CN103259873A - 一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法及系统，所述的前置机设有与数据处理服务器连接的通讯接口，并设有多种规格的风电场设备通讯接口。前置机中的前置数据采集系统包括数据采集模块、数据内部转换模块、数据计算及处理模块以及数据存储模块。数据采集包括：前置机采集风电场设备的实时数据并进行统一转换、统计分析处理，保存得到的数据并发送到数据处理服务器供上层系统调用；控制包括：上层系统发送控制命令，前置机转换接收到的控制命令，并发送至相应的风电场设备，设备读取转换后的控制命令并执行。本发明的系统运行稳定、数据及时、准确，功能专业，界面友好，能够实现对多种风电机组的远程监控或集中控制。

Description

一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种数据采集与控制技术，特别是涉及一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法及系统。

背景技术

数据采集系统是风电场中控系统及其他系统的基础，担负着基础数据采集和控制命令传递等功能。

数据采集系统一般都运行在温度变化大、电涌强烈、电磁干扰大、震动大等比较恶劣的外界环境下，此外，由于风电场现场的设备差别很大，不同厂家的风机、变电设备及其他设备等采用不同的通讯协议，对风电场监控系统的要求越来越高，对数据采集的实时性和稳定性都提出了更高的要求。

目前大量风电场中控系统(变电站SCADA系统)所使用的数据采集方式都是混合集中式的系统，数据采集系统与上层系统融合到一起，没有做分层处理，如果要接入新的设备需要对整体的系统进行改变，不利于扩展开发。

因此，现有数据采集系统在稳定性、兼容性、配置灵活性上仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何满足国内、外各种风电投资商和服务商对风电场监控管理的功能要求及数据采集需求，如何灵活配置以满足各种类型和容量的风电场对系统的功能需求，实现对多种风电机组的本机及远程监控或集中控制,成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法及系统，使其数据采集及时准确、运行稳定、配置灵活。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，所述的前置机设有与数据处理服务器连接的通讯接口，并设有多种规格的风电场设备通讯接口；所述的采集数据的方法包括以下步骤，A1.前置机采集风电场设备的实时数据，并通过内部协议对采集到的实时数据进行统一转换，A2.对转换后的实时数据进行统计分析处理，得到各种计算数据，A3.保存步骤A1、A2得到的数据，并将其发送到数据处理服务器供上层系统调用；所述的控制方法包括以下步骤，B1.上层系统通过数据处理服务器向前置机发送控制命令，B2.前置机通过内部协议统一转换接收到的控制命令，并发送至相应的风电场设备，B3.所述风电场设备读取转换后的控制命令并执行。

作为进一步改进，所述的步骤A2中，每十分钟进行一次统计分析处理，整理出十分钟数据和功率曲线数据。

所述的步骤A3中：对基于LAN总线的风电场，每8秒保存一次数据；对基于485总线的风电场，每得到数据就保存一次，且保存间隔不低于8秒。

所述步骤A3中，每十分钟发送数据至数据处理服务器，当网络不畅时，将数据缓存在前置机中，待网络恢复后再次上传。

所述的步骤中A3中，数据通过广播通道以组播或Sockets的方式发送到数据处理服务器。

所述前置机与数据处理服务器之间，以及数据处理服务器与上层系统之间，均采用DES加密网络进行数据传输。

所述步骤A1、B2中的转换，是将数据根据IEC规范映射到相应IEC量上，再转换为相应的数据格式。

所述步骤A1中，如因通讯中断不能正确采集数据，前置机向数据处理服务器发送通讯中断的状态数据。

所述步骤A2中，统计分析处理包括计算数据处理、各时段状态数据处理、报警数据处理以及故障数据处理。

所述步骤A2中，还包括将本次数据与上一次数据进行对比的过程，并在数据变化时将变化后的数据发送至数据处理服务器。

所述的风电场设备、前置机和数据处理服务器之间通过SNTP保持时间同步。

所述步骤A1中的风电场设备通讯接口包括ModbusTCP接口、ModbusRTU接口、IEC101接口、IEC103接口、IEC104接口、CDT接口、DNP3.0接口、私有协议接口中多种接口的组合。

此外，本发明还提供了应用于上述前置机中的风电场前置数据采集系统，包括：数据采集模块，用于采集风电场设备的实时数据；数据内部转换模块，用于将采集到的实时数据转换为内部协议数据，并将并上层系统发送的控制命令转换为相应风电场设备可接受的数据；数据计算及处理模块，用于对经数据采集模块采集，并经数据内部转换模块转换后的实时数据进行统计分析处理；以及数据存储模块，用于保存数据内部转换模块和数据计算及处理模块得到的数据。

