CN111461915A - 一种光伏电厂运行实时信息管理系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
一种光伏电厂运行实时信息管理系统，包括：数据采集模块、大数据平台和实时信息处理模块；数据采集模块：用于连接光伏电厂运行设备，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；大数据平台：用于接收和存储数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；实时信息处理模块：用于基于大数据平台接收和存储的实时数据对光伏电厂的运行设备进行状态监测、在线分析、智能告警、趋势分析和离线统计分析。本发明提供的技术方案实现了种类繁多的光伏电厂设备和多层次硬件拓扑下产生的GB级实时数据流的实时数据采集、设备故障拓扑分析、故障智能溯源和故障处理智能告警功能。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种光伏电厂运行实时信息管理系统及管理方法。
背景技术
对比传统能源不断消耗减少以及带来的环境问题，光伏以其无枯竭危险、低污染、成本低廉等优势，成为发电的重要来源，近年来得到各国大力发展。
光伏发电厂涉及光伏板、支架、汇流箱、逆变器新兴设备以及线路、变压器、变电站等传统电力设备，从而使得一个中等及以上光伏电厂的运行设备数量巨大，所产生的运行数据也是海量的。如果要实现对光伏电厂所有关键发电设备数据的高时空分辨率全类型采样，需要信息管理系统提供TB级数据的高效存储和对复杂查询检索的秒级响应能力。同时，出于运营成本的考虑，光伏电厂业主对少人甚至无人值守的需求越来越强烈，这对在线运维管理的功能实现提出了新的要求，需要能实现对电厂全设备连续不断产生的GB级数据流的实时数据质量控制和在线聚合分析，为实时智能告警和智能分析提供支撑。而传统的电站实时信息管理系统重要采用基于单台PC的实时数据库实现简单的在线数据处理和事件告警服务，无法提供上述对GB级数据流的实时数据质量控制和在线聚合分析能力。传统的电站实时信息管理系统主要采用传统关系型数据库实现采样历史数据的存储，无法提供上述TB级数据的高效存储和对复杂查询检索的秒级响应能力。光伏电厂设备种类繁多，硬件拓扑层次较深，给在线故障排查、故障巡检带来了很大困难。对能够实现设备故障拓扑分析、故障智能溯源、故障处理建议的智能告警功能需求迫切，这些都是传统电厂信息管理系统无法提供的。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的信息管理问题，本发明提供一种光伏电厂运行实时信息管理系统及管理方法，能够光伏电厂所有关键发电设备数据的单设备级空间分辨率、1分钟级时间分辨率以及全设备类型采样，基于大数据技术实现了种类繁多的光伏电厂设备和多层次硬件拓扑下产生的GB级实时数据流的实时数据采集、设备故障拓扑分析、故障智能溯源和故障处理智能告警功能，能有效地对光伏电厂运行实时信息进行采集、存储和管理。
本发明提供的技术方案是：
一种光伏电厂运行实时信息管理系统，其特征在于，包括：数据采集模块、大数据平台和实时信息处理模块；
数据采集模块：用于连接光伏电厂运行设备，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台：用于接收和存储数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
实时信息处理模块：用于基于大数据平台接收和存储的实时数据对光伏电厂的运行设备进行状态监测、在线分析、智能告警、趋势分析和离线统计分析。
优选地，所述实时信息处理模块包括：状态监测单元、在线分析单元、智能告警单元、趋势分析单元、离线统计分析单元；
状态监测单元：用于对光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态进行监测,并在实时状态和历史状态超过限值时进行提醒；
在线分析单元：用于对实时接收的光伏电厂设备实时状态监测数据进行连续不断的处理和聚合分析；
智能告警单元：用于在光伏发电设备发生故障、异常事件时进行告警；
离线统计分析单元：用于根据设定的查询条件，定时离线从大数据平台的实时、历史数据中检索数据，以图、表形式展示查询结果；
