CN111614626B - 一种数据采集系统和数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据采集系统和数据采集方法，属于新能源发电站的技术领域，其包括设置于不同电站内的多个站端侧采集设备和设置于电站外的中心端数据汇集设备；站端侧采集设备均包括数据汇聚服务器、正向网闸、反向网闸、数据传输服务器、交换机和防火墙；数据汇聚服务器设置于电站内的控制区，正向网闸设置于电站的控制区和非控制区之间，数据传输服务器设置于电站内的非控制区，反向网闸设置于电站的控制区和非控制区之间，中心端数据汇集设备包括中心数据服务器，本发明具有可实现多跨安全区的数据采集的效果。

Description

一种数据采集系统和数据采集方法
技术领域
本发明涉及新能源发电站的技术领域，尤其是涉及一种数据采集系统和数据采集方法。
背景技术
目前新能源产业近些年发展迅速，其生产方式决定了新能源电站存在以下特点：设备众多，新能源场站由几十甚至上百台发电设备和若干组输变电设备组成，设备之间采用的通讯方式复杂；设备分布广泛，新能源发电设备往往分布在位置偏僻，远离市区的地区，分布范围可达几十甚至上百公里。由于新能源电力生产自身的特点，针对新能源场站的数据采集面临的问题也非常突出，采集通讯协议复杂，由于设备数量类型众多，通讯方式众多，使的多方、多协议兼容成为数据采集必须要解决的问题。
现有技术可参考授权公告号为CN103953502B的中国发明专利，其公开了一种风力发电机组数据采集系统，其包括数据采集通讯系统、断面数据库系统及历史数据库系统，该数据采集通讯系统包括数据采集模块，数据采集模块通过通讯模块与风力发电机组主控PLC连接和通讯，该数据采集通讯系统与上层应用系统相互连接。该采集系统具有实时性提高，各个系统独立运行；平台扩展性强、系统效率提高；互操作便捷；实现方便，提高了这个系统平台的安全性四方面的优点。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：无法完成多安全区数据采集，因为在设计中没有考虑正向隔离的问题，只能在同一个安全区内完成数据采集和转发。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据采集系统，具有可实现多跨安全区的数据采集的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种数据采集系统，包括设置于不同电站内的多个站端侧采集设备和设置于电站外的中心端数据汇集设备；
站端侧采集设备均包括数据汇聚服务器、正向网闸、反向网闸、数据传输服务器、交换机和防火墙；
所述数据汇聚服务器设置于电站内的控制区，数据汇聚服务器连接有设置于电站内控制区的数据采集设备并接受数据采集设备采集的数据，将接收的数据转化为TCP方式的数据流并发送给正向网闸；
所述正向网闸设置于电站的控制区和非控制区之间，正向网闸接收到TCP数据流后将TCP数据流传输给数据传输服务器；
所述数据传输服务器设置于电站内的非控制区，数据传输服务器接收TCP数据流后对TCP数据流进行处理，将处理后的TCP数据流发送给交换机；
所述交换机接收到TCP数据流后将TCP数据流经过防火墙发送给中心端数据汇集设备；
所述反向网闸设置于电站的控制区和非控制区之间，反向网闸接收数据传输服务器输出的信息并将信息发送给数据汇聚服务器；
中心端数据汇集设备包括中心数据服务器，中心数据服务器接收站端侧采集设备发送的TCP信息流。
通过采用上述方案，本系统可实现电站信息的多跨安全区的数据采集和传输，能够将多处电站内的设备或多个电站的信息发送给一个中心端数据汇集设备，因为设置了正向网闸用于正向隔离，保证了信息在由电站的控制区传输至非控制区的稳定性。反向网闸用于用户在电站控制区外控制电站内的设备。
本发明进一步设置为：数据汇聚服务器设置有数据采集模块，所述数据采集模块包括配置管理单元、协议选择单元和数据缓存单元；
所述配置管理单元接收反向网闸输出的信息，并根据信息调节数据采集设备的配置；
所述协议选择单元存储有多种协议信息，协议选择单元接收外界输入的信息，并根据信息选择数据汇聚服务器使用的协议信息；
