CN112559502A - 一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电领域，具体提出一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统。所述系统包括依次与时序数据库平台相连的通讯模块、数据诊断模块、数据治理模块、数据统计模块、数据展示模块；所述系统与测风塔、综自系统、能量管理平台进行数据交互。该系统可对风电场内大量测风数据、实发功率数据、风机实测功率、风速等结果进行数据的采集、诊断、压缩、存储、查询等，本发明在数据存取的速率上有很大的提高，保证数据传输与数据治理的实时性。

Description

一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统

技术领域

本发明属于新能源风力发电领域，特别是涉及到一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统。

背景技术

随着风电场管理向精细化、智能化方向发展，建立基于实时信息的新能源发电实时信息管控模式，日趋迫切迫在眉睫，风电场综自数据、测风塔数据、能量管理平台单机数据大都存在以下数据质量问题：

1)实时采集的数据量庞大、数据种类较多；

2)原始数据含有缺失、错误、重复等各类数据问题；

3)基础数据管理中存在停机检修、故障、错数、漏数等低质量数据。

因此在风电场管理中数据治理是很重要的流程之一。

当前的风电场数据治理还是基于B/S架构实现，直接通过历史数据库进行数据交互，缺乏一个高效快速的数据治理平台，只能针对风电场历史数据的质量进行评估，难以实现数据的实时诊断治理。

目前对于时序数据库的应用技术越来越广泛，其对数据和事物都有定时特性或定时限制，能够实现海量数据的采集存储查询统计等。如何能够结合时序数据库实现风电场数据治理系统，是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，对风电场内大量测风数据、实发功率数据、风机实测功率、风速等结果进行数据的采集、诊断、压缩、存储、查询等，保证数据传输与数据诊断、治理的实时性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，包括时序数据库平台以及与时序数据库平台相连的通讯模块，所述时序数据库平台包括scada服务器、数据访问存储接口、共享内存、数据收发器、数据缓存模块、历史数据库服务器，所述scada服务器通过数据访问存储接口与共享内存连接；所述共享内存依次连接数据收发器、数据缓存模块、历史数据库服务器；所述时序数据库平台通过数据访问存储接口与所述通讯模块连接；其特征在于，所述通讯模块与测风塔、综自系统、能量管理平台相连接；所述时序数据库平台通过数据访问存储接口与数据诊断模块、数据治理模块连接；所述数据诊断模块包括数据预处理、诊断规则设定、数据诊断、诊断结果告警；所述数据治理模块针对数据诊断模块依据诊断规则得到的诊断结果进行数据治理。

进一步的，所述数据诊断模块中的诊断规则包括：死数诊断规则、缺数诊断规则、越限诊断规则，所述死数诊断规则、缺数诊断规则、越限诊断规则基于风电场数据特性设定。

更进一步的，所述数据治理模块包括死数据治理、缺数治理、越限数据治理，按照先缺数数治理，再越限数据治理，最后死数据治理的顺序执行，所述死数据治理、缺数治理、越限数据治理都基于风电场数据特性进行。

进一步的，所述时序数据库平台还通过数据访问存储接口与数据统计模块连接，所述数据统计模块用于完成数据诊断、治理结果的死数率、缺数率、越限率的日、月、年统计。

更进一步的，所述时序数据库平台还通过数据访问存储接口与数据展示模块连接，所述数据展示模块用于定时将存储在时序数据库里中的数据诊断与治理结果进行展示。

进一步的，所述通讯模块包括规约转换接入装置，所述规约转换接入装置支持常用规约的接入与转出，支持串口、网络两种通讯方式，与测风塔、综自系统、能量管理平台通讯。

更进一步的，所述规约转换接入装置采集测风塔的数据，主要包括风速、风向、温度、湿度、压强。

更进一步的，所述规约转换接入装置采集综自系统的数据，主要包括升压站有功功率、无功功率、电压、电流。

更进一步的，所述规约转换接入装置采集能量管理平台的数据，主要包括单台风机的有功、无功、风速、风向、状态。

进一步的，所述风电场数据治理系统采用采用C/S结构，即客户端/服务器系统结构，支持两台或两台以上服务器及多台客户端同时运行。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，采用高速的时序数据库平台保证了系统采集数据的实时性与正确性，解决了风电场大规模实时数据的采集、存取以及数据实时诊断、治理、展示的问题，用户可以通过工作站随时查看、导出存储在数据库里的实时、历史数据，可以使风电场数据治理系统效率大大提高。具体为：

1.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，采用分布式系统架构，进行历史数据访问时不用考虑数据库的物理位置，整个系统的处理性能和容量可以平滑升级。

2.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，支持跨平台部署，既可以在Unix/Linux操作系统平台上运行，也可以在Windows操作系统平台上运行。

3.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，数据处理性能高，可快速操作数据点在百万点以上，数据提交吞吐量达每秒百万事件以上。