趋势分析单元：用于从大数据平台中存储的实时、历史数据添加标签或描述以进行查询，还用于通过图、表形式生成实时和历史趋势。
优选地，所述在线分析单元包括：实时处理子单元和聚合分析子单元；
所述实时处理子单元：用于对数据跳变、数据缺失和数据越限的实时处理；
所述聚合分析子单元，用于对实时数据按照时间和空间维度进行在线聚合统计分析，并将结果实时推送给用户。
优选地，所述智能告警单元包括:异常告警子单元和告警处理子单元；
所述异常告警子单元，用于对设备故障、数据超限、线路故障、保护跳闸和通信异常进行告警；
所述告警处理子单元，用于对上下级设备关联告警、告警智能溯源以及告警处理建议。
优选地，所述大数据平台包括数据库，所述数据库用于对接收到的实时数据及历史数据通过分布式列式数据库进行存储。
优选地，所述数据采集模块包括采集单元、隔离单元和传输单元。
采集单元：用于连接光伏电厂运行设备，实时接收设备运行过程中的实时数据,采用UDP方式将所述实时数据发送到隔离模块；
隔离单元：用于采用UDP方式将从所述采集单元获取的实时数据发送到传输单元；
传输单元；用于采用TPC/IP协议将采集到的实时数据发送到大数据平台；
所述实时数据包括：光伏板数据、汇流箱数据、逆变器数据、线路数据、配变数据和环境数据。
优选地，所述隔离单元包括第一数据接口和第二数据接口；
所述第一数据接口连接所述采集单元，第二数据接口连接所述传输单元；
所述第一数据接口和第二数据接口均为单向隔离的数据接口。
优选地，所述光伏电厂运行设备包括：升压变压器、光伏逆变器、光伏汇流箱、光伏组件和气象监测站。
一种光伏电厂运行实时信息管理方法，所述方法包括：
基于连接光伏电厂运行设备的数据采集模块，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台接收和存储的数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
实时信息处理模块基于用户的业务需求，从所述大数据平台检索数据进行分析处理，得到分析处理结果。
优选地，所述方法还包括：
根据向实时信息处理模块发送的业务需求从大数据平台检索数据，进行分析处理，得到分析结果，并进行展示。
优先地，所述大数据平台中的数据采集模块采用TCP/IP协议建立连接向所述大数据平台实时传送光伏电厂设备运行中的实时数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案适应了光伏发电领域管控的新需求，基于大数据技术实现了种类繁多的光伏电厂设备和多层次硬件拓扑下产生的GB级实时数据流采集、设备故障拓扑分析、故障智能溯源和故障处理智能告警功能，能有效地对光伏电厂运行实时信息进行采集、存储和管理。
本发明提供的技术方案实现了对电厂全设备连续不断产生的GB级数据流的实时数据质量控制和在线聚合分析，能够对TB级数据进行高效存储，对复杂查询检索实现了秒级响应。
本发明提供的技术方案易于操作，对硬件要求低，实施简单，适应性强。
附图说明
图1为本发明光伏电厂运行实时信息管理系统的结构示意图；
图2为本发明光伏电厂运行实时信息管理方法示意图；
图3为本发明光伏电厂运行实时信息管理方法的实施流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
一种光伏电厂运行实时信息管理系统，如图1所示，包括：数据采集模块、大数据平台和实时信息处理模块；
数据采集模块：用于连接光伏电厂运行设备，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台：用于接收和存储数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
实时信息处理模块：用于基于大数据平台接收和存储的实时数据对光伏电厂的运行设备进行状态监测、在线分析、智能告警、趋势分析和离线统计分析。
具体地，所述实时信息处理模块包括：状态监测单元、在线分析单元、智能告警单元、趋势分析单元、离线统计分析单元；
状态监测单元：用于对光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态进行监测,并在实时状态和历史状态超过限值时进行提醒；
在线分析单元：用于对实时接收的光伏电厂设备实时状态监测数据进行连续不断的处理和聚合分析；
智能告警单元：用于在光伏发电设备发生故障、异常事件时进行告警；
