基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

王韜

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 210032)

基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

王韜

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 210032)

介紹了PI(Plant Information System)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)成(PI系統(tǒng)服務(wù)器端 、PI客戶端軟件)和系統(tǒng)特點(diǎn)，以及與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的區(qū)別，針對(duì)PI系統(tǒng)特點(diǎn)，提出了測(cè)點(diǎn)編碼唯一性方案。詳細(xì)闡述了一種基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)部署方案，以及在系統(tǒng)建設(shè)中的數(shù)據(jù)采集、交換與存儲(chǔ)、風(fēng)機(jī)控制、變電站控制、數(shù)據(jù)計(jì)算、外送和展示等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)有一定的借鑒作用。

PI系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；風(fēng)機(jī)控制；變電站控制；數(shù)據(jù)采集

0 引 言

風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔能源，在我國(guó)的發(fā)電比重中不斷提高，因此，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的科學(xué)高效管理，就顯得尤為重要。同時(shí)，隨著信息化的發(fā)展，PI(Plant Information System)系統(tǒng)由于其功能卓越、性能可靠，以及獨(dú)特的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)[1-2]，在國(guó)內(nèi)外電廠信息化建設(shè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，并且，在工業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)行業(yè)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品應(yīng)用中也占據(jù)了領(lǐng)導(dǎo)性的地位。本文在介紹PI系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了PI系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)提供了解決方案。

1 PI數(shù)據(jù)庫(kù)介紹

PI(Plant Information System)系統(tǒng)由美國(guó)OSIsoft公司開發(fā)，是一套基于Client/Server結(jié)構(gòu)的軟件應(yīng)用平臺(tái)[3-4]。該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)原形的方式長(zhǎng)期在線儲(chǔ)存工廠所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并滿足快速、高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算和顯示的要求[5-8]。

PI系統(tǒng)提供了一種直觀展示企業(yè)生產(chǎn)過程的方式。其基于系統(tǒng)采集的生產(chǎn)信息，依靠可靠的網(wǎng)絡(luò)條件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。并且，PI系統(tǒng)采用獨(dú)特的“旋轉(zhuǎn)門”壓縮技術(shù)，可以按照其原有的精度在線長(zhǎng)期存儲(chǔ)，從而保證了從其歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中取出的數(shù)據(jù)滿足該點(diǎn)所要求的精度，使用戶可以從多層面隨時(shí)了解每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)單元以及整個(gè)企業(yè)運(yùn)作狀況。

PI系統(tǒng)是一個(gè)模塊化軟件系統(tǒng)，主要分為服務(wù)器端模塊和客戶端模塊。

1)PI系統(tǒng)服務(wù)器端

PI系統(tǒng)的服務(wù)器端軟件包括基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊(UDS-通用數(shù)據(jù)服務(wù)器)、基于UDS上的上層應(yīng)用軟件包(ServerApps)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

2)PI客戶端軟件

PI客戶端軟件比較多，本文涉及的PI客戶端軟件，主要是指最新版本，即3.2版本的PI客戶端軟件，此版本軟件，支持IE8版本及以上瀏覽器，這是以前版客戶端軟件，所不具備的技術(shù)。

(1)PI-ProcessBook(圖形用戶界面)

PI-PB(PI-ProcessBook)這是一個(gè)客戶端流程畫面在線組態(tài)和運(yùn)行工具。主要采用流程圖和趨勢(shì)圖的方式組織和顯示來(lái)自PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行組態(tài)，形成比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)、交互式的圖形如趨勢(shì)圖，流程圖，棒圖等，來(lái)顯示實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)信息。

(2)PI-DataLink(數(shù)據(jù)表連接)

PI-DataLink是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接工具，在PI系統(tǒng)和常用的電子表格之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)讀取。除讀取原始數(shù)據(jù)外，通過DataLink還可讀出由PI處理過的數(shù)據(jù)(如平均、最大值、最小值、過濾數(shù)據(jù)等等)，用于分析或改進(jìn)工藝流程，編制各種應(yīng)用報(bào)表。

(3)PI-ActiveView (WEB瀏覽器客戶端)

PI-ActiveView 提供以B/S(Browser/Server)方式將PI-ProcessBook提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)畫面，在Internet/Intranet環(huán)境下進(jìn)行信息發(fā)布、趨勢(shì)分析等多項(xiàng)功能，需要注意的是，該軟件版本不同，支持瀏覽器版本也不同。1.2.4 PI-SDK (Software Development Kit)該工具提供面向?qū)ο蟮念悗?kù)，可以供用戶開發(fā)各種應(yīng)用程序，同時(shí)還可以在VC++、.net、VBvbscript等開發(fā)環(huán)境下使用。