4.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，二次开发接口简单、易用，支持多用户、多线程、多连接访问。

5.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，同时支持有损压缩和无损压缩，可以在有损压缩和无损压缩之间平滑过渡，同等条件下，具有更高的压缩率，数据压缩最大可达到15倍。

6.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，具有丰富的图表，曲线和报表展示功能，方便用户直观的浏览实时数据和历史数据，并允许用户自定义各类报表和数据统计、分析。

7.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，具有多规约转换功能，可以连接不同厂家的测风塔、能量管理平台及综自系统。

8.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，可以按需添加数据种类，灵活编辑数据治理规则，满足不同类型数据的治理需求。

9.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，既可以诊断、治理历史数据，又支持实时数据的诊断和治理。

10.本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，采用数据采集、数据诊断、数据治理、数据统计四项严谨清晰的流程化处理方式，保证治理后数据质量100％达标。

附图说明

图1是本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统结构图；

图2是本发明提供的数据治理流程图；

图3是本发明提供的系统数据存储模块结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本发明专利的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明专利的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明专利实施例的目的。

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的详细说明。

风电场数据治理流程如图2所示，分为数据采集、数据诊断、数据治理、数据统计等。针对该流程，本发明提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统如图1所示，包括通讯模块、数据诊断模块、数据治理模块、数据统计模块、数据展示模块、时序数据库平台六部分。

(一)通讯模块：

通讯模块主要包括规约转换接入装置，负责采集来自测风塔、综自系统、能量管理平台的数据。规约接入装置支持101/CDT/103/104/Modbus等常用规约的接入与转出，支持串口、网络两种通讯方式，可以与主流厂家的测风塔、综自系统、能量管理平台通讯。

通讯模块从测风塔、综自系统、能量管理平台采集的数据，采集存储频率5min，具体如下：

1)测风塔的数据主要包括测风塔风速、风向、温度、湿度、压强等数据；

2)综自系统的数据主要包括升压站有功功率、无功功率、电压、电流等数据；

3)能量管理平台的数据主要包括单台风机的有功、无功、风速、风向、状态等数据；

(二)数据诊断模块

数据诊断模块包含数据预处理、诊断规则编辑、数据诊断、诊断结果告警四个功能。

1)数据预处理主要完成数据按照类型分类，并按照时间序列排好；

2)诊断规则编辑主要完成数据类型编辑、不同类型数据诊断规则编辑；

3)数据诊断主要按照诊断规则完成数据诊断的工作；

4)诊断结果告警通过弹框、声音等方式完成问题数据的告警通知；

5)数据诊断规则简介：

■死数诊断规则：连续15个数据(1小时内)的相邻绝对误差＝0，根据校验进行判断。(时间可自定义)；

■缺数诊断规则：各采集数据每日有288个数据。(时间可自定义)；

■越限诊断规则：各类数据可灵活编辑合理范围，例如：风速合理范围为[0,60]m/s，小时平均风速的合理范围为[0,40]m/s；风向的合理范围为[0,360°)；气压的变化范围为[500,1100]hPa；湿度的合理范围[0,100％]RH；温度的合理范围[-40,60]℃等。

(三)数据治理模块

数据治理模块包括死数据治理、缺数据治理、越限数据治理，按照先缺数治理，再越限数据治理，最后死数据治理的顺序执行，具体如下：

1)缺数据治理

缺数据的治理有多种方法，常用的有时间序列替补，本系统除采用时间序列替补法外还采用同样本或相似样本替补等方法处理。

■对于缺数据，时间序列替补法只适用于当缺失数据较少时，可以根据缺失时间前后的记录值利用时间序列进行补缺；

■当缺失数据较多时，则需要根据相似样本替补、不同变量的相关性计算而得。

■对于变化率不大的变量，且不合理时段较短，可采用上一个点的数据代替的方式进行治理；

■对于有固定变化趋势的变量，且不合理时段较短，可采用上一点的数据乘以相应变化系数得到该点的治理数据；

■对于不合理时段较长的数据，可采用前几天同时间段数据的平均值替补、或者按着历史相似曲线的数据替补、或者采用预测数据进行替补；

2)越限数据治理

越限数据治理原则上超过上限采用上限值替代，低于下限，采用下限值替代，例如风速数据<0m/s，以0m/s代替；风速数据>60m/s，以60m/s代替。功率数据<–单机额定功率(MW)×10％，以–单机额定功率(MW)×10％代替；功率数据>单机额定功率(MW)×110％，以单机额定功率(MW)×110％代替。

3)死数据治理

对于死数据治理先设定阈值，满足阈值的连续数据一致，则除第一个点保留外，其余一致的数据则判定为恒定值，进行相应处理，可进行时间序列替补，插值替补，拟合替补，同样本或相似样本替补等方法处理。