离线统计分析单元：用于根据设定的查询条件，定时离线从大数据平台的实时、历史数据中检索数据，以图、表形式展示查询结果；
趋势分析单元：用于从大数据平台中存储的实时、历史数据添加标签或描述以进行查询，还用于通过图、表形式生成实时和历史趋势；
离线统计分析单元：用于根据接收到的查询条件生成查询字符串，并从大数据平台的实时、历史数据中检索数据，以图、表形式展现各类查询和统计结果。
具体地，所述在线分析单元包括：实时处理子单元和聚合分析子单元；
所述实时处理子单元：用于对数据跳变、数据缺失和数据越限的实时处理；所述聚合分析子单元，用于对实时数据按照时间和空间维度进行在线聚合统计分析，并将结果实时推送给用户。
具体地，所述智能告警单元包括:异常告警子单元和告警处理子单元；
所述异常告警子单元，用于对设备故障、数据超限、线路故障、保护跳闸和通信异常进行告警；
所述告警处理子单元，用于对上下级设备关联告警、告警智能溯源以及告警处理建议。
具体地，所述大数据平台包括数据库，所述数据库用于对接收到的实时数据及历史数据通过分布式列式数据库进行存储。
具体地，所述数据采集模块包括采集单元、隔离单元、传输单元。
采集单元：用于连接光伏电厂运行设备，实时接收设备运行过程中的实时数据,采用UDP方式将所述实时数据发送到隔离模块；
隔离单元：用于采用UDP方式将从所述采集单元获取的实时数据发送到传输单元；
传输单元；用于采用TPC/IP协议将采集到的实时数据发送到大数据平台。
所述实时数据包括：光伏板数据、汇流箱数据、逆变器数据、线路数据、配变数据和环境数据。
具体地，所述隔离单元包括第一数据接口和第二数据接口；
所述第一数据接口连接所述采集单元，第二数据接口连接所述传输单元；
所述第一数据接口和第二数据接口均为单向隔离的数据接口。
优选地，所述光伏电厂运行设备包括：升压变压器、光伏逆变器、光伏汇流箱、光伏组件和气象监测站。
实施例2：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种光伏电厂运行实时信息管理方法，如图2所示，所述方法包括：
步骤1：基于连接光伏电厂运行设备的数据采集模块，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
步骤2：大数据平台接收和存储的数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
步骤3：实时信息处理模块基于用户的业务需求，从所述大数据平台检索数据进行分析处理，得到分析处理结果。
具体地，所述方法还包括：根据向实时信息处理模块发送的业务需求从大数据平台检索数据，进行分析处理，得到分析结果，并进行展示。
具体地，对分析处理结果的展示包括：
用户登录实时信息处理模块；
所述用户向实时信息处理模块发送业务需求；
根据所述业务需求所述信息处理模块从大数据平台检索数据，进行分析处理，得到分析结果；
所述实时信息处理模块向用户展示所述分析结果。
具体地，所述大数据平台中的数据数据采集模块采用TCP/IP协议建立连接向所述大数据平台实时传送光伏电厂设备运行中的实时数据。
实施例3：
下面通过具体的实施流程对本发明提供的技术方案进行详细说明。
本发明提供的光伏电厂运行实时信息管理系统包括：数据采集模块、大数据平台和实时信息处理模块；
数据采集模块包括：采集单元、隔离单元、传输单元。
采集单元连接光伏电厂运行设备，通过标准协议实时接收设备运行过程中的实时数据,并采用UDP方式发送到隔离单元。
隔离单元设有两个单向隔离的数据接口，分别连接所述采集单元和传输单元,将从所述采集单元获取采集到的实时数据采用UDP方式发送到传输单元。
所述实时数据包括：光伏板数据、汇流箱数据、逆变器数据、线路数据、配变数据和环境数据。
传输单元连接所述隔离单元并连接大数据平台,以采用TPC/IP协议将采集到的实时数据发送到大数据平台的Storm或Spark Streaming流处理框架。
所述大数据平台对接收到的实时数据及历史数据通过分布式列式数据库Hbase或Cassandra进行存储，实现对光伏电厂所有关键发电设备数据的单设备级空间分辨率、1分钟级时间分辨率以及全设备类型采样，提供TB级数据的高效存储和对复杂查询检索的秒级响应能力。
实时信息处理模块包括:状态监测单元、在线分析单元、事件报警单元、趋势分析单元、统计分析单元。