以上幾個(gè)軟件是比較常用的工具軟件。

2 系統(tǒng)方案

圖1所示為系統(tǒng)部署方案，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案包含以下三部分內(nèi)容：

(1)數(shù)據(jù)采集、交換與存儲(chǔ) (2)監(jiān)控系統(tǒng)接入 (3)數(shù)據(jù)計(jì)算、展示與對(duì)外傳送

圖1 系統(tǒng)部署方案

3 數(shù)據(jù)采集、交換與存儲(chǔ)

系統(tǒng)采集風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及變電站系統(tǒng)各種設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種有效性及可用性等處理后與各單元進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布與交換，并存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析提供支持。

1)測(cè)點(diǎn)編碼的編制

根據(jù)PI數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，把需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)信息整理出來(lái)，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)公司針對(duì)本系統(tǒng)制定的編碼規(guī)則和電廠實(shí)際情況，為每個(gè)測(cè)點(diǎn)編制測(cè)點(diǎn)唯一ID編碼，確保系統(tǒng)的正確調(diào)用。

2)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)

系統(tǒng)按測(cè)點(diǎn)接入的方式，從各個(gè)控制系統(tǒng)中采集各測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)電力行業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范，把電廠生產(chǎn)區(qū)域分為一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)。

數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)方案如圖2所示，在一區(qū)配置前置接口機(jī)，負(fù)責(zé)采集監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)負(fù)責(zé)把一區(qū)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到二區(qū)；在電廠二區(qū)配置和建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建測(cè)點(diǎn)配置信息，將從一區(qū)采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)配置三區(qū)實(shí)時(shí)PI數(shù)據(jù)庫(kù)，然后將二區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)穿越網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送到電廠三區(qū)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和傳送周期一般不大于2 s。

圖2 數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)方案

4 監(jiān)控系統(tǒng)接入

監(jiān)控系統(tǒng)包括：風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和變電站監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接入信號(hào)

單臺(tái)風(fēng)機(jī)主要的風(fēng)機(jī)信號(hào)包含以下監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，如表1所示。

4.2 風(fēng)機(jī)控制方式

風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)不同風(fēng)機(jī)類型，分成7種類型：待機(jī)、運(yùn)行、故障停機(jī)、非故障停機(jī)、并網(wǎng)、限制運(yùn)行、待機(jī)檢測(cè)，并對(duì)每種狀態(tài)類型進(jìn)行編碼。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的控制：在電腦監(jiān)控終端，發(fā)出風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指令，通過專網(wǎng)，指令信息首先寫入PI數(shù)據(jù)庫(kù)，二區(qū)中轉(zhuǎn)控制服務(wù)器從三區(qū)PI數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取指令信息，再轉(zhuǎn)發(fā)至生產(chǎn)一區(qū)風(fēng)機(jī)前置應(yīng)用服務(wù)器，最終通過風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送到對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)控制接收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制，如圖3所示。

表1 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)風(fēng)機(jī)接入測(cè)點(diǎn)表

圖3 風(fēng)機(jī)控制方案

4.3 變電站接入信號(hào)

變電站監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)包括：

(1)全部的遙測(cè)信號(hào) (2)全部的遙脈信號(hào) ( 3)全部的遙信信號(hào)

特別注意的是：風(fēng)場(chǎng)應(yīng)在主變高壓側(cè)設(shè)計(jì)安裝電度表，并將該電度表的信號(hào)送到PI數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)，是電廠最末端的計(jì)量裝置，數(shù)據(jù)是非常準(zhǔn)確，接入準(zhǔn)確的電量數(shù)據(jù)，對(duì)后期的電量計(jì)算統(tǒng)計(jì)至關(guān)重要。

4.4 變電站控制方式

變電站的控制類型，針對(duì)開關(guān)量的控制，主要分為開啟和關(guān)停兩種狀態(tài)。對(duì)變電站的控制，可以采用和風(fēng)機(jī)控制相同的方式，控制中心操作平臺(tái)通過界面?zhèn)鬏斂刂浦噶顐鬏數(shù)絇I數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過專網(wǎng)，傳輸控制信號(hào)，經(jīng)安全生產(chǎn)二區(qū)傳輸?shù)桨踩a(chǎn)一區(qū)對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收裝置。其控制方式，與風(fēng)機(jī)控制相似。