作为进一步改进，上述系统还包括数据提供模块，用于将保存在数据存储模块中的数据提供给第三方系统。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、通过将采集数据及控制命令转换成平台统一的数据格式，本发明的前置数据采集系统确保了第三方设备及规约的变化不会影响到上层系统的应用，实现了灵活配置，能满足各种类型和容量的风电场对系统的功能需求，满足了国内、外各种风电投资商和服务商对风电场监控管理的功能要求及数据采集需求。

2、通过借助网络传输和设置通讯服务器，前置数据采集系统能够实现对多种风电机组的本机及远程监控或集中控制。

3、综上，本发明的前置数据采集系统作为风电场控制系统的中间层，可为监控系统提供统一的数据接口和控制接口，减少监控系统的适配难度，并作为数据采集器及适配层为上层监控平台提供原始的数据来源及支撑，使用灵活的结构与不同设备（如风机、变电站、光伏、测风、厢变和逆变器等）、不同规约（如Modbus，CDT，104，101和其它私有规约等）进行数据交互，数据采集及时、准确，运行稳定，功能专业，界面友好。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明风电场前置数据采集系统在风电场控制系统中的角色示意图。

图2是应用通过前置机对风电场设备采集数据的方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，前置数据采集系统在整体系统中扮演着重要的角色。本发明的风电场前置数据采集系统按照软件系统分层原理，将业务中容易变化的部分独立出来，单独处理，按照封装变化原则来处理，对于上层业务系统来说，第三方异构的设备系统是透明不可见的，由前置数据采集系统将第三方设备的数据采集，并做内部转换处理后，成为统一的内部格式数据，从而可传送至上层业务系统进行统一处理。

具体来说，本发明的一种风电场前置数据采集系统，包括数据采集模块、数据内部转换模块、数据计算及处理模块和数据存储模块，还可进一步包括一数据提供模块。以上模块全部为软件模块，装在前置机中，可以减少最终用户的硬件投入及费用增加。

此外，在本发明的前置机上设有与上层业务系统连接的通讯接口，以及多种第三方设备通讯接口，例如ModbusTCP接口、ModbusRTU接口、IEC101接口、IEC103接口、IEC104接口、CDT接口、DNP3.0接口以及其它私有协议接口等，可采用数据密集采集接口，利于采集的数据快速传回。通过前置机的设置，极大的方便了上层系统及第三方系统的扩展性、稳定性和兼容性。

其中，本发明提到的风电场中的第三方设备包括其它厂商风机、变电站、气象站等，第三方设备、前置机和数据处理服务器之间可通过SNTP保持时间同步，并在前置机与数据处理服务器之间，以及数据处理服务器与上层系统之间，采用DES加密网络进行数据传输。

请配合参阅图2所示，本发明通过上述前置机对风电场设备进行数据采集的方法，包括以下步骤：

（1）由前置机通过前置数据采集系统的数据采集模块采集风电场设备的实时数据。如因通讯中断不能正确采集数据，前置机向数据处理服务器发送通讯中断的状态数据。

（2）通过数据内部转换模块将采集到的实时数据统一转换为内部协议数据。具体来说，是将采集到的实时数据根据IEC规范映射到前置数据采集系统的相应IEC量上，再转换为相应的数据格式。

（3）通过数据计算及处理模块对转换后的实时数据进行统计分析处理，包括各种计算数据处理、各时段状态数据处理、报警数据处理、故障数据处理等，得到各种计算数据，具体的计算内容和计算方式可由用户根据需要进行设置和设计。较佳的，前置数据采集系统每十分钟对所述实时数据进行统计分析处理，整理出十分钟数据和功率曲线数据。进一步来说，数据计算及处理模块还可将本次数据与上一次数据进行对比的过程，并在数据变化时将变化后的数据发送至数据处理服务器。

（4）数据存储模块对数据内部转换模块转换得到的实时数据以及数据计算及处理模块得到的各种计算数据以文件的形式进行存储。较佳的，对基于LAN总线的风电场，每隔一定时间间隔（如8秒）保存一次数据；对基于485总线的风电场，每得到数据就保存一次，且保存间隔以不低于8秒为宜。

