基于太陽能光伏電站的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談

北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司 ■ 趙妍 孫文藝 張勝紅

0 引言

目前，很多光伏電站數(shù)據(jù)中心因沒有有力的分析工具和分析方法，無法從繁雜而分散的數(shù)據(jù)中分析和統(tǒng)計(jì)得到一些宏觀的技術(shù)指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，更無法抽取、挖掘和發(fā)現(xiàn)一些潛在的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。

本文中數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建不僅能展示當(dāng)前電站的總體運(yùn)行狀況，而且還能對(duì)所需參數(shù)進(jìn)行挖掘，得到光伏電站技術(shù)評(píng)估指數(shù)，對(duì)太陽能光伏發(fā)電推廣和可再生能源合理利用，甚至對(duì)能源戰(zhàn)略決策的制定都具有重要的指導(dǎo)意義。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

光伏電站數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是底層數(shù)據(jù)采集和客戶端的界面展示。底層的數(shù)據(jù)采集由力控組態(tài)軟件的程序設(shè)計(jì)和通信兩部分組成；客戶端的界面展示包括數(shù)據(jù)庫建模和前端界面開發(fā)部分，如圖1所示。

1)數(shù)據(jù)采集：以力控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)，采用Visual C++ 6.0進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與下轄光伏電站之間的數(shù)據(jù)交互，通訊方式為TCP/IP方式；數(shù)據(jù)采集程序嚴(yán)格按照本系統(tǒng)的《數(shù)據(jù)中心通訊協(xié)議》進(jìn)行開發(fā)，并兼容北京鑒衡中心標(biāo)準(zhǔn)的要求。凡是符合此標(biāo)準(zhǔn)的電站，都可接入數(shù)據(jù)中心[1]。

2)數(shù)據(jù)庫建模：采用SQL SEVER 2008R2數(shù)據(jù)庫，將所有電站基礎(chǔ)信息、設(shè)備信息等建立歷史及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表，建立表關(guān)系，從而創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。大量數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫后通過數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)ETL進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、加載，提取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘[2]。

3)Web開發(fā)：此系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，通過Web客戶端進(jìn)行查看[3]。開發(fā)中采用MVC3.0框架，此框架具有邏輯部分與前端展示分離的特性，后期的擴(kuò)展及維護(hù)性更好。前端使用HTML4.0+CSS3.0+Jquery技術(shù)進(jìn)行開發(fā)[4]。

如圖1所示，先由組態(tài)軟件與底層設(shè)備進(jìn)行通信，把設(shè)備數(shù)據(jù)傳入到組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)監(jiān)控層；再向上層傳入到數(shù)據(jù)庫；由客戶端以瀏覽器方式登錄系統(tǒng)。

在此系統(tǒng)中，從數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)到系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)的架構(gòu)，都具有一定擴(kuò)展性。可通過擴(kuò)大服務(wù)器硬盤來拓展數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)和分析，并通過對(duì)MVC架構(gòu)的修改對(duì)系統(tǒng)開發(fā)前后端進(jìn)行擴(kuò)展[5]。本平臺(tái)所采集電站中的數(shù)據(jù)，全部符合北京鑒衡中心標(biāo)準(zhǔn)。如若電站采集參數(shù)需調(diào)整，也可通過對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改來實(shí)現(xiàn)完成。

圖1 光伏電站數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 功能界面設(shè)計(jì)

界面分為設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理3大部分，如圖2所示。

圖2 功能界面設(shè)計(jì)

在設(shè)備監(jiān)控層，電站監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)控電站、設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在客戶端界面通過圖表的方式展示所需信息內(nèi)容，且可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)出功能。

數(shù)據(jù)中心包括：趨勢(shì)分析、歷史數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘部分。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括：賬戶、系統(tǒng)、電站總體管理，具有編輯、創(chuàng)建、刪除等基本功能，還可對(duì)不同賬戶的人登錄此系統(tǒng)賦予不同權(quán)限。

