許利偉

（山西同煤新能源有限公司，山西大同030000）

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1．1 明確設(shè)計原則

發(fā)電企業(yè)在對基于云計算的風電遠程設(shè)備監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，應該堅持兩個基本原則:一是可靠性。設(shè)計人員在解決系統(tǒng)配置及設(shè)備選型問題后，需要關(guān)注系統(tǒng)整體的可靠性，確保其能夠?qū)崿F(xiàn)對于各類數(shù)據(jù)信息的高效處理，以最大限度地滿足企業(yè)的各種要求。應該建立起實測數(shù)據(jù)庫，對實際測量的實時數(shù)據(jù)進行存儲和更新，同時建立歷史數(shù)據(jù)庫，確保其能夠存儲5年以上的歷史數(shù)據(jù)。工作人員還應該切實做好操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及應用軟件的管理和維護工作，設(shè)置相互匹配的軟硬件設(shè)備，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)⒃O(shè)備的運行狀態(tài)準確反映出來。二是安全性。電力系統(tǒng)中存在數(shù)量眾多、類型各異的設(shè)備，很多設(shè)備都有著較高的安全級別，涉及的使用者包括發(fā)電企業(yè)、監(jiān)管機構(gòu)、用戶等，對于數(shù)據(jù)信息的保密性和安全性都有很高的要求。因此，在系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應該充分考慮信息的安全性和保密性，適當增加冗余數(shù)據(jù)，配合防火墻及殺毒軟件，切實保障數(shù)據(jù)信息安全。

1．2 規(guī)范數(shù)據(jù)要求

發(fā)電企業(yè)有關(guān)部門可以借助恰當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸手段，將風電場采集的設(shè)備運行數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。監(jiān)控數(shù)據(jù)可以分為實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，包含的信息內(nèi)容眾多，如機組運行狀態(tài)、電流電壓、無功功率、隔離開關(guān)位置等，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕枰獓栏褚勒沼嘘P(guān)標準和規(guī)范，對數(shù)據(jù)通訊協(xié)議進行選擇。

1．3 做好需求分析

一是應該明確需求目標。通過系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)電企業(yè)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對風電場中風電設(shè)備狀態(tài)信息、氣象數(shù)據(jù)等傳輸?shù)较鄳目刂浦行倪M行集中處理，能夠?qū)︼L電設(shè)備的狀態(tài)進行遠程評價和實時在線分析，能夠?qū)崿F(xiàn)故障的遠程專家診斷，切實提高風電設(shè)備的可用率及管理水平。數(shù)據(jù)分析平臺對于系統(tǒng)的實時性、數(shù)據(jù)存儲量、功能全面性和數(shù)據(jù)顯示直觀性等都有著較高的要求。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)顯示方面采用的是三級顯示模式，第一級是對電網(wǎng)在當前運行模式下運行情況的顯示，第二級是對系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)或者存在問題的顯示，第三級則是對設(shè)備運行參數(shù)具體數(shù)值的顯示。通過清晰直觀的數(shù)據(jù)顯示，電網(wǎng)調(diào)度人員能夠很好的掌握風電并網(wǎng)情況下發(fā)電企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，并以此為依據(jù)，制定出相應的故障防范和應對措施；二是應該明確需要解決的問題。當前，不少發(fā)電企業(yè)在對風電場控制中心進行設(shè)置時，都存在設(shè)備數(shù)量眾多、分布散亂的情況，每一個節(jié)點機都連接著數(shù)據(jù)中心、服務器和存儲設(shè)備，計算終端孤立而分散，在實際應用中存在著任務單一、效率低下的問題，并不能很好的滿足海量數(shù)據(jù)的處理需求。如果通過增加設(shè)施設(shè)備數(shù)量的方式來提升系統(tǒng)計算效率，則面臨著建設(shè)周期長、資金短缺等問題。對此，發(fā)電企業(yè)可以引入云計算技術(shù)，借助云端服務器來提升數(shù)據(jù)處理的效率，降低成本的同時，也可以減輕設(shè)備維護工作量?；诖?，建設(shè)云計算平臺，能夠利用軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對于硬件設(shè)備的虛擬化管理，構(gòu)建虛擬化資源池，形成高效便捷的協(xié)同工作機制，而且用戶不需要建設(shè)機房和數(shù)據(jù)中心，只需要在終端登錄，就能完成數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)查詢等工作，所有的業(yè)務及數(shù)據(jù)處理都能夠在云端完成。

1．4 合理選擇算法

系統(tǒng)算法包含了系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的分布式計算模式，以及各節(jié)點對于子節(jié)點數(shù)據(jù)的調(diào)用算法，客戶端和云端數(shù)據(jù)的交互算法等。從目前的發(fā)展情況分析，在云計算系統(tǒng)中，可以采用Map－Reduce編程模式對電力調(diào)度信息進行挖掘，構(gòu)建起可以對大規(guī)模數(shù)據(jù)集進行處理的計算平臺（如圖1）。在對海量數(shù)據(jù)計算任務進行處理時，平臺會將單個計算任務分解成多個子任務，進行同步分布式計算，能夠在保證計算結(jié)果準確性的同時，降低完成任務所需的時間。