所述数据缓存单元设置有本地缓存池，每当数据汇聚服务器接受到信息时，将信息暂存于本地缓存池内，并对信息标注ID和时间，数据汇聚服务器输出信息时，将信息从本地缓存池中取出并进行发送。
通过采用上述方案，配置管理单元能够为用户提供在电站的非控制区对数据采集设备的配置进行调节的功能。协议选择单元存储有多种协议信息，用户通过对协议信息进行选择即可使本系统兼容电站内设备的协议。数据缓存单元为数据汇聚服务器提供数据缓存功能，避免数据传输过程中意外中断导致数据出现错误的情况发生，保证输入数据库的生产过程信息的连续性和完整性。
本发明进一步设置为：数据传输服务器设置有数据传输模块，所述数据传输模块包括数据压缩单元和数据加密单元；
所述数据压缩单元对数据传输服务器接收的TCP信息流采用无损压缩算法进行压缩；
所述数据加密单元对数据传输服务器接收的TCP数据流进行实时加密，并将加密算法发送给中心数据服务器。
通过采用上述方案，数据传输服务器能够对TCP数据流进行压缩和加密，压缩采用了无损压缩算法，兼顾带宽和CPU占用率，加密的同时能够将加密算法发送给中心数据服务器，保证数据传输安全性和中心数据服务器对数据流的解密速度。
本发明进一步设置为：数据压缩单元接收外界输入的信息并根据信息对压缩算法进行配置修改。
通过采用上述方案，用户可直接在运行时对数据传输服务器的数据压缩方法进行配置修改，不影响其它节点的后续程序。
本发明进一步设置为：数据传输模块还包括断点续传单元，所述断点续传单元在数据传输服务器接收的TCP信息流时对TCP信息流进行缓存，当数据传输服务器发送信息流传输中断时，将缓存的TCP信息流存储至本地服务器；当数据传输服务器重新开始传输时，将存储的TCP信息流加载至缓存队列内。
通过采用上述方案，断点续传主要保证在数据传输过程中出现异常导致输出传输中断后，再次续传时能够使数据传输链完整，上述方案即避免所有数据写入磁盘的低效方式，又可不受内存大小限制。
本发明进一步设置为：数据传输模块还包括设备状态监测单元和数据质量监测单元；
所述设备状态监测单元实时采集数据传输服务器的设备状态信息，设备状态监测单元根据采集的信息生成日志，设备状态监测单元将采集的信息与预设范围进行对比，当采集的信息超过预设范围则将报警信息写入日志内，设备状态监测单元将日志与TCP数据流一同发送；
所述数据质量监测单元实时监测各传输节点通讯状态，当节点通讯状态发生异常时生成报警信息，并将报警信息传输给设备状态监测单元，设备状态监测单元将报警信息写入日志中。
通过采用上述方案，能够通过对数据传输服务器进行监控来对数据传输过程进行监控，保证当数据传输出现问题时能够及时发现和定位。
本发明的目的是提供一种数据采集方法，具有可实现多跨安全区的数据采集的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种数据采集方法，包括以下步骤：
一、数据采集设备实时采集电站数据并将数据发送给数据汇聚服务器；
二、数据汇聚服务器将接受到的数据转化为TCP数据流并发送给正向网闸；
三、正向网闸将TCP数据流由正向网闸的内网端口按照预设的通讯策略发送至外网端口，最终由外网端口发送给数据传输服务器；
四、数据传输服务器将接收到的TCP数据流进行压缩和加密处理，然后通过交换机和防火墙发送给中心端数据汇集设备。
通过采用上述方案，本方法可实现电站信息的多跨安全区的数据采集和传输，能够将多处电站内的设备或多个电站的信息发送给一个中心端数据汇集设备，因为设置了正向网闸用于正向隔离，保证了信息在由电站的控制区传输至非控制区的稳定性。
本发明进一步设置为：还包括以下步骤：
五、数据传输服务器对自身进行实时状态采集，并根据采集的状态信息判断是否出现故障，将状态信息和故障信息编辑成日志与TCP数据流一同进行发送。
通过采用上述方案，通过对数据传输服务器进行监控来对数据传输过程进行监控，保证当数据传输出现问题时能够及时发现和定位。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 配置管理单元能够为用户提供在电站的非控制区对数据采集设备的配置进行调节的功能。协议选择单元存储有多种协议信息，用户通过对协议信息进行选择即可使本系统兼容电站内设备的协议。数据缓存单元为数据汇聚服务器提供数据缓存功能，避免数据传输过程中意外中断导致数据出现错误的情况发生，保证输入数据库的生产过程信息的连续性和完整性；
