风电在线智慧监控及分析平台数据接入设计

安徽继远软件有限公司 费建章

本文结合风电在线智慧监控及分析平台总体设计思路,重点介绍了智慧平台的主控系统、辅控系统、视频监控、运维管理等系统数据接入方案设计。基于该数据接入方案的智慧平台可提高风电企业运营精细化管理水平,大大提升风电设备的风能转换效率、运维效率,大幅降低停机时间,有效提升了发电效率,显著提高风电场的经济社会效益。

0 背景

早在2016年,国家能源局就出台《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源[2016]392号),鼓励建设智能风电场、智能光伏电站以及智慧运营云平台。随着风力发电的规模不断扩大,智能风电场的建设需求也日趋强烈,如何让风力发电与运营不断智能化和智慧化,成为风力发电公司与电网公司需要亟需解决的现实问题[1]。

为此设计开发风电在线智慧监控及分析平台(以下简称智慧平台),通过数字化、信息化、网络化的技术实现全场范围各控制系统及设备之间的互联互通,通过虚拟化技术实现风电场的可视化,综合运用大数据、智能优化控制、数据分析、智能决策等技术手段,实现风电资产精益化管理、提升整体风场运营水平。

数据是平台监控和分析的基础,数据的获取方法和途径至关重要。因此,为了及时获取完整、准确的风电数据,智慧平台在数据接入上进行了大量的研发工作,并取得了良好的运用效果。本文将重点介绍智慧平台的数据接入设计方案。

1 智慧平台总体设计

1.1 智慧平台概述

风电在线智慧监控及分析平台采用成熟的商业软件加私有云的架构方式,具体包括:数据源层、平台层和应用层,分别提供数据整合、数据存储、数据分析、数据安全、数据服务、数据可视化等功能。智慧云平台基于云计算,不受物理设备存储计算容量的限制,安全性和稳定性好,该平台投资少,推广难度低,可高效实施,实现计算资源的快速横向扩展[2]。

1.2 智慧平台建设范围

按智慧平台数据源层、平台层、应用层三层主架构,需接入的数据及建设范围如下:

数据源层:主控系统数据、辅控系统数据、运维系统数据、视频监控数据、其他系统数据;

平台层:数据整合、数据存储、数据计算、数据分析、平台服务、数据安全、数据服务、自助式分析服务;

应用层:主控系统监控、辅控系统监控、运维管理监控、视频火情监控、数据平台、其他应用。

1.3 智慧平台整体架构

按以上建设范围,建立以风场运行数据、运维数据为主的工业大数据平台,支持各大中心的功能建设、实现数据标准化管理及各系统数据连通共享、支撑价值挖掘实现。

风电在线智慧监控及分析平台架构设计如图1所示。其中:

图1 风电在线智慧监控及分析平台架构设计Fig.1 Architecture design of wind power online smart monitoring and analysis platform

(1)数据源层:数据源既包含来自主控系统、辅控系统、视频监控等内部监测数据,也包含来自企业外部的数据。制订统一的数据标准、按统一的数据格式及通讯协议要求,传输到平台服务器统一的数据库中。

(2)平台层:提供数据整合、数据存储与计算、数据分析、数据服务、数据可视化等端到端一站式大数据解决方案能力。通过数据集成获取各种来源数据,提供大数据服务,提供一站式数据开发工具,提供数据建模挖掘工具,进行数据治理,管理数据资产,保障数据安全,实现数据可视、可管、可用。

(3)应用层:提供面向最终用户的主控运行分析、健康状态感知、状态智能评价、运维管理分析、大屏统一监控、数据智能分析等功能。

2 智慧平台数据源接入设计

2.1 主控系统数据接入

风机数据采集服务将被部署在风电场,通过SCADA系统提供的数据接口服务进行风机数据采集,之后透过正向隔离装置将数据传输到前置发送机,通过网络将数据发送至数据平台,在数据平台汇集和管理所有风电场数据[3]。