3 數(shù)據(jù)挖掘設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)挖掘部分，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ETL清洗，ETL即數(shù)據(jù)抽取(E)、轉(zhuǎn)換(T)、加載(L)的過程，屏蔽了復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，為基于數(shù)據(jù)中心的分析和應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。 數(shù)據(jù)源發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)源分析、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)映射、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)加載這一系列數(shù)據(jù)處理過程，加載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心，并提供數(shù)據(jù)共享和同步服務(wù)。

數(shù)據(jù)分析部分一般分為后臺(tái)分析模型建立和前臺(tái)分析結(jié)果展示兩個(gè)部分。

3.1 光伏發(fā)電數(shù)據(jù)分析模型

3.1.1 建立關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)(KTI)庫

關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)等均為數(shù)據(jù)分析的對(duì)象。在光伏發(fā)電中主要包括：發(fā)電量、功率、發(fā)電時(shí)間、等效發(fā)電時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備停機(jī)時(shí)間、環(huán)境氣象參數(shù)等。

3.1.2 建立數(shù)據(jù)維度關(guān)系表

維度關(guān)系表指對(duì)每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)分析時(shí)采用的分析方向的排列。一般有以下維度時(shí)間維度：年、季、月、旬、日；地理維度：經(jīng)緯度(國家、省、市、區(qū)縣、鄉(xiāng)/鎮(zhèn)、街道/村)，海拔(海拔高度) ；業(yè)主維度：各業(yè)主名稱或編號(hào)；電站維度：全部電站、某一個(gè)電站；設(shè)備維度：設(shè)備廠商、設(shè)備類型、設(shè)備型號(hào)。

3.1.3 建立數(shù)據(jù)分析路徑及相應(yīng)算法

技術(shù)指標(biāo)在不同的維度組合下，需通過不同原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算得到。每個(gè)技術(shù)指標(biāo)都要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)分析路徑、不同的統(tǒng)計(jì)周期、不同的統(tǒng)計(jì)范圍提前設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以便在數(shù)據(jù)分析和展示過程中快速形成分析結(jié)果。

3.2 光伏發(fā)電數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示

圖3 日均可利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)(10月)

圖4 各單元工作小時(shí)數(shù)、滿發(fā)小時(shí)數(shù)對(duì)比

數(shù)據(jù)分析結(jié)果一般可分為定制報(bào)表和自由報(bào)表兩種類型。定制報(bào)表指在設(shè)計(jì)之初根據(jù)需求編制的固定功能的例行報(bào)表，如圖3、圖4所示。自由報(bào)表指在對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、分析、鉆取、對(duì)比、挖掘過程中產(chǎn)生的報(bào)表。為方便展示，將每次鉆取的數(shù)據(jù)結(jié)果按某一種報(bào)表形式展示。以“發(fā)電量”作為分析指標(biāo)進(jìn)行各種維度路徑組合鉆取，在該路徑下每次鉆取結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由報(bào)表(見圖5)。

圖5 以“發(fā)電量”作為分析指標(biāo)進(jìn)行鉆取

4 結(jié)論

本文提出了基于太陽能光伏電站數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)模型，并給出了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的方法。該數(shù)據(jù)中心給出了的數(shù)據(jù)分析方法能全方位、立體式看到光伏發(fā)電運(yùn)行的綜合狀況，進(jìn)而可預(yù)測(cè)、挖掘到很多其他的相關(guān)信息，例如同樣的設(shè)備在不同地域環(huán)境下表現(xiàn)的差異、設(shè)備和設(shè)備之間的差異、不同地域之間的光伏發(fā)電投資收益差異等。這些數(shù)據(jù)都將為光伏發(fā)電設(shè)備的改進(jìn)和光伏發(fā)電推廣決策的制定提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，在優(yōu)化光伏發(fā)電行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和合理利用清潔可再生能源等方面都具有重要意義。

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