■如果只有单一变量出现死值，则可根据其他相关变量计算而来；

■如果相关变量数据也出现死值，无法通过计算得到，则可根据历史相似曲线或历史同周期数据计算而得。

■对具有周期性的数据，可根据数据周期性进行替补。

(四)数据统计模块

数据统计模块主要完成数据诊断、治理结果的死数率、缺数率、越限率的日、月、年统计。

计算公式如下：

(五)数据展示模块

数据展示模块主要完成定时将存储在时序数据库里中的用户所关心的数据诊断与治理结果通过饼图、柱图、曲线、报表等形式形象的展示出来。

(六)时序数据库平台

时序数据库平台是系统的核心，主要负责保证数据的实时性，以及数据的快速存取。所述时序数据库平台包括scada服务器、数据访问存储接口、共享内存、数据收发器、数据缓存模块、历史数据库服务器；其中，scada服务器通过数据访问存储接口与共享内存连接；所述共享内存、数据收发器和数据缓存模块依次连接；所述数据访问存储接口为其他模块提供实时数据访问接口；所述共享内存是连接数据访问存储接口与数据收发器的中介；所述数据缓存模块通过数据处理线程与历史数据库服务器连接；

如图3所示，本实施例中提供的基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，提供数据服务时采用客户端和服务器端(C/S)的系统结构，时序数据库平台的数据访问分为客户端和服务器，每个客户端同时向系统中的两台(或多台)服务器发送数据，为每个服务器端保留一个缓冲区，即是数据缓冲模块，可以提高数据的访问速度，并且当网络中断或相应的服务器停止时，可以将应用提交的数据保存在本地缓存中，等故障恢复后继续发送。客户端只需知道服务器的地址和端口号，即可与服务器建立连接并进行数据查询和提交，无需关心数据的缓存、重发等底层细节。

客户端子系统负责提供应用接口，数据过滤，数据缓存转发功能的实现。应用通过接口提交的数据首先经过数据过滤模块，过滤之后被存入共享缓存中等待被发送，如果网络或服务器故障，则数据会被缓存在本地，待故障恢复后再发往服务器端。

服务器端子系统负责数据压缩、解压缩；数据存储；数据检索；线程管理；测点管理功能的实现。服务器端接收到客户端发送来的历史数据后，交给数据缓存模块，存入内存。数据缓存模块在缓存满或达到一定时间要求后调用数据处理模块压缩数据，将压缩后的数据通过数据存取模块存入数据库。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，包括时序数据库平台以及与时序数据库平台相连的通讯模块，所述时序数据库平台包括scada服务器、数据访问存储接口、共享内存、数据收发器、数据缓存模块、历史数据库服务器，所述scada服务器通过数据访问存储接口与共享内存连接；所述共享内存依次连接数据收发器、数据缓存模块、历史数据库服务器；所述时序数据库平台通过数据访问存储接口与所述通讯模块连接；其特征在于，所述通讯模块与测风塔、综自系统、能量管理平台相连接；所述时序数据库平台通过数据访问存储接口与数据诊断模块、数据治理模块连接；所述数据诊断模块包括数据预处理、诊断规则设定、数据诊断、诊断结果告警；所述数据治理模块针对数据诊断模块依据诊断规则得到的诊断结果进行数据治理。

2.根据权利要求1所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述数据诊断模块中的诊断规则包括：死数诊断规则、缺数诊断规则、越限诊断规则，所述死数诊断规则、缺数诊断规则、越限诊断规则基于风电场数据特性设定。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述数据治理模块包括死数据治理、缺数治理、越限数据治理，按照先缺数数治理，再越限数据治理，最后死数据治理的顺序执行，所述死数据治理、缺数治理、越限数据治理都基于风电场数据特性进行。

4.根据权利要求1所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述时序数据库平台还通过数据访问存储接口与数据统计模块连接，所述数据统计模块用于完成数据诊断、治理结果的死数率、缺数率、越限率的日、月、年统计。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述时序数据库平台还通过数据访问存储接口与数据展示模块连接，所述数据展示模块用于定时将存储在时序数据库里中的数据诊断与治理结果进行展示。

6.根据权利要求1所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述通讯模块包括规约转换接入装置，所述规约转换接入装置支持常用规约的接入与转出，支持串口、网络两种通讯方式，与测风塔、综自系统、能量管理平台通讯。

7.根据权利要求6所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述规约转换接入装置采集测风塔的数据，主要包括风速、风向、温度、湿度、压强。

8.根据权利要求6所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述规约转换接入装置采集综自系统的数据，主要包括升压站有功功率、无功功率、电压、电流。

9.根据权利要求6所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述规约转换接入装置采集能量管理平台的数据，主要包括单台风机的有功、无功、风速、风向、状态。

10.根据权利要求6所述的一种基于时序数据库平台的风电场数据治理系统，其特征在于，所述风电场数据治理系统采用采用C/S结构，即客户端/服务器系统结构，支持两台或两台以上服务器及多台客户端同时运行。

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