其中，状态监测单元用于根据大数据平台存储的实时和历史数据进行分析，对光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态进行监测,并在实时状态和历史状态超过限值时进行提醒；其中所述监测包括设备状态监测，发电量监测，光照强度监测，转化效率监测，节点电压和电流监测。
在线分析单元用于对实时接收的光伏电厂设备实时状态监测数据进行连续不断的处理、聚合分析。
智能告警单元用于对事件和故障跟踪和管理,以在光伏发电设备发生故障、异常事件时进行告警；其中所述告警包括:设备故障、数据超限、线路故障、保护跳闸和通信异常；所述智能是指通过大数据机器学习框架Spark MLLib分析设备物理拓扑、历史运行数据以及历史告警数据，通过决策树、关联规则、聚类分类等算法实现上下级设备关联告警、告警智能溯源以及告警处理建议功能。
趋势分析单元用于从大数据平台中存储的实时、历史数据添加标注，通过大数据机器学习框架Spark MLLib利用时间序列分析、SVM预测算法实现数据未来变化趋势的预测；通过图、表形式生成实时和历史趋势。
离线统计分析单元用于根据接收到的查询条件，生成查询字符串,并定时离线从大数据平台的实时、历史数据中检索数据生成统计结果数据，以图、表形式展现各类查询、统计结果。
本发明提供的光伏电厂运行实时信息管理方法实施流程，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：基于连接光伏电厂运行设备的数据采集模块，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
步骤2：大数据平台接收和存储的数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
步骤3：实时信息处理模块基于用户的业务需求，从所述大数据平台检索数据进行分析处理，得到分析处理结果。
步骤1：基于连接光伏电厂运行设备的数据采集模块，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台与数据采集模块采用TCP/IP协议建立连接；数据采集模块与光伏电厂运行设备建立连接。
数据采集将光伏电厂运行设备的参数发送到大数据平台进行在线分析与存储；
步骤2：大数据平台接收和存储的数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
步骤3：实时信息处理模块基于用户的业务需求，从所述大数据平台检索数据进行分析处理，得到分析处理结果。
用户登录实时信息处理模块；
所述用户向实时信息处理模块发送业务需求；
根据所述业务需求所述信息处理模块从大数据平台检索数据，进行分析处理，得到分析结果；
所述实时信息处理模块向用户展示所述分析结果。
光伏电厂运行实时信息系统根据大数据平台存储的实时和历史数据进行状态监测、在线分析、智能告警、趋势分析、离线统计分析。
其中所述状态监测包括:根据大数据平台存储的实时和历史数据进行分析，对光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态进行监测，并在实时状态和历史状态超过限值时进行提醒；其中所述监测包括设备状态监测，发电量监测，光照强度监测，转化效率监测，节点电压和电流监测。
其中所述状态监测中光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态监测包括设备状态监测，发电量监测，光照强度监测，转化效率监测，节点电压和电流监测。
其中所述智能告警包括:对事件和故障跟踪和管理,以在光伏发电设备发生故障、异常事件时进行告警；其中所述告警括:设备故障、数据超限、线路故障、保护跳闸和通信异常；
其中在线分析包括：对设备在线数据进行实时的连续不断的质量控制和聚合分析；
其中趋势分析包括:从大数据平台中存储的实时、历史数据添加标注，通过大数据机器学习框架实现数据未来变化趋势的预测；通过图、表形式生成实时和历史趋势；
其中离线统计分析包括:根据接收到的查询条件，生成查询字符串,并定时离线从大数据平台的实时、历史数据中检索数据生成统计结果数据，以图、表形式展现各类查询、统计结果。
上述实施例说明，本发明提供的技术方案基于大数据技术能有效地对光伏电厂运行实时信息进行采集、存储和管理。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种光伏电厂运行实时信息管理系统，其特征在于，包括：数据采集模块、大数据平台和实时信息处理模块；
