基于大数据应用平台的风电场数据采集的实践策略

文/谢海峡

（国电联合动力技术有限公司，北京 100000）

在信息化背景下，将大数据技术与风电场相结合，打造智慧风电场，加强风电场自动化运行和管理，对促进我国风电领域向智能化以及智慧化方向发展具有重要意义。数据收集和处理是风电场风机运行的基础。风力发电企业需要建立基于大数据应用平台的风电场数据采集平台，实现数据采集、计算、储存的一体化，从而为风电场正常运行奠定良好的基础。

1.研究背景

风电机组的正常运行对发电具有直接影响。目前，风力发电机的运行成本和维护成本较高。在安装过程中，风电机组往往安装在偏远地区，从而在一定程度上增加了风机设备维护难度。近年来，随着风电行业的不断发展，我国风电装机容量也在逐年增大，并且连续12年稳居全球第一。然而，在人工智能以及大数据技术的快速发展背景下，状态监测系统还不完善，难以有效监测风电机组的运行状态，从而容易导致风电机组的运行故障。[1]

在对比国内与国外的风电机组后，笔者发现国外风电机组都有数据库系统的支持。数据库系统能够收集和储存丰富的信息数据。然而，国内风电机组在这一方面比较薄弱，没有数据库系统的支持，并且数据采集效果较差，从而无法为风电机组故障检测提供依据。

近年来，大数据、人工智能等新型技术的快速发展，进一步推动了风电机组智能化平台建设。风电机组智能化平台是集数据储存、处理、分析等功能于一体的系统，它能够保证风电机组的稳定运行。

2.研究内容

本文的研究内容包括以下两个方面：①针对风电机组故障问题，结合国内外风电机组发展现状，利用大数据技术，建立基于大数据应用平台的风电场数据采集系统；②合理设计风电机组数据采集处理框架，明确智能网关数据采集处理流程，加强智能网关数据采集管理，开发、完善风电机组数据平台系统功能。[2]

3.平台构建原则

在风电场数据采集过程中，风力发电企业应遵循先进性、可靠性、可操作性、安全性、完整性以及实时性等原则。其中，先进性是指，平台在全生命周期内能够始终满足风电机组运行的需求和风力发电企业未来发展的需求。可靠性是指，平台不仅能够长期保持高效、稳定运行，还能够保持良好的服务功能。可操作性是指，平台能够人机交互、数据共享，便于数据查询。安全性是指，平台能够保证数据安全，避免数据泄露。完整性是指，平台能够保证软件功能的完整性。实时性是指，平台能够及时响应，并且满足系统运行需求。[3]

4.基于大数据应用平台的风电场信息数据采集项目实施

4.1 智能网关数据采集处理流程

风电机组数据采集系统框架如图1所示。由图1可知，风电机组数据采集处理框架分为A端、B端、C端。其中，A端和B端都可以采集和传输原始数据。相关生产管理规定要求，A端和B端中间不能直接进行连接，两者之间应设置单向隔离网闸。在网络异常的情况下，工作人员需要手动补传数据，并且直接将原始数据传输给第三方系统。数据采集智能网关的作用是接收、分析、计算、储存数据。风电机组数据采集系统采用MQTT协议，并且通过中心云来传输与收集加工好的数据。中心云端的作用是展示数据、计算数据以及存储数据。[4]

数据采集智能网关能进行多协议转换。为了保持采集数据的稳定性与可靠性，数据采集智能网关添加了断点续传功能。为了保证数据实时传输，避免断点过多，工作人员需要在每个风电场建立一个专用通道。与此同时，工作人员需要根据实际情况来按照优先级标准划分实时数据。系统会优先传输、计算以及存储高优先级的实时数据，从而避免因传数据过多而占用通道资源。

4.2 智能采集网关管理

智能采集网关应具有设备模板、通信规约以及告警配置管理等功能。

设备模板主要起到数据适配作用。风电场数据来自不同的风机，因此工作人员应将智能采集网关的点表设置成标准模板，进而便于管理。

通信规约管理的作用主要包括以下两个方面。①常用通信规约。平台能够通过通信规约管理将常用通信规约设置成标准通信规约。②开发者开发应用。通信规约管理模块可支持系统自建规约。

告警配置管理的作用主要包括对自定义告警类型、等级、内容和规则给予支持，从而为网关异常定义管理提供便利。基于规则的定义，平台可以实现告警触发和解除的自动化。与此同时，告警配置管理还能够为平台提供相关的服务功能，例如告警查询、订阅服务等。[5]

4.3 风电机组数据平台功能

平台不仅需要满足数据接入扩展要求，还需要满足数据存储、实时处理、批量处理、数据挖掘等要求。平台具有大数据存储、查询、分析等功能。基于B/S模式的IDE产品架构，无须安装客户端。平台支持多种数据采集方式，包含但不限于各类主流数据库（ORACLE/DB2/mysql）数据、文件、互联网数据、日志数据。数据采集以作业为单位进行管理，实现作业的自动化运行。数据可以直接通过数据加载工具加载到目标数据库中。系统数据装载功能支持多种目标数据存储系统，例如Hadoop平台、MPP及关系型数据库等。平台能够提供流程优先级管理服务，并且保证关键流程优先执行。平台还支持任务流程的级联事件、任务重试、任务汇接、跨流程的任务依赖、跨流程的任务触发。平台还具有流程调试功能，例如单步执行和流程执行过程变量查看等。[6]

4.4 采集接入系统功能

在风电机组数据平台上，采集接入系统的作用是获取、传输数据，并且保证数据的安全性、可靠性、完整性。风力发电机组通常运行于恶劣的自然环境中。各风机的地理跨度很大、设计使用寿命长。因此，采集接入系统应采用工业以太冗余环网构建的光纤化网络。采集接入系统不仅具有稳定快速的网络响应能力、高可靠性、可扩展能力，还能适应复杂的外部环境。[7]采集接入系统主要分为网络通信、数据采集、数据存储、数据监控四个部分。采集接入系统通过网络通信实现了风机、控制室、区域集中监控、数据云端之间的数据通信。另外，在传输过程中，网络通信系统能够对数据进行加密，从而保证了数据的安全性和可靠性。数据采集系统能够获取风电场远程控制系统以及其他外部系统（如电网调度系统、业主远程数据中心、风功率预测系统等）的实时数据，并且能够满足采集和传输数据库内部的数据、视频、图片、音频以及文件。

采集接入系统可分为两个部分三个系统。两个部分为场站侧与中心侧。三个系统为场站侧采集系统、场站侧接入系统以及中心侧汇聚系统。场站侧采集系统部署于风电场或者风电集控中心的生产区，主要功能为采集、存储、转发数据。场站侧接入系统部署于风电场或者风电集控中心的管理区，其主要功能为接入、存储、转发数据。考虑到数据安全防护规定，采集系统与接入系统之间应安装单向隔离网闸。中心侧汇聚系统部署于数据平台接入区，主要功能是汇总各接入系统及企业信息系统，并且解析、清洗、推送数据。

5.结语

综上所述，在大数据背景下，加强风电场信息化平台建设，采集风电机组的相关数据，挖掘数据价值，实现故障预警，有利于提高风力发电企业的经济效益。基于大数据应用平台的风电场数据采集系统包括数据平台系统和采集接入系统。风力发电企业需要不断优化两个平台的各项功能，从而为风电机组的稳定运行奠定良好基础。