2. 配置管理单元能够为用户提供在电站的非控制区对数据采集设备的配置进行调节的功能。协议选择单元存储有多种协议信息，用户通过对协议信息进行选择即可使本系统兼容电站内设备的协议。数据缓存单元为数据汇聚服务器提供数据缓存功能，避免数据传输过程中意外中断导致数据出现错误的情况发生，保证输入数据库的生产过程信息的连续性和完整性；
3. 数据传输服务器能够对TCP数据流进行压缩和加密，压缩采用了无损压缩算法，兼顾带宽和CPU占用率，加密的同时能够将加密算法发送给中心数据服务器，保证数据传输安全性和中心数据服务器对数据流的解密速度；
4. 能够通过对数据传输服务器进行监控来对数据传输过程进行监控，保证当数据传输出现问题时能够及时发现和定位。
附图说明
图1是实施例一的整体系统示意图；
图2是实施例一中突出数据采集模块的模块框图；
图3是实施例一中突出数据传输模块的模块框图。
图中，1、站端侧采集设备；11、数据汇聚服务器；111、数据采集设备；12、正向网闸；13、反向网闸；14、数据传输服务器；15、交换机；16、防火墙；2、中心端数据汇集设备；21、中心数据服务器；3、数据采集模块；31、配置管理单元；32、协议选择单元；33、数据缓存单元；4、数据传输模块 ；41、数据压缩单元；42、数据加密单元；43、断点续传单元；44、设备状态监测单元；45、数据质量监测单元。
具体实施方式
实施例一：一种数据采集系统，如图1所示，包括设置于不同电站内的多个站端侧采集设备1和设置于电站外的中心端数据汇集设备2。站端侧采集设备1均包括数据汇聚服务器11、正向网闸12、反向网闸13、数据传输服务器14、交换机15和防火墙16。中心端数据汇集设备2包括中心数据服务器21。正向网闸12可选用南瑞Syskeeper2000系列(正向)。反向网闸13可选用南瑞Syskeeper2000系列(反向)。交换机15需与正向网闸12和反向网闸13匹配。防火墙16需具备IPSec、SSLVPN拨号功能。
如图1所示，数据汇聚服务器11设置于电站内的控制区。数据汇聚服务器11连接有设置于电站内控制区的数据采集设备111，数据采集设备111包括但不限于测风塔、电能计量装置、升压站监控系统、振动监测系统、功率预测系统、光伏电站逆变器、风机SCADA等，能够实现风电场风电机组数据、升压站数据、测风塔数据、功率预测数据、电能表数据等全量数据传输。数据汇聚服务器11按照预设的周期接受数据采集设备111采集的数据，将接收的数据转化为TCP方式的数据流并发送给正向网闸12。
如图1所示，正向网闸12设置于电站的控制区和非控制区之间，正向网闸12的内网端口接收到TCP数据流后将TCP数据流传输给外网端口，最终由外网端口传输给数据传输服务器14。反向网闸13设置于电站的控制区和非控制区之间，反向网闸13接收数据传输服务器14输出的信息并将信息发送给数据汇聚服务器11。
如图1所示，数据传输服务器14设置于电站内的非控制区，数据传输服务器14接收TCP数据流后对TCP数据流进行压缩和加密处理，将处理后的TCP数据流发送给交换机15。交换机15接收到TCP数据流后将TCP数据流经过防火墙16发送给中心数据服务器21。
如图1所示，中心数据服务器21接收所有站端侧采集设备1发送的TCP信息流。本系统可实现电站信息的多跨安全区的数据采集和传输，能够将多处电站内的设备或多个电站的信息发送给一个中心端数据汇集设备2，因为设置了正向网闸12用于正向隔离，保证了信息在由电站的控制区传输至非控制区的稳定性。反向网闸13用于用户在电站控制区外控制电站内的设备。
如图1和图2所示，数据汇聚服务器11设置有数据采集模块3。数据采集模块3包括配置管理单元31、协议选择单元32和数据缓存单元33。配置管理单元31接收反向网闸13输出的信息，并根据信息调节数据采集设备111的配置。配置管理单元31能够为用户提供在电站的非控制区对数据采集设备111的配置进行调节的功能。协议选择单元32存储有ModbusTcp、ModusRTU、IEC101、IEC104、OPC、OPC-XML、OPC-UA、FTP、SFTP以及设备厂家私有协议（如PVI、ADS等）和Resful接口，协议选择单元32接收外界输入的信息，并根据信息选择数据汇聚服务器11使用的协议信息。用户通过对协议信息进行选择即可使本系统兼容电站内设备的协议。数据缓存单元33设置有本地缓存池。每当数据汇聚服务器11接受到信息时，将信息暂存于本地缓存池内，并对信息标注ID和时间，数据汇聚服务器11输出信息时，将信息从本地缓存池中取出并进行发送。数据缓存单元33为数据汇聚服务器11提供数据缓存功能，避免数据传输过程中意外中断导致数据出现错误的情况发生，保证输入数据库的生产过程信息的连续性和完整性。
