基于大數據應用平臺的風電場數據采集的實踐策略

文/謝海峽

（國電聯合動力技術有限公司，北京 100000）

在信息化背景下，將大數據技術與風電場相結合，打造智慧風電場，加強風電場自動化運行和管理，對促進我國風電領域向智能化以及智慧化方向發展具有重要意義。數據收集和處理是風電場風機運行的基礎。風力發電企業需要建立基于大數據應用平臺的風電場數據采集平臺，實現數據采集、計算、儲存的一體化，從而為風電場正常運行奠定良好的基礎。

1.研究背景

風電機組的正常運行對發電具有直接影響。目前，風力發電機的運行成本和維護成本較高。在安裝過程中，風電機組往往安裝在偏遠地區，從而在一定程度上增加了風機設備維護難度。近年來，隨著風電行業的不斷發展，我國風電裝機容量也在逐年增大，并且連續12年穩居全球第一。然而，在人工智能以及大數據技術的快速發展背景下，狀態監測系統還不完善，難以有效監測風電機組的運行狀態，從而容易導致風電機組的運行故障。[1]

在對比國內與國外的風電機組后，筆者發現國外風電機組都有數據庫系統的支持。數據庫系統能夠收集和儲存豐富的信息數據。然而，國內風電機組在這一方面比較薄弱，沒有數據庫系統的支持，并且數據采集效果較差，從而無法為風電機組故障檢測提供依據。

近年來，大數據、人工智能等新型技術的快速發展，進一步推動了風電機組智能化平臺建設。風電機組智能化平臺是集數據儲存、處理、分析等功能于一體的系統，它能夠保證風電機組的穩定運行。

2.研究內容

本文的研究內容包括以下兩個方面：①針對風電機組故障問題，結合國內外風電機組發展現狀，利用大數據技術，建立基于大數據應用平臺的風電場數據采集系統；②合理設計風電機組數據采集處理框架，明確智能網關數據采集處理流程，加強智能網關數據采集管理，開發、完善風電機組數據平臺系統功能。[2]

3.平臺構建原則

在風電場數據采集過程中，風力發電企業應遵循先進性、可靠性、可操作性、安全性、完整性以及實時性等原則。其中，先進性是指，平臺在全生命周期內能夠始終滿足風電機組運行的需求和風力發電企業未來發展的需求。可靠性是指，平臺不僅能夠長期保持高效、穩定運行，還能夠保持良好的服務功能。可操作性是指，平臺能夠人機交互、數據共享，便于數據查詢。安全性是指，平臺能夠保證數據安全，避免數據泄露。完整性是指，平臺能夠保證軟件功能的完整性。實時性是指，平臺能夠及時響應，并且滿足系統運行需求。[3]

4.基于大數據應用平臺的風電場信息數據采集項目實施

4.1 智能網關數據采集處理流程

風電機組數據采集系統框架如圖1所示。由圖1可知，風電機組數據采集處理框架分為A端、B端、C端。其中，A端和B端都可以采集和傳輸原始數據。相關生產管理規定要求，A端和B端中間不能直接進行連接，兩者之間應設置單向隔離網閘。在網絡異常的情況下，工作人員需要手動補傳數據，并且直接將原始數據傳輸給第三方系統。數據采集智能網關的作用是接收、分析、計算、儲存數據。風電機組數據采集系統采用MQTT協議，并且通過中心云來傳輸與收集加工好的數據。中心云端的作用是展示數據、計算數據以及存儲數據。[4]

數據采集智能網關能進行多協議轉換。為了保持采集數據的穩定性與可靠性，數據采集智能網關添加了斷點續傳功能。為了保證數據實時傳輸，避免斷點過多，工作人員需要在每個風電場建立一個專用通道。與此同時，工作人員需要根據實際情況來按照優先級標準劃分實時數據。系統會優先傳輸、計算以及存儲高優先級的實時數據，從而避免因傳數據過多而占用通道資源。

