風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)數(shù)據(jù)接入設(shè)計(jì)

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本文結(jié)合風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路,重點(diǎn)介紹了智慧平臺(tái)的主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、運(yùn)維管理等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入方案設(shè)計(jì)?；谠摂?shù)據(jù)接入方案的智慧平臺(tái)可提高風(fēng)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)精細(xì)化管理水平,大大提升風(fēng)電設(shè)備的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、運(yùn)維效率,大幅降低停機(jī)時(shí)間,有效提升了發(fā)電效率,顯著提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

0 背景

早在2016年,國(guó)家能源局就出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(發(fā)改能源[2016]392號(hào)),鼓勵(lì)建設(shè)智能風(fēng)電場(chǎng)、智能光伏電站以及智慧運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)。隨著風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模不斷擴(kuò)大,智能風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)需求也日趨強(qiáng)烈,如何讓風(fēng)力發(fā)電與運(yùn)營(yíng)不斷智能化和智慧化,成為風(fēng)力發(fā)電公司與電網(wǎng)公司需要亟需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[1]。

為此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱智慧平臺(tái)),通過(guò)數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)范圍各控制系統(tǒng)及設(shè)備之間的互聯(lián)互通,通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的可視化,綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、智能優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)分析、智能決策等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)風(fēng)電資產(chǎn)精益化管理、提升整體風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)水平。

數(shù)據(jù)是平臺(tái)監(jiān)控和分析的基礎(chǔ),數(shù)據(jù)的獲取方法和途徑至關(guān)重要。因此,為了及時(shí)獲取完整、準(zhǔn)確的風(fēng)電數(shù)據(jù),智慧平臺(tái)在數(shù)據(jù)接入上進(jìn)行了大量的研發(fā)工作,并取得了良好的運(yùn)用效果。本文將重點(diǎn)介紹智慧平臺(tái)的數(shù)據(jù)接入設(shè)計(jì)方案。

1 智慧平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

1.1 智慧平臺(tái)概述

風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)采用成熟的商業(yè)軟件加私有云的架構(gòu)方式,具體包括:數(shù)據(jù)源層、平臺(tái)層和應(yīng)用層,分別提供數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化等功能。智慧云平臺(tái)基于云計(jì)算,不受物理設(shè)備存儲(chǔ)計(jì)算容量的限制,安全性和穩(wěn)定性好,該平臺(tái)投資少,推廣難度低,可高效實(shí)施,實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的快速橫向擴(kuò)展[2]。

1.2 智慧平臺(tái)建設(shè)范圍

按智慧平臺(tái)數(shù)據(jù)源層、平臺(tái)層、應(yīng)用層三層主架構(gòu),需接入的數(shù)據(jù)及建設(shè)范圍如下:

數(shù)據(jù)源層:主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、輔控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù);

平臺(tái)層:數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、平臺(tái)服務(wù)、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)服務(wù)、自助式分析服務(wù);

應(yīng)用層:主控系統(tǒng)監(jiān)控、輔控系統(tǒng)監(jiān)控、運(yùn)維管理監(jiān)控、視頻火情監(jiān)控、數(shù)據(jù)平臺(tái)、其他應(yīng)用。

1.3 智慧平臺(tái)整體架構(gòu)

按以上建設(shè)范圍,建立以風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)為主的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái),支持各大中心的功能建設(shè)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理及各系統(tǒng)數(shù)據(jù)連通共享、支撐價(jià)值挖掘?qū)崿F(xiàn)。

風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。其中:

圖1 風(fēng)電在線智慧監(jiān)控及分析平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Architecture design of wind power online smart monitoring and analysis platform

(1)數(shù)據(jù)源層:數(shù)據(jù)源既包含來(lái)自主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),也包含來(lái)自企業(yè)外部的數(shù)據(jù)。制訂統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式及通訊協(xié)議要求,傳輸?shù)狡脚_(tái)服務(wù)器統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(2)平臺(tái)層:提供數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化等端到端一站式大數(shù)據(jù)解決方案能力。通過(guò)數(shù)據(jù)集成獲取各種來(lái)源數(shù)據(jù),提供大數(shù)據(jù)服務(wù),提供一站式數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)工具,提供數(shù)據(jù)建模挖掘工具,進(jìn)行數(shù)據(jù)治理,管理數(shù)據(jù)資產(chǎn),保障數(shù)據(jù)安全,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視、可管、可用。

(3)應(yīng)用層:提供面向最終用戶的主控運(yùn)行分析、健康狀態(tài)感知、狀態(tài)智能評(píng)價(jià)、運(yùn)維管理分析、大屏統(tǒng)一監(jiān)控、數(shù)據(jù)智能分析等功能。

2 智慧平臺(tái)數(shù)據(jù)源接入設(shè)計(jì)

2.1 主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)采集服務(wù)將被部署在風(fēng)電場(chǎng),通過(guò)SCADA系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口服務(wù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)采集,之后透過(guò)正向隔離裝置將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角爸冒l(fā)送機(jī),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)平臺(tái),在數(shù)據(jù)平臺(tái)匯集和管理所有風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)[3]。

數(shù)據(jù)類(lèi)型包括模擬量、數(shù)字量、報(bào)警信號(hào)等,涵蓋機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、功率、風(fēng)速風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、溫度、油壓、振動(dòng)、電壓、電流、槳角、報(bào)警狀態(tài)等全部信號(hào)。

數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì),每臺(tái)風(fēng)機(jī)預(yù)計(jì)有150個(gè)模擬量、100個(gè)數(shù)字量、500個(gè)報(bào)警量。