如图1和图3所示，数据传输服务器14设置有数据传输模块。数据传输模块包括数据压缩单元41、数据加密单元42、断点续传单元43、设备状态监测单元44和数据质量监测单元45。
如图3所示，数据压缩单元41对数据传输服务器14接收的TCP信息流采用无损压缩算法进行压缩，保证在现有带宽的前提下风电场全量数据的上送，同时采用7Zlip、GZip等相关的开源压缩库，兼顾带宽和CPU占用率。数据压缩单元41接收外界输入的信息并根据信息对压缩算法进行配置修改。用户可直接在运行时对数据传输服务器14的数据压缩方法进行配置修改，可以在运行时动态切换压缩算法，或者关闭压缩功能，不影响其它节点的后续程序。同时可以在界面实时显示压缩率等指标。
如图3所示，数据加密单元42对数据传输服务器14接收的TCP数据流进行实时加密，并将加密算法发送给中心数据服务器21。数据加密单元42采用数据加密和网络通道安全认证的组合方式，确保数据安全。
如图3所示，断点续传单元43在数据传输服务器14接收的TCP信息流时对TCP信息流进行缓存。当数据传输服务器14发送信息流传输中断时，将缓存的TCP信息流存储至本地服务器。当数据传输服务器14重新开始传输时，将存储的TCP信息流加载至缓存队列内。断点续传主要保证在数据传输过程中出现异常导致输出传输中断后，再次续传时能够使数据传输链完整，上述方案即避免所有数据写入磁盘的低效方式，又可不受内存大小限制。
如图3所示，设备状态监测单元44实时采集数据传输服务器14的设备状态信息，设备状态监测单元44根据采集的信息生成日志。设备状态监测单元44将采集的信息与预设范围进行对比，当采集的信息超过预设范围则将报警信息写入日志内。设备状态监测单元44将日志与TCP数据流一同发送。数据质量监测单元45实时监测各传输节点通讯状态。当节点通讯状态发生异常时生成报警信息，并将报警信息传输给设备状态监测单元44，设备状态监测单元44将报警信息写入日志中。系统能够通过对数据传输服务器14进行监控来对数据传输过程进行监控，保证当数据传输出现问题时能够及时发现和定位。
系统具备数据发布功能模块，模块采用数据传输协议与传输平台分离的方式，从而实现数据采集驱动的插件化部署。
实施例二：一种数据采集方法，具体步骤如下：
第一步、数据采集设备111实时采集电站数据并将数据发送给数据汇聚服务器11。
第二步、数据汇聚服务器11将接受到的数据转化为TCP数据流并发送给正向网闸12。
第三步、正向网闸12将TCP数据流由正向网闸12的内网端口按照预设的通讯策略发送至外网端口，最终由外网端口发送给数据传输服务器14。
第四步、数据传输服务器14将接收到的TCP数据流进行压缩和加密处理，然后通过交换机15和防火墙16发送给中心端数据汇集设备2。
第五步、数据传输服务器14对自身进行实时状态采集，并根据采集的状态信息判断是否出现故障，将状态信息和故障信息编辑成日志与TCP数据流一同进行发送。
本方法可实现电站信息的多跨安全区的数据采集和传输，能够将多处电站内的设备或多个电站的信息发送给一个中心端数据汇集设备2，因为设置了正向网闸12用于正向隔离，保证了信息在由电站的控制区传输至非控制区的稳定性。同时通过对数据传输服务器14进行监控来对数据传输过程进行监控，保证当数据传输出现问题时能够及时发现和定位。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种数据采集系统，其特征在于：包括设置于不同电站内的多个站端侧采集设备(1)和设置于电站外的中心端数据汇集设备(2)；
站端侧采集设备(1)均包括数据汇聚服务器(11)、正向网闸(12)、反向网闸(13)、数据传输服务器(14)、交换机(15)和防火墙(16)；
所述数据汇聚服务器(11)设置于电站内的控制区，用于实现风电场风电机组数据、升压站数据、测风塔数据、功率预测数据、电能表数据全量数据传输；数据汇聚服务器(11)连接有设置于电站内控制区的数据采集设备(111)并接受数据采集设备(111)采集的数据，将接收的数据转化为TCP方式的数据流并发送给正向网闸(12)；
