CN110513252A - 一种风电场scada系统数据异常告警修复系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场SCADA系统数据异常告警修复系统与方法。所述的系统包括数据同步与过滤单元、自动对时单元、数据帧异常统计与告警单元、数据通讯侦测单元、数据同步触发单元、数据异常时间记录单元。本发明通过统计SCADA系统数据帧异常的丢失率，当该丢失率高于界限值时给出告警提示信息，通过调用数据异常时间记录单元记录的每条异常数据的时间戳同步触发数据同步与过滤单元，进行异常数据的修复工作。本发明可完成SCADA系统数据异常告警与修复整体功能，可有效保证SCADA系统数据完整及避免资源浪费问题。

Description

一种风电场SCADA系统数据异常告警修复系统与方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场SCADA系统数据异常告警修复系统与方法。

背景技术

风电场监控系统（SCADA）可以实现对风电场的风机、箱变、测风塔等进行远程实时监测、控制和诊断，实现风电场的优化运行，以及通过远程启动、停止、复位和标定，最大限度地减少劳动力密集型的现场考察和维护管理。一旦风机出现故障，则需要从SCADA系统中调取采集频率最高的数据进行原因分析，所以此数据的完整可靠非常重要。

SCADA系统采集频率最高的数据为高密度数据，采集频率目前多为1秒，该数据同步存储在位于每台风机内的本地数据采集单元及位于升压站内SCADA服务器中各一份，数据通过光纤环网将每台风机数据传输至升压站SCADA服务器中，由于受到本地数据采集单元存储空间限制，当本地数据采集单元的数据存储周期到了之后，下一个新的存储周期的数据将会对原数据进行覆盖。

附图1为传统的SCADA系统框图，具体包括风电场数据模块1，该模块包含单元-每台风机PLC101、每台风机本地数据采集单元102、每台风机交换机103，以上三个单元通过光纤环网104将采集到的每台风机PLC中数据通过升压站交换机2传送给SCADA服务器数据存储模块3，同时，在每台风机本地数据采集单元中102也存储一份。

其中， SCADA服务器数据存储模块只负责将前端数据采集软件采集过来的PLC数据进行存储与保存，并没有对这些数据的丢失情况进行实时监测与修复。当风机出现故障或者需要调取数据进行分析时，调取数据发现有数据丢失则会影响后续的分析工作，如果发现需要的数据在最近的本地存储周期内，还可以在单元102中调取，但需要的数据超过存储周期，则无法进行数据的恢复。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可自动对时、进行系统数据异常告警并修复的风电场SCADA系统数据异常告警修复系统与方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种风电场SCADA系统数据异常告警与修复系统，包括：

数据同步与过滤单元，用于调取数据异常时间记录单元记录的数据异常时间戳，通过时间戳来调取存储于本地数据采集单元的本地数据同步到服务器中完成数据的修复；

以及自动对时单元，用于数据通讯侦测单元检测到通讯恢复后，自动触发此单元，保证服务器与其他设备的时间同步；

以及数据帧异常统计与告警单元，用于统计SCADA系统数据帧异常的丢失率，当该丢失率高于界限值时给出告警提示信息，通过调用数据异常时间记录单元记录的每条异常数据的时间戳同步触发数据同步与过滤单元进行异常数据的修复工作；