2.2 輔控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

2.2.1 輔控系統(tǒng)新增葉片監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入

葉片監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器及數(shù)據(jù)采集單元,通過(guò)電力線調(diào)制解調(diào)器,把數(shù)據(jù)從輪轂傳到機(jī)艙交換機(jī),再傳到安裝于控制室的服務(wù)器。數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì),需在每支葉片上安裝1支超低頻2軸加速度與溫度復(fù)合傳感器,轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)通訊方式獲得。

2.2.2 輔控系統(tǒng)新增螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入

螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器及數(shù)據(jù)采集單元,通過(guò)交換機(jī)傳到安裝于控制室的服務(wù)器。數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì),需對(duì)10%數(shù)量的葉根螺栓及塔筒螺栓外部套裝共約100支螺栓轉(zhuǎn)角傳感器。

2.2.3 輔控系統(tǒng)已有在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入

風(fēng)場(chǎng)已安裝或部分安裝有葉片在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、CMS傳動(dòng)鏈在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、塔筒傾斜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),且各風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)已統(tǒng)一接入風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)診斷服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)也需統(tǒng)一接入到本項(xiàng)目的智能平臺(tái)中進(jìn)行統(tǒng)一展示與應(yīng)用。

各風(fēng)場(chǎng)已有輔控在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),是通過(guò)本平臺(tái)與各已有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的定制數(shù)據(jù)接口軟件、從已有風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)診斷服務(wù)器中通訊得到相應(yīng)風(fēng)機(jī)健康診斷數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)接口軟件安裝在本平臺(tái)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器中、最后通過(guò)交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)傳到智慧平臺(tái)統(tǒng)一服務(wù)器中,并與本平臺(tái)新增輔控在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在統(tǒng)一平臺(tái)中統(tǒng)一展示。

2.3 運(yùn)維管理數(shù)據(jù)接入

2.3.1 運(yùn)維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

智慧平臺(tái)服務(wù)器與運(yùn)維管理系統(tǒng)服務(wù)器之間,將通過(guò)數(shù)據(jù)接口通訊方式,從運(yùn)維管理系統(tǒng)中得到平臺(tái)所需的結(jié)果數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),主要將包括:設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)、設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)、兩票管理結(jié)果數(shù)據(jù)、檢修結(jié)果數(shù)據(jù)、庫(kù)存結(jié)果數(shù)據(jù)、點(diǎn)巡檢結(jié)果數(shù)據(jù)等。

2.3.2 電纜頭測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)接入

電纜頭測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將作為點(diǎn)巡檢下的一個(gè)子功能模塊,先進(jìn)入運(yùn)維管理系統(tǒng),再通過(guò)數(shù)據(jù)接口接入到智慧平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3.3 專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)接入

智慧平臺(tái)下的運(yùn)維管理模塊中,將增加專家經(jīng)驗(yàn)手工錄入界面,錄入內(nèi)容將包括:故障類(lèi)別、故障表現(xiàn)、故障處理建議等內(nèi)容,從而匯總成為故障經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 視頻消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

2.4.1 視頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

站端視頻監(jiān)控設(shè)備可以通過(guò)NVR接入交換機(jī)或路由器,再通過(guò)4G信號(hào)傳輸?shù)椒?wù)器端,實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)場(chǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的全方位監(jiān)控、遠(yuǎn)程回放、遠(yuǎn)程下載、云臺(tái)控制等功能。目前風(fēng)站已部署視頻監(jiān)控設(shè)備(球機(jī)、槍機(jī)、NVR、硬盤(pán)),只需要加裝網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

視頻平臺(tái)接口協(xié)議根據(jù)國(guó)標(biāo)GB18121協(xié)議開(kāi)發(fā),符合國(guó)標(biāo)協(xié)議的攝像頭和NVR均可以通過(guò)簡(jiǎn)單配置即可接入,非國(guó)標(biāo)協(xié)議和部分私有協(xié)議設(shè)備只需提供相應(yīng)設(shè)備的SDK包做定制開(kāi)發(fā)也可以接入平臺(tái),或者更換滿足國(guó)標(biāo)協(xié)議的NVR實(shí)現(xiàn)接入。

2.4.2 火情監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入

平臺(tái)服務(wù)器與火情監(jiān)控服務(wù)器之間,將通過(guò)數(shù)據(jù)接口通訊方式,接入火情監(jiān)控結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.5 其他第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入

對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù),系統(tǒng)預(yù)留相關(guān)接口,通過(guò)平臺(tái)層相關(guān)能力提供數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析及展示等工作。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首先闡述了風(fēng)電智慧平臺(tái)的重要性,并對(duì)所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的智慧平臺(tái)進(jìn)行了概括介紹,最后重點(diǎn)針對(duì)智慧平臺(tái)的數(shù)據(jù)接入方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹,包括主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入、輔控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入、運(yùn)維管理數(shù)據(jù)接入、視頻消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入,以及其他第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入等。智慧平臺(tái)場(chǎng)站總覽運(yùn)用效果如圖2所示。

圖2 智慧平臺(tái)場(chǎng)站總覽Fig.2 Overview of smart platform stations

基于本文數(shù)據(jù)接入方案的智慧平臺(tái)可提高風(fēng)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)精細(xì)化管理水平,大大提升風(fēng)電設(shè)備的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、運(yùn)維效率,大幅降低了停機(jī)時(shí)間,有效提升了發(fā)電效率,實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全周期優(yōu)化配置,資源利用效率高,人力成本減低,能夠顯著提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

引用

[1] 許琰.基于風(fēng)電場(chǎng)SCADA的數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2019:5.

[2] 黃敏,徐菲,劉珺.基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].可再生能源,2017,35(7):1032-1037.

[3] 王麗杰,張喜平,馮強(qiáng),等.基于云邊協(xié)同的新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建[J].分布式能源,2021,6(1):44-50.