電場。當部署完成后，上下級節(jié)點的前置數(shù)據(jù)管理模塊會相互同步KKS信息，這樣上級前置數(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，本部側前置數(shù)據(jù)管理模塊作為父節(jié)點，風電場側前置數(shù)據(jù)管理模塊作為子節(jié)點，父節(jié)點通過同步方式建立起下屬子節(jié)點各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的路徑索引，這樣集團側前置數(shù)據(jù)管理模塊作為父節(jié)點可以訪問到所有下屬子節(jié)點前置數(shù)據(jù)管理模塊，而無需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到父節(jié)點前置數(shù)據(jù)管理模塊中。

圖2 數(shù)據(jù)同步

2.4 數(shù)據(jù)存儲管理模塊

數(shù)據(jù)存儲管理模塊由數(shù)據(jù)庫和調(diào)度邏輯構成，完成數(shù)據(jù)的分類存儲和轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，可以采用雙庫結構[3]，可以按照需求對存儲數(shù)據(jù)進行挖掘和特征提取。本節(jié)點數(shù)據(jù)存儲本節(jié)點原始數(shù)據(jù)以及計算出的中間數(shù)據(jù)和結果數(shù)據(jù)，方便調(diào)用和查詢，并提供通用接口。父節(jié)點可以通過接口調(diào)用任意子節(jié)點存儲數(shù)據(jù)。

3 應用門戶

應用門戶包括應用接口、功能模塊和應用管理，所有的功能模塊均以獨立的應用程序（應用模塊）的形式提供，應用管理實現(xiàn)在應用門戶中對功能模塊進行上傳、下載，以及驗證等，監(jiān)控每個功能模塊的運行情況。每個模塊都是獨立開發(fā)的，用以實現(xiàn)某種確定的診斷功能[4]。初步開發(fā)的功能模塊有風機集中監(jiān)測模塊、生產(chǎn)信息報表模塊、振動監(jiān)測模塊、能耗分析模塊、功率曲線分析模塊。

圖3 各節(jié)點前置數(shù)據(jù)管理

4 軟件設計

如圖3所示，父節(jié)點功能模塊請求查詢某風電場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)WebService接口將請求傳輸給父節(jié)點前置數(shù)據(jù)管理A，經(jīng)過邏輯查詢本地編碼信息數(shù)據(jù)庫是否存在該風電場數(shù)據(jù)。若存在該信息，則返回該數(shù)據(jù)給功能模塊，若無，則根據(jù)數(shù)據(jù)編碼信息獲取該風電場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實際物理地址路徑，查詢到后發(fā)送數(shù)據(jù)請求給該風電場前置數(shù)據(jù)管理B進行數(shù)據(jù)邏輯處理，并對本地編碼信息庫進行查詢，查到數(shù)據(jù)后將該生產(chǎn)數(shù)據(jù)返回給父節(jié)點。

功能模塊位于表現(xiàn)層，即客戶端，是風電專業(yè)人員進行狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析的地方，分析算法全部在客戶端實現(xiàn)?？蛻舳瞬恍枰幚頂?shù)據(jù)庫的一致性沖突問題，為了支持離線只需要將數(shù)據(jù)存儲到本地即可。功能模塊可以使用本地的數(shù)據(jù)，也可以通過WebService向服務器端發(fā)出數(shù)據(jù)請求。

圖4 集中監(jiān)測界面

5 系統(tǒng)應用

某風電企業(yè)采用該平臺設計思路實現(xiàn)區(qū)域風電場集中監(jiān)測，風電企業(yè)本部設置前置數(shù)據(jù)管理父節(jié)點，其它風電場設置前置數(shù)據(jù)管理子節(jié)點，子節(jié)點風電機組數(shù)據(jù)匯聚在風電場，父節(jié)點通過WebService接口調(diào)用子節(jié)點數(shù)據(jù)，有選擇性的進行存儲。通過數(shù)據(jù)集成和分析實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級管理和應用，從而根據(jù)不同應用對象分別開發(fā)不同的數(shù)據(jù)分析和挖掘功能。如圖4和圖5所示，分別為風電場子節(jié)點級的集中監(jiān)測界面和父節(jié)點級的功率曲線分析界面。

圖5 功率曲線分析界面

6 結語

本文介紹了一種基于WebService服務的風力發(fā)電集中監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析平臺設計方法，實現(xiàn)了對分散分布的的風電場進行集中管理和大數(shù)據(jù)分析，并通過數(shù)據(jù)的積累不斷豐富故障診斷手段，解決了風電場數(shù)據(jù)量龐大、分散分布、利用效率不高的問題，實現(xiàn)風電場機組數(shù)據(jù)信息的匯聚、集成、存儲、管理和應用，能夠為狀態(tài)檢修提供有效的分析手段。

[1]彭玢，代潔.基于中間庫與WebService平臺信息交互接口設計[J].計算機與數(shù)字工程，2013，11：1801~1803.

[2]吳偉.電廠設備管理中KKS編碼的應用[J].華東電力，2007，35（9）：88~90.

[3]馮雪飛，周良，謝強，等.基于雙庫結構的集成質(zhì)量管理系統(tǒng)支撐平臺研究[J].武漢大學學報（工學版），2006，39（2）：67~71.

[4]王慧中，王小鵬，李春霞.基于數(shù)據(jù)挖掘的風力發(fā)電設備在線故障診斷平臺[J].計算機應用，2010，（1）：47~50.

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。