以及数据通讯侦测单元，用于监测SCADA系统网络通讯异常情况，监测到网络异常将同步触发数据异常时间记录时间单元进行记录；

以及数据同步触发单元，用于检测最近的本地存储周期内数据同步与过滤单元无启动时触发该单元，进行数据自动修复或者过滤；

上述的风电场SCADA系统数据异常告警与修复系统中， 还包括数据异常时间记录单元，用于统计每一条异常数据的时间戳，精确到秒。

一种风电场SCADA系统数据异常告警与修复方法，包括以下步骤：

步骤1：SCADA系统将从PLC中采集的数据分别存储于本地数据采集单元与SCADA服务器数据存储模块中；

步骤2：数据通讯侦测单元实时监测本地数据采集单元与SCADA服务器之间的通讯情况，通讯正常则进入步骤3，通讯异常则进入步骤7；

步骤3：数据帧异常统计与告警单元负责统计数据异常的丢失率；

步骤4：数据异常时间记录单元对上述步骤3中的每一条异常数据帧的时间戳进行存储，精确到秒；

步骤5：数据帧异常统计与告警单元统计的数据异常丢失率做判定，丢失率大于界限值时，在SCADA系统界面上显示告警信息，同时进入步骤6，否则进入步骤1；

步骤6：数据同步与过滤单元调取存储的时间戳查找本地触摸屏中存储到本地数据对SCADA系统服务器中丢失的数据进行补录，将补录后的数据存储到SCADA服务器数据存储模块中；

步骤7：数据通讯侦测单元监测到通讯异常后，同步触发数据异常时间记录单元记录通讯异常时间戳；

步骤8：数据通讯侦测单元监测到通讯恢复正常后，首先触发自动对时单元一键对时来保证整个系统时间精准；

步骤9：通讯侦测单元判定的通讯异常具体情况对通讯中断的这段时间数据进行同步或过滤；

步骤10：数据同步触发单元监测到在最近的本地数据存储周期内数据同步与过滤单元无启动，系统自动进入步骤6。

本发明的技术效果在于：

1、使SCADA系统具备数据丢包统计与异常告警功能；

2、使SCADA系统具备对所丢失数据修复功能；

3、使SCADA系统具备自动识别与过滤追溯的无效数据功能；

4、使SCADA系统在追溯数据过程中调取报表功能不受影响；

5、使SCADA系统具备自动对时功能。

附图说明

图1为传统SCADA系统框图；

图2为本发明的结构框图；

图3为本发明的流程图。

具体实施方案

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图2，图2为本发明的SCADA系统结构框图。图中包括风电场数据模块1、交换机2、SCADA服务器数据存储模块3、数据监测与修复模块4，风电场数据模块1模块包含风机PLC101、风机本地数据采集单元102、风机交换机103，以上三个单元通过光纤环网104将采集到的风机PLC中数据通过升压站交换机2传送给SCADA服务器数据存储模块3，同时，在102单元同步存储一份本地数据（存储周期根据该单元存储空间设置），102单元采集每台风机PLC101中数据且会存储一份数据在本地。数据监测与修复模块具体包含以下几个单元：数据同步与过滤单元401、自动对时单元402、数据帧异常统计与告警单元403、数据通讯侦测单元404、数据同步触发单元405、数据异常时间记录单元406。

所述的数据帧异常统计与告警单元403，负责统计SCADA系统高密度数据的丢失率，当该丢失率高于界限值时给出告警提示信息，通过调用数据异常时间记录单元记录的每条异常数据的时间戳同步触发数据同步与过滤单元进行异常数据的修复工作。所述的数据异常时间记录单元406，负责统计与存储每一条异常数据的时间戳，精确到秒。所述的数据同步与过滤单元401，主要负责调取数据异常时间记录单元记录的数据异常时间戳，通过时间戳来调取存储于本地数据采集单元数据完成数据的修复，该单元将修复的数据存储于SCADA服务器数据存储模块中。所述的数据通讯侦测单元404，主要负责监测SCADA系统网络通讯异常情况，监测到网络异常将同步触发数据异常时间记录时间单元进行记录，同时对风机通讯异常具体情况做区分。所述的数据同步触发单元405，主要负责在本地数据采集单元中数据存储被新数据覆盖前自动启动数据同步与过滤单元，进行数据自动修复。所述的自动对时单元402，主要负责当数据通讯侦测单元监测到通讯恢复后，自动触发此单元，保证服务器与其他设备的时间同步。