数据采集模块：用于连接光伏电厂运行设备，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台：用于接收和存储数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
实时信息处理模块：用于基于大数据平台接收和存储的实时数据对光伏电厂的运行设备进行状态监测、在线分析、智能告警、趋势分析和离线统计分析。
2.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述实时信息处理模块包括：状态监测单元、在线分析单元、智能告警单元、趋势分析单元和离线统计分析单元；
状态监测单元：用于对光伏电厂运行设备的实时状态和历史状态进行监测,并在实时状态和历史状态超过限值时进行提醒；
在线分析单元：用于对实时接收的光伏电厂设备实时状态监测数据进行连续不断的处理和聚合分析；
智能告警单元：用于在光伏发电设备发生故障、异常事件时进行告警；
趋势分析单元：用于从大数据平台中存储的实时、历史数据添加标签或描述以进行查询，还用于通过图、表形式生成实时和历史趋势；
离线统计分析单元：用于根据设定的查询条件，定时离线从大数据平台的实时、历史数据中检索数据，以图、表形式展示查询结果。
3.如权利要求2所述的管理系统，其特征在于，所述在线分析单元包括：实时处理子单元和聚合分析子单元；
所述实时处理子单元：用于对数据跳变、数据缺失和数据越限的实时处理；
所述聚合分析子单元，用于对实时数据按照时间和空间维度进行在线聚合统计分析，并将结果实时推送给用户。
4.如权利要求2的管理系统，其特征在于，所述智能告警单元包括:异常告警子单元和告警处理子单元；
所述异常告警子单元，用于对设备故障、数据超限、线路故障、保护跳闸和通信异常进行告警；
所述告警处理子单元，用于对上下级设备关联告警、告警智能溯源以及告警处理建议。
5.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述大数据平台包括数据库，所述数据库用于对接收到的实时数据及历史数据通过分布式列式数据库进行存储。
6.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述数据采集模块包括采集单元、隔离单元和传输单元。
采集单元：用于连接光伏电厂运行设备，实时接收设备运行过程中的实时数据,采用UDP方式将所述实时数据发送到隔离模块；
隔离单元：用于采用UDP方式将从所述采集单元获取的实时数据发送到传输单元；
传输单元；用于采用TPC/IP协议将采集到的实时数据发送到大数据平台；
所述实时数据包括：光伏板数据、汇流箱数据、逆变器数据、线路数据、配变数据和环境数据。
7.如权利要求5所述的管理系统，其特征在于，所述隔离单元包括第一数据接口和第二数据接口；
所述第一数据接口连接所述采集单元，第二数据接口连接所述传输单元；
所述第一数据接口和第二数据接口均为单向隔离的数据接口。
8.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述光伏电厂运行设备包括：升压变压器、光伏逆变器、光伏汇流箱、光伏组件和气象监测站。
9.一种光伏电厂运行实时信息管理方法，其特征在于，所述方法包括：
基于连接光伏电厂运行设备的数据采集模块，实时采集所述设备运行过程中的实时数据，并将所述实时数据发送至大数据平台；
大数据平台接收和存储的数据采集模块发送的光伏电厂运行设备的实时数据；
实时信息处理模块基于用户的业务需求，从所述大数据平台检索数据进行分析处理，得到分析处理结果。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，
根据向实时信息处理模块发送的业务需求从大数据平台检索数据，进行分析处理，得到分析结果，并进行展示。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述大数据平台中的数据采集模块采用TCP/IP协议建立连接向所述大数据平台实时传送光伏电厂设备运行中的实时数据。
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