4.2 智能采集網關管理

智能采集網關應具有設備模板、通信規約以及告警配置管理等功能。

設備模板主要起到數據適配作用。風電場數據來自不同的風機，因此工作人員應將智能采集網關的點表設置成標準模板，進而便于管理。

通信規約管理的作用主要包括以下兩個方面。①常用通信規約。平臺能夠通過通信規約管理將常用通信規約設置成標準通信規約。②開發者開發應用。通信規約管理模塊可支持系統自建規約。

告警配置管理的作用主要包括對自定義告警類型、等級、內容和規則給予支持，從而為網關異常定義管理提供便利。基于規則的定義，平臺可以實現告警觸發和解除的自動化。與此同時，告警配置管理還能夠為平臺提供相關的服務功能，例如告警查詢、訂閱服務等。[5]

4.3 風電機組數據平臺功能

平臺不僅需要滿足數據接入擴展要求，還需要滿足數據存儲、實時處理、批量處理、數據挖掘等要求。平臺具有大數據存儲、查詢、分析等功能。基于B/S模式的IDE產品架構，無須安裝客戶端。平臺支持多種數據采集方式，包含但不限于各類主流數據庫（ORACLE/DB2/mysql）數據、文件、互聯網數據、日志數據。數據采集以作業為單位進行管理，實現作業的自動化運行。數據可以直接通過數據加載工具加載到目標數據庫中。系統數據裝載功能支持多種目標數據存儲系統，例如Hadoop平臺、MPP及關系型數據庫等。平臺能夠提供流程優先級管理服務，并且保證關鍵流程優先執行。平臺還支持任務流程的級聯事件、任務重試、任務匯接、跨流程的任務依賴、跨流程的任務觸發。平臺還具有流程調試功能，例如單步執行和流程執行過程變量查看等。[6]

4.4 采集接入系統功能

在風電機組數據平臺上，采集接入系統的作用是獲取、傳輸數據，并且保證數據的安全性、可靠性、完整性。風力發電機組通常運行于惡劣的自然環境中。各風機的地理跨度很大、設計使用壽命長。因此，采集接入系統應采用工業以太冗余環網構建的光纖化網絡。采集接入系統不僅具有穩定快速的網絡響應能力、高可靠性、可擴展能力，還能適應復雜的外部環境。[7]采集接入系統主要分為網絡通信、數據采集、數據存儲、數據監控四個部分。采集接入系統通過網絡通信實現了風機、控制室、區域集中監控、數據云端之間的數據通信。另外，在傳輸過程中，網絡通信系統能夠對數據進行加密，從而保證了數據的安全性和可靠性。數據采集系統能夠獲取風電場遠程控制系統以及其他外部系統（如電網調度系統、業主遠程數據中心、風功率預測系統等）的實時數據，并且能夠滿足采集和傳輸數據庫內部的數據、視頻、圖片、音頻以及文件。

采集接入系統可分為兩個部分三個系統。兩個部分為場站側與中心側。三個系統為場站側采集系統、場站側接入系統以及中心側匯聚系統。場站側采集系統部署于風電場或者風電集控中心的生產區，主要功能為采集、存儲、轉發數據。場站側接入系統部署于風電場或者風電集控中心的管理區，其主要功能為接入、存儲、轉發數據。考慮到數據安全防護規定，采集系統與接入系統之間應安裝單向隔離網閘。中心側匯聚系統部署于數據平臺接入區，主要功能是匯總各接入系統及企業信息系統，并且解析、清洗、推送數據。

5.結語

綜上所述，在大數據背景下，加強風電場信息化平臺建設，采集風電機組的相關數據，挖掘數據價值，實現故障預警，有利于提高風力發電企業的經濟效益。基于大數據應用平臺的風電場數據采集系統包括數據平臺系統和采集接入系統。風力發電企業需要不斷優化兩個平臺的各項功能，從而為風電機組的穩定運行奠定良好基礎。