数据通讯侦测单元检测到SCADA服务器与本地数据采集单元通讯正常则触发数据帧异常统计与告警单元，数据帧异常统计与告警单元统计丢失率大于界限值时触发数据同步与过滤单元；当数据同步触发单元检测到最近的本地存储周期内数据同步与过滤单元无启动时触发该单元；当数据通讯侦测单元检测到SCADA服务器与本地数据采集单元通讯不正常则触发数据异常时间记录单元记录通讯异常当前时刻的时间戳，通讯恢复后触发自动对时单元和数据同步与过滤单元。

图3为本发明的方法实现流程图，根据附图做以下详细说明：

步骤1：SCADA系统将从PLC中采集的数据分别存储于本地数据采集单元102与SCADA服务器数据存储模块3中，本地数据采集单元数据存储周期可根据其本身的存储空间做具体调整；

步骤2：数据监测与修复模块中的数据通讯侦测单元实时监测本地数据采集单元与SCADA服务器之间的通讯情况，通讯正常则进入步骤3，通讯异常则进行步骤7；

以上所述数据通讯侦测单元还对通讯异常具体情况做区分，具体如下：通讯恢复后，假如本地数据采集单元内无数据存储且该风机的发电量与通讯断之前无变化，则说明通讯异常是风机停电导致，假如本地数据采集单元内有数据存储且发电量与通讯恢复前有差异，则说明只是本地数据采集单元与SCADA服务器之间的通讯发生了异常，是光纤或者交换机问题导致。

步骤3：在触摸屏与SCADA服务器通讯正常情况下，数据监测与修复模块的数据帧异常统计与告警单元负责统计数据异常的丢失率。

丢失率统计计算如下：丢失率为异常数据帧数量m/理想无丢失数据帧数量n，以下情况为异常数据帧：

a、缺失整个十分钟数据包文件x；

b、缺失行y；

c、错误行z（整行为零或者超出数据正常范围）。上述a中需要将数据包文件折算成行来统计，SCADA系统高分辨率数据是每十分钟打一个包，数据采集的频率为每秒采集一条数据，十分钟一个数据包则有600行数据，以上a、b、c三种情况需要按照对应数据行加起来为总的异常数据帧数量m，m=x*600+y+z, n为理想无丢失数据帧数量，SCADA系统高分辨率数据是每十分钟打一个包，一小时则有6个包，正常没有数据包丢失情况下，一天为24个小时则共有24*6=144个包，每秒采集一条数据，十分钟一个数据包则有600条数数据帧。一天正常不丢失数据包与数据帧情况下，则共有24*6*600=86400条数据帧，一天的数据丢失率r=m/n= (x*600+y+z)/86400；

步骤4：数据监测与修复模块的数据异常时间记录单元对上述步骤3中的每一条异常数据帧的时间戳进行存储，精确到秒；

步骤5：对数据监测与修复模块的数据帧异常统计与告警单元统计的数据异常丢失率做判定，丢失率大于界限值（可更改）时，在SCADA系统界面上显示告警信息，同时进入步骤6，否则进入步骤1；

步骤6：所述数据监测与修复模块的数据同步与过滤单元调取数据异常时间记录单元存储的时间戳查找本地触摸屏中存储到本地数据对SCADA系统服务器中丢失的数据进行补录，将补录后的数据存储到SCADA服务器数据存储模块中；同时，该单元还可以对步骤9中的无效数据进行过滤；