5 數(shù)據(jù)計(jì)算、對(duì)外傳送與展示

5.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的信息獲取后，如果實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的深入挖掘、分析，也是監(jiān)控中要完成的一項(xiàng)重要工作。報(bào)表數(shù)據(jù)計(jì)算有兩種解決方案

1) 在excel 中計(jì)算

通過PI-DataLink提供的數(shù)據(jù)庫(kù)接口、涵數(shù)，在excel 中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、計(jì)算并編制生產(chǎn)各種需求報(bào)表。

2) 在PI 數(shù)據(jù)庫(kù)中計(jì)算

通過PI-PE(Performance Equation ) 模塊提供的各種函數(shù)及邏輯計(jì)算功能或用戶自定義復(fù)雜的計(jì)算公式。每個(gè)PI測(cè)點(diǎn)，都有相應(yīng)的屬性，可以在計(jì)算屬性中，配置計(jì)算公式，也可以引用其他測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行配置計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果，可以通過API涵數(shù)被引用。然后再通過相java 或者 .net 等技術(shù)生成報(bào)表。

5.2 對(duì)外部平臺(tái)數(shù)據(jù)傳送

PI數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)外部傳送，分為兩大類 ：數(shù)據(jù)接收方為 PI數(shù)據(jù)庫(kù)的和 數(shù)據(jù)接收方為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的，根據(jù)這兩種情況，可以分別采用不同的方式

1) 數(shù)據(jù)接收方為 PI數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)接收方為PI數(shù)據(jù)庫(kù)的，可以通過 PI to PI 技術(shù)(PI與PI之間的傳輸技術(shù))，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，這種方式，傳送數(shù)據(jù)量和效率比較高，比較推薦這種方式，但需要數(shù)據(jù)的接收方，也是PI 數(shù)據(jù)庫(kù)。

2) 數(shù)據(jù)接收方為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

PI數(shù)據(jù)庫(kù)提供多種API 涵數(shù)，對(duì)于 數(shù)據(jù)接收方為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的，可以通過 API 涵數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。這種方式，一般數(shù)據(jù)量傳送比較少。

5.3 監(jiān)控信息展示

監(jiān)控系統(tǒng)展示根據(jù)展示信息內(nèi)容的不同，可以分為兩種方式:

1) 通過 PI提供的工具

可以通過PI提供的工具如PI-ProcessBook，生成測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)畫面、流程畫面等在線組態(tài)的方式，來(lái)查詢某一測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)信息和歷史信息。這種方式，一般一次，只能查詢一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2) 開發(fā)相應(yīng)功能界面

通過PI提供的工具，開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)控畫面，然后利用PI-ActiveView軟件，在 B/S模式進(jìn)行監(jiān)視，這里要注意的是PI-ActiveView軟件版本不同，支持的瀏覽器版本也不同，現(xiàn)在最新的3.2版本的該軟件，是支持IE8瀏覽器，以前版本的軟件不支持?；蛘哌€可以通過 C/S模式查詢監(jiān)視。這種方式，可以同時(shí)監(jiān)控多種信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過PI系統(tǒng)建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)與信息手段對(duì)分布在不同地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及場(chǎng)內(nèi)變電站的設(shè)備運(yùn)行情況及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，使監(jiān)控中心能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。實(shí)時(shí)掌控風(fēng)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)捕捉設(shè)備運(yùn)行的異常和報(bào)警信號(hào)，加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)管力度，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，對(duì)PI系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，以及為生產(chǎn)設(shè)備提供科學(xué)診斷，這為決策提供了有效的信息支撐。下一步將利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，研究不同地區(qū)、不同風(fēng)機(jī)風(fēng)速和功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，方便風(fēng)速功率預(yù)測(cè)。

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Research on the Application of Wind Farm Real-time Monitoring System Based on PI Database

Wang Tao

(State Grid Nanjing Automation Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 210032, China)

This paper introduces in depth the composition and characters of the PI (Plant Information) database system (PI system server end, PI client-end software) as well as the difference between it and relational database. With respect to the characteristics of the PI system, this paper presents a scheme of unique encoding of measuring point. On that base, it expounds a deployment scheme for remote centralized monitoring system for wind farm based on PI database, as well as specific implementation of key technologies in the system construction such as data acquisition, exchange and storage, fan control, substation control, data calculation, delivery and display. That can be used for reference in the construction of the remote monitoring system of wind farms.

PI system; remote monitoring; fan control; substation control; data acquisition

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.011

TM614

A

1000-3886(2016)06-0035-03

王韜 (1983-)，男，江蘇徐州人，工程師，學(xué)士，從事新能源電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控、電廠燃料管理方面的研究。

定稿日期: 2016-06-14