所述正向网闸(12)设置于电站的控制区和非控制区之间，正向网闸(12)接收到TCP数据流后将TCP数据流传输给数据传输服务器(14)；
所述数据传输服务器(14)设置于电站内的非控制区，数据传输服务器(14)接收TCP数据流后对TCP数据流进行处理，将处理后的TCP数据流发送给交换机(15)；
所述交换机(15)接收到TCP数据流后将TCP数据流经过防火墙(16)发送给中心端数据汇集设备(2)；
所述反向网闸(13)设置于电站的控制区和非控制区之间，反向网闸(13)接收数据传输服务器(14)输出的信息并将信息发送给数据汇聚服务器(11)；
中心端数据汇集设备(2)包括中心数据服务器(21)，中心数据服务器(21)接收站端侧采集设备(1)发送的TCP信息流；
数据汇聚服务器(11)设置有数据采集模块(3)，所述数据采集模块(3)包括配置管理单元(31)、协议选择单元(32)和数据缓存单元(33)；
所述配置管理单元(31)接收反向网闸(13)输出的信息，并根据信息调节数据采集设备(111)的配置；
所述协议选择单元(32)存储有多种协议信息，协议选择单元(32)接收外界输入的信息，并根据信息选择数据汇聚服务器(11)使用的协议信息；
所述数据缓存单元(33)设置有本地缓存池，每当数据汇聚服务器(11)接受到信息时，将信息暂存于本地缓存池内，并对信息标注ID和时间，数据汇聚服务器(11)输出信息时，将信息从本地缓存池中取出并进行发送；
数据传输服务器(14)设置有数据传输模块(4)，所述数据传输模块(4)包括数据压缩单元(41)和数据加密单元(42)；
所述数据压缩单元(41)对数据传输服务器(14)接收的TCP信息流采用无损压缩算法进行压缩；
所述数据加密单元(42)对数据传输服务器(14)接收的TCP数据流进行实时加密，并将加密算法发送给中心数据服务器(21)；
数据压缩单元(41)接收外界输入的信息并根据信息对压缩算法进行配置修改；
数据传输模块(4)还包括断点续传单元(43)，所述断点续传单元(43)在数据传输服务器(14)接收的TCP信息流时对TCP信息流进行缓存，当数据传输服务器(14)发送信息流传输中断时，将缓存的TCP信息流存储至本地服务器；当数据传输服务器(14)重新开始传输时，将存储的TCP信息流加载至缓存队列内；
数据传输模块(4)还包括设备状态监测单元(44)和数据质量监测单元(45)；
所述设备状态监测单元(44)实时采集数据传输服务器(14)的设备状态信息，设备状态监测单元(44)根据采集的信息生成日志，设备状态监测单元(44)将采集的信息与预设范围进行对比，当采集的信息超过预设范围则将报警信息写入日志内，设备状态监测单元(44)将日志与TCP数据流一同发送；
所述数据质量监测单元(45)实时监测各传输节点通讯状态，当节点通讯状态发生异常时生成报警信息，并将报警信息传输给设备状态监测单元(44)，设备状态监测单元(44)将报警信息写入日志中。
2.一种数据采集方法，应用于如权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，包括以下步骤：
一、数据采集设备(111)实时采集电站数据并将数据发送给数据汇聚服务器(11)，所述电站数据包括电场风电机组数据、升压站数据、测风塔数据、功率预测数据、电能表数据；
二、数据汇聚服务器(11)将接受到的数据转化为TCP数据流并发送给正向网闸(12)；
三、正向网闸(12)将TCP数据流由正向网闸(12)的内网端口按照预设的通讯策略发送至外网端口，最终由外网端口发送给数据传输服务器(14)；
四、数据传输服务器(14)将接收到的TCP数据流进行压缩和加密处理，然后通过交换机(15)和防火墙(16)发送给中心端数据汇集设备(2)。
3.根据权利要求2所述的一种数据采集方法，其特征在于，还包括以下步骤：
五、数据传输服务器(14)对自身进行实时状态采集，并根据采集的状态信息判断是否出现故障，将状态信息和故障信息编辑成日志与TCP数据流一同进行发送。
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