文/謝海峽

（國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京 100000）

在信息化背景下，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與風(fēng)電場(chǎng)相結(jié)合，打造智慧風(fēng)電場(chǎng)，加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化運(yùn)行和管理，對(duì)促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電領(lǐng)域向智能化以及智慧化方向發(fā)展具有重要意義。數(shù)據(jù)收集和處理是風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電企業(yè)需要建立基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、儲(chǔ)存的一體化，從而為風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

1.研究背景

風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行對(duì)發(fā)電具有直接影響。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行成本和維護(hù)成本較高。在安裝過(guò)程中，風(fēng)電機(jī)組往往安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，從而在一定程度上增加了風(fēng)機(jī)設(shè)備維護(hù)難度。近年來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量也在逐年增大，并且連續(xù)12年穩(wěn)居全球第一。然而，在人工智能以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還不完善，難以有效監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，從而容易導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行故障。[1]

在對(duì)比國(guó)內(nèi)與國(guó)外的風(fēng)電機(jī)組后，筆者發(fā)現(xiàn)國(guó)外風(fēng)電機(jī)組都有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能夠收集和儲(chǔ)存豐富的信息數(shù)據(jù)。然而，國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組在這一方面比較薄弱，沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持，并且數(shù)據(jù)采集效果較差，從而無(wú)法為風(fēng)電機(jī)組故障檢測(cè)提供依據(jù)。

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、人工智能等新型技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了風(fēng)電機(jī)組智能化平臺(tái)建設(shè)。風(fēng)電機(jī)組智能化平臺(tái)是集數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理、分析等功能于一體的系統(tǒng)，它能夠保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.研究?jī)?nèi)容

本文的研究?jī)?nèi)容包括以下兩個(gè)方面：①針對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障問(wèn)題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；②合理設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集處理框架，明確智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集處理流程，加強(qiáng)智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集管理，開(kāi)發(fā)、完善風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)功能。[2]

3.平臺(tái)構(gòu)建原則

在風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電企業(yè)應(yīng)遵循先進(jìn)性、可靠性、可操作性、安全性、完整性以及實(shí)時(shí)性等原則。其中，先進(jìn)性是指，平臺(tái)在全生命周期內(nèi)能夠始終滿(mǎn)足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的需求和風(fēng)力發(fā)電企業(yè)未來(lái)發(fā)展的需求?？煽啃允侵?，平臺(tái)不僅能夠長(zhǎng)期保持高效、穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠保持良好的服務(wù)功能。可操作性是指，平臺(tái)能夠人機(jī)交互、數(shù)據(jù)共享，便于數(shù)據(jù)查詢(xún)。安全性是指，平臺(tái)能夠保證數(shù)據(jù)安全，避免數(shù)據(jù)泄露。完整性是指，平臺(tái)能夠保證軟件功能的完整性。實(shí)時(shí)性是指，平臺(tái)能夠及時(shí)響應(yīng)，并且滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行需求。[3]

4.基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)信息數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目實(shí)施

4.1 智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集處理流程

風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框架如圖1所示。由圖1可知，風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集處理框架分為A端、B端、C端。其中，A端和B端都可以采集和傳輸原始數(shù)據(jù)。相關(guān)生產(chǎn)管理規(guī)定要求，A端和B端中間不能直接進(jìn)行連接，兩者之間應(yīng)設(shè)置單向隔離網(wǎng)閘。在網(wǎng)絡(luò)異常的情況下，工作人員需要手動(dòng)補(bǔ)傳數(shù)據(jù)，并且直接將原始數(shù)據(jù)傳輸給第三方系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)的作用是接收、分析、計(jì)算、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用MQTT協(xié)議，并且通過(guò)中心云來(lái)傳輸與收集加工好的數(shù)據(jù)。中心云端的作用是展示數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。[4]

數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)能進(jìn)行多協(xié)議轉(zhuǎn)換。為了保持采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性，數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)添加了斷點(diǎn)續(xù)傳功能。為了保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，避免斷點(diǎn)過(guò)多，工作人員需要在每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)建立一個(gè)專(zhuān)用通道。與此同時(shí)，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)按照優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先傳輸、計(jì)算以及存儲(chǔ)高優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而避免因傳數(shù)據(jù)過(guò)多而占用通道資源。

4.2 智能采集網(wǎng)關(guān)管理

智能采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)具有設(shè)備模板、通信規(guī)約以及告警配置管理等功能。

設(shè)備模板主要起到數(shù)據(jù)適配作用。風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)自不同的風(fēng)機(jī)，因此工作人員應(yīng)將智能采集網(wǎng)關(guān)的點(diǎn)表設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)模板，進(jìn)而便于管理。