圖1 執(zhí)行過程概述Map－Reduce

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2．1 數(shù)據(jù)監(jiān)控

在風電場運行中，會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息可以通過風電場集控站傳輸?shù)较鄳牡卣{(diào)SCADA系統(tǒng)中。不過，受技術(shù)條件的影響，風電機組運行中的一些異常信息，如噪聲、振動等并沒有被納入到發(fā)電企業(yè)集中監(jiān)控平臺，而這些信息恰恰是風電機組故障診斷的主要參考依據(jù)。對此，技術(shù)人員在系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對于風電設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測工作，通過對綜合氣象數(shù)據(jù)的采集，構(gòu)建起完善的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2．2 質(zhì)量監(jiān)控

系統(tǒng)需要能夠依照風電并網(wǎng)的實際需求，對注入到電網(wǎng)中的諧波電流進行監(jiān)視，并且將風電的并網(wǎng)點納入到無功電壓控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對于電網(wǎng)無功電壓的整體優(yōu)化控制。另外，系統(tǒng)也應該能夠?qū)L電并網(wǎng)點的暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定以及全系統(tǒng)電壓分布圖直觀顯示出來，實現(xiàn)對于不同電壓等級電壓的監(jiān)控和越限報警。

2．3 功率預測

可以在發(fā)電企業(yè)的風電數(shù)據(jù)中心接入風電場功率預測系統(tǒng)，借助系統(tǒng)實現(xiàn)對于風電運行信息的監(jiān)視以及歷史數(shù)據(jù)的挖掘，對照數(shù)據(jù)完成風電發(fā)電計劃的校核與修正，對電能的質(zhì)量進行有效調(diào)控。應該做好風電場最大有功功率輸出曲線和最大無功容量補償曲線的合理預測工作，為EMS潮流計算提供參考依據(jù)，同時可以運用SCADA系統(tǒng)中存在的基于組件接口規(guī)范的結(jié)構(gòu)，將相應的數(shù)據(jù)信息傳遞給EMS。

2．4 遠程診斷

結(jié)合海量數(shù)據(jù)分析以及挖掘，可以構(gòu)建起遠程故障診斷專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對風電機組主要設(shè)備的故障自動診斷，可以確定故障的具體位置以及類型，也能夠評價故障的嚴重程度，對于一些重要元件的故障，可以做到早發(fā)現(xiàn)、早預警、早檢修、早處理，避免故障范圍的和影響的進一步擴大。

2．5 故障報警

故障報警能夠?qū)L電機組中主要設(shè)備故障的早期特征提取出來，向維護人員發(fā)出相應的預警信息，提醒其重視起來，提前制定出相應的維修策略，盡可能減少機組故障停機的可能性，降低損失，同時也可以避免設(shè)備損壞引發(fā)的一系列問題，能夠切實提高風電設(shè)備的維修效率，有效減輕運行維護人員的工作負擔，有利于設(shè)備利用效率的提高。

3 效果對比

3．1 效率對比

從發(fā)電企業(yè)的角度來對系統(tǒng)運行效率進行分析，可以設(shè)置相同的計算任務，利用常規(guī)計算方法和云計算進行同時處理，云計算消耗的時間僅為常規(guī)計算的2．3%，工作效率的提升極其明顯，因此能夠很好地適應海量數(shù)據(jù)分析處理的現(xiàn)實需求。對照相應的計算結(jié)果，院區(qū)服務器的平均利用率可以從原本的7%提升到80%－90%，服務器重建以及應用加載的時間從原本的20小時以上縮短到了30分鐘以內(nèi)，能夠?qū)L電場的總體運營成本節(jié)約75%甚至更多。

3．2 數(shù)據(jù)挖掘

結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析和挖掘結(jié)果分析，在發(fā)電企業(yè)風電設(shè)備故障中，齒輪箱故障的占比為55%，發(fā)電機設(shè)備的故障占比為20%，葉片故障占比約為18%，因此，在對風電機組設(shè)備進行監(jiān)控和故障診斷的過程中，應該重點關(guān)注齒輪箱、發(fā)電機和葉片，對其運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測，時刻關(guān)注其狀態(tài)的波動，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，需要立即進行分析和診斷，爭取將故障扼殺在萌芽之際。

4 結(jié)束語

總而言之，新的發(fā)展環(huán)境下，伴隨著風電規(guī)模的迅速擴大，發(fā)電企業(yè)對于風電設(shè)備故障診斷的及時性和準確性提出了更加嚴格的要求，為了能夠滿足這一需求，提出了一種基于云計算的風電遠程設(shè)備監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)，配合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有用信息。實踐結(jié)果顯示，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的高效分析和故障的精準定位，能夠顯著降低風電場運營維護成本，提升風電運行管理水平。另外，以該系統(tǒng)為支撐，可以實現(xiàn)風電和傳統(tǒng)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，也可以為云計算在風電遠程設(shè)備監(jiān)控和故障診斷中的應用提供參考和借鑒。