姜興武

（大唐廣東分公司新能源事業(yè)部，廣東 廣州 510000）

0 引 言

目前，大型風(fēng)電場設(shè)備種類繁多，風(fēng)電機(jī)組廠家、綜自廠家不同，從各設(shè)備到本地監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方式和周期不同，導(dǎo)致風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)復(fù)雜，異構(gòu)數(shù)據(jù)源多樣，且具備不同時(shí)間尺度，采樣頻率從毫秒級(jí)到分鐘級(jí)不等[1]。因此，利用異構(gòu)數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)。這是建立風(fēng)電場群實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫以及實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同硬件平臺(tái)、不同數(shù)據(jù)庫之間的互操作的基礎(chǔ)。考慮到風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)復(fù)雜，異構(gòu)數(shù)據(jù)源多樣，本文在分析風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上研究異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)技術(shù)，包括各風(fēng)電場生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、存儲(chǔ)[2-3]。

1 風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)源分析

風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)主要來源于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與現(xiàn)有分散管理系統(tǒng)，具體如圖1所示。

各分散管理系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)源主要內(nèi)容如下。

（1）風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)：風(fēng)速、風(fēng)向、電壓、功率等運(yùn)行數(shù)據(jù)，主控柜、變頻器系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、齒輪箱等部件數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)故障、控制系統(tǒng)故障等多有故障信息數(shù)據(jù)，主軸承振動(dòng)、發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)；

圖1 風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)源

（2）升壓站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信號(hào)、直流系統(tǒng)信號(hào)等運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)量和模擬量；

（3）箱變?cè)O(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)：變壓器油溫、環(huán)境溫度、低壓側(cè)斷路器位置信號(hào)、小空開位置信號(hào)、高壓側(cè)負(fù)荷開關(guān)位置信號(hào)等箱變運(yùn)行參數(shù)，變壓器重/輕瓦斯、變壓器油溫高、變壓器油位低等報(bào)警信號(hào)；

（4）風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)：風(fēng)電場短期功率預(yù)測結(jié)果、開機(jī)容量等站端數(shù)據(jù)，風(fēng)電場各個(gè)垂直層的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓等數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；

（5）功率控制系統(tǒng)（AGC/AVC）；

（6）電能量計(jì)量信息及設(shè)備管理信息：風(fēng)電場機(jī)組出口電量數(shù)據(jù)、線路電能表數(shù)據(jù)、升壓站SCADA采集數(shù)據(jù)等電能數(shù)據(jù)；

（7）設(shè)備管理信息：用于記錄設(shè)備生命周期發(fā)生的故障內(nèi)容等設(shè)備故障記錄、用于記錄設(shè)備定期或者不定期的定期維護(hù)保養(yǎng)等檢修記錄信息。

通過以上對(duì)大型風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)源的詳細(xì)分析可知，大型風(fēng)電場的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異構(gòu)數(shù)據(jù)源多樣，且具備不同時(shí)間尺度，采樣頻率從毫秒級(jí)到分鐘級(jí)不等，因此利用異構(gòu)數(shù)據(jù)技術(shù)來對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)，為建立風(fēng)電場的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫提供技術(shù)支持，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同硬件平臺(tái)、不同數(shù)據(jù)庫之間的相互操作的基礎(chǔ)。

根據(jù)異構(gòu)數(shù)據(jù)特性，風(fēng)電場側(cè)采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)如表1所示，各種協(xié)議的數(shù)據(jù)經(jīng)由風(fēng)電機(jī)組/電氣廠家提供的接口采集后，然后將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的Modbus協(xié)議格式，并通過消息傳輸中間件進(jìn)行可靠的傳輸。

2 異構(gòu)數(shù)據(jù)消息隊(duì)列交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為確保風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的完整性和正確性，應(yīng)用防止數(shù)據(jù)丟失的消息隊(duì)列技術(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)交互接口體系。

2.1 消息隊(duì)列介紹

消息隊(duì)列是分布式系統(tǒng)非常重要的一部分，主要是通過解決系統(tǒng)中異步消息、流量削鋒和應(yīng)用耦合等問題來實(shí)現(xiàn)高性能、可伸縮和最終一致性系統(tǒng)架構(gòu)。

2.2 風(fēng)電場集控中心異構(gòu)數(shù)據(jù)接口體系

圖2 風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)接口體系

表1 風(fēng)電場設(shè)備通信協(xié)議轉(zhuǎn)換方案

圖3 消息中間件機(jī)制示意圖

風(fēng)電場集控中心異構(gòu)數(shù)據(jù)接口體系如圖2所示。集控中心與各風(fēng)電場之間通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。消息發(fā)送者通過將消息發(fā)送給某一特定接收者，并將其存儲(chǔ)再對(duì)應(yīng)的某一隊(duì)列中，保證在任何時(shí)刻消息接收者都能接收到消息。將各個(gè)風(fēng)電場與集控中心建立直接傳輸通道，即采用一一對(duì)應(yīng)的分散采集方式，分散數(shù)據(jù)采集風(fēng)險(xiǎn)與降低傳輸風(fēng)險(xiǎn)，是最為可靠也是最常用的一種傳輸模式。如圖2所示。