步骤7：所述数据数据监测与修复模块的数据通讯侦测单元监测到通讯异常后，同步触发数据异常时间记录单元记录通讯异常时间戳；

步骤8：数据通讯侦测单元监测到通讯恢复正常后，首先触发自动对时单元一键对时来保证整个系统时间精准；

步骤9：根据所述数据监测与修复模块的通讯侦测单元判定的通讯异常具体情况对通讯中断的这段时间数据进行同步或过滤，步骤7中判定的是由于风机停电导致通讯异常，需对这些无效数据过滤，进入步骤6对历史数据批量补零即可。判定的是由于光纤或者交换机问题导致，则需要进入步骤6对数据进行追溯。首先从数据异常时间记录单元中将需要追数据的开始时间戳调取过来，将此时间往前的历史数据做一个隔离，此时间往后的报表调取出来数据全部为空，且报出数据正在同步中的实时提示信息。新建一个数据缓冲区，将此时间往后追的数据先暂时存储在缓冲区，这样可以做到历史数据与数据缓冲区数据暂时隔离分开，由于数据同步是单独作为一个隔离分开的进程在操作，所以不影响原所有历史数据报表的调取，数据同步完之后，再将所有数据进行合并。假如有工程师在SCADA系统界面中输入追数据的这段时间的数据报表需求，界面中弹出数据同步追溯中提示信息来做提醒。

步骤10：所述数据监测与修复模块的数据同步触发单元监测到在最近的本地数据存储周期内数据同步与过滤单元无启动，系统自动进入步骤6，调取最近一个存储周期内的数据异常时间记录单元存储的时间戳对异常数据进行同步，防止本地数据被新数据覆盖后数据再也无法修复。

Claims (3)

1.一种风电场SCADA系统数据异常告警与修复系统，其特征在于，包括：

数据同步与过滤单元，用于调取数据异常时间记录单元记录的数据异常时间戳，通过时间戳来调取存储于本地数据采集单元的本地数据同步到服务器中完成数据的修复；

以及自动对时单元，用于数据通讯侦测单元检测到通讯恢复后，自动触发此单元，保证服务器与其他设备的时间同步；

以及数据帧异常统计与告警单元，用于统计SCADA系统数据帧异常的丢失率，当该丢失率高于界限值时给出告警提示信息，通过调用数据异常时间记录单元记录的每条异常数据的时间戳同步触发数据同步与过滤单元进行异常数据的修复工作；

以及数据通讯侦测单元，用于监测SCADA系统网络通讯异常情况，监测到网络异常将同步触发数据异常时间记录时间单元进行记录；

以及数据同步触发单元，用于检测最近的本地存储周期内数据同步与过滤单元无启动时触发该单元，进行数据自动修复或者过滤。

2.根据权利要求1所述的风电场SCADA系统数据异常告警与修复系统，其特征在于，

还包括数据异常时间记录单元，用于统计每一条异常数据的时间戳，精确到秒。

3.一种风电场SCADA系统数据异常告警与修复方法，包括以下步骤：

步骤1：SCADA系统将从PLC中采集的数据分别存储于本地数据采集单元与SCADA服务器数据存储模块中；

步骤2：数据通讯侦测单元实时监测本地数据采集单元与SCADA服务器之间的通讯情况，通讯正常则进入步骤3，通讯异常则进入步骤7；

步骤3：数据帧异常统计与告警单元负责统计数据异常的丢失率；

步骤4：数据异常时间记录单元对上述步骤3中的每一条异常数据帧的时间戳进行存储，精确到秒；

步骤5：数据帧异常统计与告警单元统计的数据异常丢失率做判定，丢失率大于界限值时，在SCADA系统界面上显示告警信息，同时进入步骤6，否则进入步骤1；

步骤6：数据同步与过滤单元调取存储的时间戳查找本地触摸屏中存储到本地数据对SCADA系统服务器中丢失的数据进行补录，将补录后的数据存储到SCADA服务器数据存储模块中；

步骤7：数据通讯侦测单元监测到通讯异常后，同步触发数据异常时间记录单元记录通讯异常时间戳；

步骤8：数据通讯侦测单元监测到通讯恢复正常后，首先触发自动对时单元一键对时来保证整个系统时间精准；

步骤9：通讯侦测单元判定的通讯异常具体情况对通讯中断的这段时间数据进行同步或过滤；

步骤10：数据同步触发单元监测到在最近的本地数据存储周期内数据同步与过滤单元无启动，系统自动进入步骤6。