数据类型包括模拟量、数字量、报警信号等,涵盖机组的运行状态、功率、风速风向、转速、温度、油压、振动、电压、电流、桨角、报警状态等全部信号。

数据测点统计,每台风机预计有150个模拟量、100个数字量、500个报警量。

2.2 辅控系统数据接入

2.2.1 辅控系统新增叶片监测数据接入

叶片监测数据来自于现场安装的传感器及数据采集单元,通过电力线调制解调器,把数据从轮毂传到机舱交换机,再传到安装于控制室的服务器。数据测点统计,需在每支叶片上安装1支超低频2轴加速度与温度复合传感器,转速信号通过通讯方式获得。

2.2.2 辅控系统新增螺栓松动监测数据接入

螺栓松动监测数据来自于现场安装的传感器及数据采集单元,通过交换机传到安装于控制室的服务器。数据测点统计,需对10%数量的叶根螺栓及塔筒螺栓外部套装共约100支螺栓转角传感器。

2.2.3 辅控系统已有在线监测数据接入

风场已安装或部分安装有叶片在线监测系统、CMS传动链在线监测系统、塔筒倾斜在线监测系统,且各风机数据已统一接入风场监测诊断服务器。这些数据也需统一接入到本项目的智能平台中进行统一展示与应用。

各风场已有辅控在线监测数据,是通过本平台与各已有监测系统之间的定制数据接口软件、从已有风场监测诊断服务器中通讯得到相应风机健康诊断数据,该数据接口软件安装在本平台风场数据服务器中、最后通过交换机及网络传到智慧平台统一服务器中,并与本平台新增辅控在线监测数据在统一平台中统一展示。

2.3 运维管理数据接入

2.3.1 运维管理系统数据接入

智慧平台服务器与运维管理系统服务器之间,将通过数据接口通讯方式,从运维管理系统中得到平台所需的结果数据或统计数据,主要将包括:设备台帐数据、设备缺陷数据、两票管理结果数据、检修结果数据、库存结果数据、点巡检结果数据等。

2.3.2 电缆头测温数据接入

电缆头测温数据将作为点巡检下的一个子功能模块,先进入运维管理系统,再通过数据接口接入到智慧平台数据库中。

2.3.3 专家经验数据接入

智慧平台下的运维管理模块中,将增加专家经验手工录入界面,录入内容将包括:故障类别、故障表现、故障处理建议等内容,从而汇总成为故障经验数据库。

2.4 视频消防系统数据接入

2.4.1 视频系统数据接入

站端视频监控设备可以通过NVR接入交换机或路由器,再通过4G信号传输到服务器端,实现对风场远程实时的全方位监控、远程回放、远程下载、云台控制等功能。目前风站已部署视频监控设备(球机、枪机、NVR、硬盘),只需要加装网络传输设备即可实现网络传输。

视频平台接口协议根据国标GB18121协议开发,符合国标协议的摄像头和NVR均可以通过简单配置即可接入,非国标协议和部分私有协议设备只需提供相应设备的SDK包做定制开发也可以接入平台,或者更换满足国标协议的NVR实现接入。

2.4.2 火情监控数据接入

平台服务器与火情监控服务器之间,将通过数据接口通讯方式,接入火情监控结果数据。

2.5 其他第三方系统数据接入

对于风电场其他系统的数据,系统预留相关接口,通过平台层相关能力提供数据接入、数据分析及展示等工作。

3 结语

本文首先阐述了风电智慧平台的重要性,并对所设计开发的智慧平台进行了概括介绍,最后重点针对智慧平台的数据接入方案进行了详细介绍,包括主控系统数据接入、辅控系统数据接入、运维管理数据接入、视频消防系统数据接入,以及其他第三方系统数据接入等。智慧平台场站总览运用效果如图2所示。

图2 智慧平台场站总览Fig.2 Overview of smart platform stations

基于本文数据接入方案的智慧平台可提高风电企业运营精细化管理水平,大大提升风电设备的风能转换效率、运维效率,大幅降低了停机时间,有效提升了发电效率,实现资产全周期优化配置,资源利用效率高,人力成本减低,能够显著提高风电场的经济社会效益。

引用

[1] 许琰.基于风电场SCADA的数据综合分析系统的设计与应用[D].天津:河北工业大学,2019:5.

[2] 黄敏,徐菲,刘珺.基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究[J].可再生能源,2017,35(7):1032-1037.

[3] 王丽杰,张喜平,冯强,等.基于云边协同的新能源监控与大数据平台构建[J].分布式能源,2021,6(1):44-50.