通信規(guī)約管理的作用主要包括以下兩個(gè)方面。①常用通信規(guī)約。平臺(tái)能夠通過(guò)通信規(guī)約管理將常用通信規(guī)約設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約。②開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)應(yīng)用。通信規(guī)約管理模塊可支持系統(tǒng)自建規(guī)約。

告警配置管理的作用主要包括對(duì)自定義告警類(lèi)型、等級(jí)、內(nèi)容和規(guī)則給予支持，從而為網(wǎng)關(guān)異常定義管理提供便利?；谝?guī)則的定義，平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)告警觸發(fā)和解除的自動(dòng)化。與此同時(shí)，告警配置管理還能夠?yàn)槠脚_(tái)提供相關(guān)的服務(wù)功能，例如告警查詢(xún)、訂閱服務(wù)等。[5]

4.3 風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)平臺(tái)功能

平臺(tái)不僅需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)接入擴(kuò)展要求，還需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)處理、批量處理、數(shù)據(jù)挖掘等要求。平臺(tái)具有大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)、分析等功能。基于B/S模式的IDE產(chǎn)品架構(gòu)，無(wú)須安裝客戶(hù)端。平臺(tái)支持多種數(shù)據(jù)采集方式，包含但不限于各類(lèi)主流數(shù)據(jù)庫(kù)（ORACLE/DB2/mysql）數(shù)據(jù)、文件、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集以作業(yè)為單位進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)化運(yùn)行。數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)數(shù)據(jù)加載工具加載到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)數(shù)據(jù)裝載功能支持多種目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如Hadoop平臺(tái)、MPP及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)等。平臺(tái)能夠提供流程優(yōu)先級(jí)管理服務(wù)，并且保證關(guān)鍵流程優(yōu)先執(zhí)行。平臺(tái)還支持任務(wù)流程的級(jí)聯(lián)事件、任務(wù)重試、任務(wù)匯接、跨流程的任務(wù)依賴(lài)、跨流程的任務(wù)觸發(fā)。平臺(tái)還具有流程調(diào)試功能，例如單步執(zhí)行和流程執(zhí)行過(guò)程變量查看等。[6]

4.4 采集接入系統(tǒng)功能

在風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)平臺(tái)上，采集接入系統(tǒng)的作用是獲取、傳輸數(shù)據(jù)，并且保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、完整性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常運(yùn)行于惡劣的自然環(huán)境中。各風(fēng)機(jī)的地理跨度很大、設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)。因此，采集接入系統(tǒng)應(yīng)采用工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)構(gòu)建的光纖化網(wǎng)絡(luò)。采集接入系統(tǒng)不僅具有穩(wěn)定快速的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力、高可靠性、可擴(kuò)展能力，還能適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境。[7]采集接入系統(tǒng)主要分為網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)監(jiān)控四個(gè)部分。采集接入系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)、控制室、區(qū)域集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)云端之間的數(shù)據(jù)通信。另外，在傳輸過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠獲取風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及其他外部系統(tǒng)（如電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、業(yè)主遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且能夠滿(mǎn)足采集和傳輸數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的數(shù)據(jù)、視頻、圖片、音頻以及文件。

采集接入系統(tǒng)可分為兩個(gè)部分三個(gè)系統(tǒng)。兩個(gè)部分為場(chǎng)站側(cè)與中心側(cè)。三個(gè)系統(tǒng)為場(chǎng)站側(cè)采集系統(tǒng)、場(chǎng)站側(cè)接入系統(tǒng)以及中心側(cè)匯聚系統(tǒng)。場(chǎng)站側(cè)采集系統(tǒng)部署于風(fēng)電場(chǎng)或者風(fēng)電集控中心的生產(chǎn)區(qū)，主要功能為采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。場(chǎng)站側(cè)接入系統(tǒng)部署于風(fēng)電場(chǎng)或者風(fēng)電集控中心的管理區(qū)，其主要功能為接入、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。考慮到數(shù)據(jù)安全防護(hù)規(guī)定，采集系統(tǒng)與接入系統(tǒng)之間應(yīng)安裝單向隔離網(wǎng)閘。中心側(cè)匯聚系統(tǒng)部署于數(shù)據(jù)平臺(tái)接入?yún)^(qū)，主要功能是匯總各接入系統(tǒng)及企業(yè)信息系統(tǒng)，并且解析、清洗、推送數(shù)據(jù)。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在大數(shù)據(jù)背景下，加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)信息化平臺(tái)建設(shè)，采集風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，有利于提高風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?；诖髷?shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)和采集接入系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電企業(yè)需要不斷優(yōu)化兩個(gè)平臺(tái)的各項(xiàng)功能，從而為風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。