（5）前置机将数据存储模块中的数据通过广播通道以组播或Sockets的方式发送到数据处理服务器和数据提供模块，供所述上层系统和其他第三方系统调用。较佳的，为减少读写盘的频率，可设置前置机每十分钟发送数据至数据处理服务器，当网络不畅时，将数据缓存在前置机中，待网络恢复后再次上传。前置机应可缓存至少60天的数据。

本发明通过上述前置机对风电场设备进行控制的方法，包括以下步骤：上层系统通过数据处理服务器向前置机发送控制命令；通过前置机的数据内部转换模块，根据内部协议统一转换接收到的控制命令，并发送至相应的风电场设备；风电场设备读取转换后的控制命令并执行，完成控制风机或修改PLC可修改的参数等操作。

本发明通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，可提供上层系统取读风电场设备（FTP服务器）的数据接口，可浏览FTP上的文件，可读取FTP上的文件，为上层读取故障文件提供中转，同时有效的屏蔽上层系统的复杂性，并达到很好的可扩展性。此外，本发明的前置数据采集系统还可接收上层系统的数据采集间隔设置命令，按照给定的命令采集并存储数据。还可在上层系统设置锁定功能，使其它用户不能控制。

由于采用了以上技术方案，本发明的前置数据采集系统作为数据采集器及适配层为上层监控平台提供原始的数据来源及支撑，使用灵活的结构与不同设备（如风机、变电站、光伏、测风、厢变和逆变器等）、不同规约（如Modbus，CDT，104，101和其它私有规约等）进行数据交互，数据采集及时、准确，运行稳定，功能专业，界面友好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于：

所述的前置机设有与数据处理服务器连接的通讯接口，并设有多种规格的风电场设备通讯接口；

所述的采集数据的方法包括以下步骤，

A1.前置机采集风电场设备的实时数据，并通过内部协议对采集到的实时数据进行统一转换，

A2.对转换后的实时数据进行统计分析处理，得到各种计算数据，

A3.保存步骤A1、A2得到的数据，并将其发送到数据处理服务器供上层系统调用；

所述的控制方法包括以下步骤，

B1.上层系统通过数据处理服务器向前置机发送控制命令，

B2.前置机通过内部协议统一转换接收到的控制命令，并发送至相应的风电场设备，

B3.所述风电场设备读取转换后的控制命令并执行。

2.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述的步骤A2中，每十分钟进行一次统计分析处理，整理出十分钟数据和功率曲线数据。

3.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述的步骤A3中：

对基于LAN总线的风电场，每8秒保存一次数据；

对基于485总线的风电场，每得到数据就保存一次，且保存间隔不低于8秒。

4.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A3中，每十分钟发送数据至数据处理服务器，当网络不畅时，将数据缓存在前置机中，待网络恢复后再次上传。

5.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述的步骤中A3中，数据通过广播通道以组播或Sockets的方式发送到数据处理服务器。

6.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述前置机与数据处理服务器之间，以及数据处理服务器与上层系统之间，均采用DES加密网络进行数据传输。

7.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A1、B2中的转换，是将数据根据IEC规范映射到相应IEC量上，再转换为相应的数据格式。

8.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A1中，如因通讯中断不能正确采集数据，前置机向数据处理服务器发送通讯中断的状态数据。

9.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A2中，统计分析处理包括计算数据处理、各时段状态数据处理、报警数据处理以及故障数据处理。

10.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A2中，还包括将本次数据与上一次数据进行对比的过程，并在数据变化时将变化后的数据发送至数据处理服务器。

11.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述的风电场设备、前置机和数据处理服务器之间通过SNTP保持时间同步。

12.根据权利要求1所述的通过前置机对风电场设备采集数据和控制的方法，其特征在于所述步骤A1中的风电场设备通讯接口包括Modbus TCP接口、Modbus RTU接口、IEC101接口、IEC103接口、IEC104接口、CDT接口、DNP3.0接口、私有协议接口中多种接口的组合。

13.应用于权利要求1-12中任一项所述前置机中的风电场前置数据采集系统，其特征在于包括：

数据采集模块，用于采集风电场设备的实时数据；

数据内部转换模块，用于将采集到的实时数据转换为内部协议数据，并将并上层系统发送的控制命令转换为相应风电场设备可接受的数据；

数据计算及处理模块，用于对经数据采集模块采集，并经数据内部转换模块转换后的实时数据进行统计分析处理；以及

数据存储模块，用于保存数据内部转换模块和数据计算及处理模块得到的数据。

14.根据权利要求13所述的风电场前置数据采集系统，其特征在于还包括数据提供模块，用于将保存在数据存储模块中的数据提供给第三方系统。