冗余數(shù)據(jù)采集器將接收風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控、能量管理平臺(tái)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等設(shè)備的數(shù)據(jù)。收集完畢之后，再通過一個(gè)可靠的傳輸機(jī)制將此類數(shù)據(jù)傳輸給集控中心。集控中心從上自下的控制指令也是通過一個(gè)可靠的傳輸機(jī)制傳輸給風(fēng)電場。

系統(tǒng)信號(hào)采集類型被分為模擬量和開關(guān)量兩部分。模擬量主要是包括電壓、功率荷電流等電氣模擬量和風(fēng)速、位移、溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)向、輻射量等非電氣模擬量實(shí)測量。開關(guān)量主要是包括了事故信號(hào)、斷路器及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)等中斷開關(guān)量和各類故障信號(hào)、斷路器以及隔離開關(guān)的位置信號(hào)、機(jī)組設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)等非中斷開關(guān)量兩種。

數(shù)據(jù)采集接口由SCADA系統(tǒng)完成，讀取接收風(fēng)場SCADA系統(tǒng)和電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，其中，消息中間件起到傳輸功能的作用，由運(yùn)行節(jié)點(diǎn)、開發(fā)接口和監(jiān)控管理中心3個(gè)部分組成。其組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

消息中間件是在數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成，保證信息傳遞的可靠和高效。消息發(fā)送者發(fā)送的消息存儲(chǔ)于消息服務(wù)器的多個(gè)隊(duì)列中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以將所傳遞的消息發(fā)送給消息接收者。監(jiān)控管理中心用來對(duì)消息中間件的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行配置和實(shí)施監(jiān)控管理，可提供集中式的遠(yuǎn)程管理，在一個(gè)點(diǎn)就能夠完成對(duì)所有消息中間件節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控和管理，極大地方便了系統(tǒng)的維護(hù)與管理。

3 基于SOA的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

3.1 SOA介紹

面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）是通過良好的契約和接口將應(yīng)用程序的不同服務(wù)聯(lián)系起來，而Web Service是一種分布式計(jì)算技術(shù)，主要應(yīng)用在Internet上，也是一種“自描述的、自包含的組件化的應(yīng)用程序”。傳統(tǒng)的SOA架構(gòu)的緊耦合和非通用接口設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在跨企業(yè)的分布式系統(tǒng)中是無法達(dá)到很好的信息共享。因此，為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)SOA架構(gòu)的一些不足，可以將Web Service與SOA進(jìn)行結(jié)合，來充分發(fā)揮Web Service的異構(gòu)平臺(tái)信息集成性的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供一種靈活的分布式的模型。

3.2 異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)的問題

異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)主要包括如下問題：（1）不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)差別的協(xié)調(diào)、交互模式的協(xié)調(diào)；（2）不同系統(tǒng)間、不兼容的技術(shù)和業(yè)務(wù)流程之間的協(xié)調(diào)。

3.3 基于SOA的風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架圖

為了解決面向風(fēng)電場群的異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、集成問題，建立基于SOA的風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，如圖4所示。該框架首先要將數(shù)據(jù)按照Web Services標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封裝，然后通過本體服務(wù)層和語義層將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和重組，以虛擬視圖的形式傳遞給應(yīng)用層，主要包括5個(gè)層次。

（1）應(yīng)用層：可以提供統(tǒng)一的查詢接口，使用戶可以像訪問單數(shù)據(jù)源一樣，在不清楚數(shù)據(jù)地異構(gòu)性和物理位置的情況下透明地訪問底層數(shù)據(jù)；

（2）語義層：語義層可以將語義信息和查詢結(jié)果等信息進(jìn)行包裝，傳遞給應(yīng)用層；

（3）本體服務(wù)層：主要可以分為系統(tǒng)和領(lǐng)域本體服務(wù)；

圖4 基于SOA的風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架圖

（4）數(shù)據(jù)資源服務(wù)層：數(shù)據(jù)資源層主要是提供與數(shù)據(jù)資源相關(guān)操作支持，這些操作包括數(shù)據(jù)資源的動(dòng)態(tài)發(fā)布、加入、退出、信息維護(hù)、信息查詢、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和查詢等。系統(tǒng)平臺(tái)在分析用戶的查詢請(qǐng)求時(shí)，正是從這個(gè)數(shù)據(jù)資源服務(wù)中獲取數(shù)據(jù)資源的相應(yīng)信息，進(jìn)而生成查詢計(jì)劃，并把查詢分派到各個(gè)數(shù)據(jù)資源；

（5）資源層：原有或新建數(shù)據(jù)資源，包括風(fēng)電場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與分散管理系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場復(fù)雜數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集，本文首先對(duì)風(fēng)電場群原有分散管理系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析，其次，應(yīng)用消息隊(duì)列技術(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)電場異構(gòu)數(shù)據(jù)交互接口體系，最后，采用SOA架構(gòu)及通過Web Service技術(shù)封裝數(shù)據(jù)源的集成架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場群異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)。