CN114817317A - 一种新能源发电监控系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种新能源发电监控系统。所述系统包括:至少两个监控功能模块,其中每个监控功能模块均由各自监控功能对应的微服务完成,其中微服务间相互独立,每个微服务所调用的实例为子系统实例,其中所述子系统实例与风电场中的风机为一对一的关系;至少两个子系统实例服务模块,与风电场中的风机为一对一的关系,其中每个子系统实例服务模块,被设置为对各自对应的风机进行信息的采集,得到采集结果,并发送所述采集结果;消息中间件,被设置为接收所述采集结果,并输出所述采集结果;其中,每个监控功能模块为从所述消息中间件获取所述采集结果,并利用所述采集结果完成各自的监控功能。

Description

一种新能源发电监控系统
技术领域
本申请实施例涉及新能源发电领域,尤指一种新能源发电监控系统。
背景技术
利用新能源(如风电,光伏,水电等)进行发电时,需要工业级发电监控系统,该监控系统对实时数据的要求很高。在历史数据库中,需要记录秒级的实时数据,而且记录的点数会根据电厂的规模扩大而扩大;另外,随着时间的增加,在历史数据库中的数据会不断增加。比如一台有30台风机的风电场,每台风机至少有1600个实时监控点,电气10000点,加上五防等周边系统的监控点,每秒至少要记录10万点左右的实时数据。
如果长时间保持每秒向关系型数据库中存储10万点,关系型数据库的性能和查询数据的速度都会下降,而且工业级监控系统存在页面多的问题,且每个页面都有实时数据点,每打开一个新的页面,都要请求数据库,而数据库因为存储的数据量巨大,查询速度也会变慢,造成用户的体验不高的问题。
发明内容
为了解决上述任一技术问题,本申请实施例提供了一种新能源发电监控系统。
为了达到本申请实施例目的,本申请实施例提供了一种新能源发电监控系统,包括:
至少两个监控功能模块,其中每个监控功能模块均由各自监控功能对应的微服务完成,其中微服务间相互独立,每个微服务所调用的实例为子系统实例,其中所述子系统实例与风电场中的风机为一对一的关系;
至少两个子系统实例服务模块,与风电场中的风机为一对一的关系,其中每个子系统实例服务模块,被设置为对各自对应的风机进行信息的采集,得到采集结果,并发送所述采集结果;
消息中间件,被设置为接收所述采集结果,并输出所述采集结果;
其中,每个监控功能模块为从所述消息中间件获取所述采集结果,并利用所述采集结果完成各自的监控功能。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:
通过设置消息中间件,所有子系统的实时数据都不会直接存储到关系型数据库中,而是以子系统为单位将实时数据发布到消息中间件中,减少了与关联型数据的交互;监控功能模块所需的子系统的实时数据,无需查询关系型数据库,能够直接从消息中间件中订阅即可,降低了关联型数据的访问压力。另外,利用微服务来完成各个监控功能的运行,可以减少各个监控功能模块的耦合性,从而在一个模块出现异常时,不会影响其他模块的运行。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案,并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的新能源发电监控系统的示意图;
图2为本申请实施例提供的新能源发电监控系统的示意图;
图3为本申请实施例提供的rabbitmq中发布消息过程的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在实现本申请过程中,对相关技术进行了技术分析,发现相关技术至少存在如下问题,包括:
所有的监控子系统都要向一个关系型数据库去存储,每秒10万的存储量,随着时间的积累,数据库的压力会很大,时间的增长会导致数据的查询速度变慢。另外,前端界面展示的实时数据的数据来源是数据库,因此每打开一个新的页面,都需要与数据库进行交互,因此增加了数据库的访问压力。
基于上述分析,本申请实施例提出如下解决方案,包括:
图1为本申请实施例提供的新能源发电监控系统的示意图。如图1所示,所述系统包括:
至少两个监控功能模块,其中每个监控功能模块均由各自监控功能对应的微服务完成,其中微服务间相互独立,每个微服务所调用的实例为子系统实例,其中所述子系统实例与风电场中的风机为一对一的关系;
至少两个子系统实例服务模块,与风电场中的风机为一对一的关系,其中每个子系统实例服务模块,被设置为对各自对应的风机进行信息的采集,得到采集结果,并发送所述采集结果;
消息中间件,被设置为接收所述采集结果,并输出所述采集结果;
其中,每个监控功能模块被设置为从所述消息中间件获取所述采集结果,并利用所述采集结果完成各自的监控功能。
消息中间件,被设置为接收所述采集结果,并输出所述采集结果;
其中,每个监控功能模块从所述消息中间件获取所述采集结果,并利用所述采集结果完成各自的监控功能。
以消息中间件为中心,系统的其他各个功能,进行独立的模块化开发,模块之间通过消息中间件进行消息的交互。
数据的来源是子系统实例模块,子系统实例可以有很多个,负责各个设备实时数据的采集、指令的发送等工作。各个子系统将采集到的实时数据发布到消息中间件的实时数据交换机中,指令发送给指令相关的交换机中。子系统实例和风电场中的风机是一对一的关系。每台设备都可以成为一个独立的子系统,拥有自己的数据存储单元、数据采集单元、指令发送单元和实时计算单元。
本申请实施例提供的系统,通过设置消息中间件,所有子系统的实时数据都不会直接存储到关系型数据库中,而是以子系统为单位将实时数据发布到消息中间件中,减少了与关联型数据的交互;监控功能模块所需的子系统的实时数据,无需查询关系型数据库,能够直接从消息中间件中订阅即可,降低了关联型数据的访问压力。另外,利用微服务来完成各个监控功能的运行,可以减少各个监控功能模块的耦合性,从而在一个模块出现异常时,不会影响其他模块的运行。
在一个示例性实施例中,所述消息中间件,设置为接收第一监控功能模块对目标子系统实例的订阅请求后,如果接收到所述目标子系统实例对应的子系统实例服务模块发送的采集结果,则发布所述目标子系统实例的采集结果。
在监控系统中,为采用分布式存储的方式,每个子系统都拥有自己的历史数据库模块,每个模块都是独立的,想要获得实时数据,只需要订阅消息中间件发布的该系统的实时数据即可,加快了数据获取效率,减少存储压力。
在一个示例性实施例中,所述系统中除所述第一监控功能模块之外的其他监控功能模块,被设置为在检测到本地监控功能需要所述目标子系统实例的采集结果时,从所述消息中间件已发布的数据订阅所述目标子系统实例的采集结果。
消息中间件的实时数据,只需要发布一次,就可以被多个模块同时订阅。而不需要通过多次查询数据库的方式来获得实时数据,减少了数据的查询次数,减少了前端界面和历史数据库的交互次数。
在一个示例性实施例中,每个子系统实例服务模块均采用相同的二进制数据格式进行实时数据的发送;其中:
所述二进制数据格式中的字节包括用于记录所述实时数据的数值的字节以及如下至少一个:
用来确定实时数据发布的时间的字节;
用于记录所述实时数据所属的点表的字节;
用于增加头信息的备用字节。
在一个示例性实施例中,用于记录所述实时数据所属的点表的字节所携带的信息为所述点表的特征码。
在一个示例性实施例中,所述消息中间件,被设置为在接收到采用二进制数据格式的实时数据后,解析得到所述实时数据所属的点表的特征码,通过所述点表的特征码判断所述点表是否发送变更,如果所述点表发生变更,则向所述实时数据的子系统实例服务模块请求获取最新的点表。
以某一应用场景下的实时数据的二进制数据格式为例进行说明:
实时数据的二进制数据格式包括8字节的毫秒时标+32字节的点表特征码+24字节的备用字节+8字节*N;其中:
8字节的毫秒时标为int64长整型,该毫秒时标的作用是用来确定实时数据发布的时间。
32字节的点表特征码,用于在传递实时数据时,只传递点表的值,不反复传递点表,通过验证该特征码来确定点表是否变更,如果点表变更可发送RPC(Remote ProcedureCall,远程过程调用)请求,请求最新的点表。
8字节*N:N为实时数据点的个数,8字节是每个实时数据值做占的字节数。
24字节的备用字节的作用为备用;例如,如果后期有新的需要增加头信息的数据,可以占用这些备用字节。
基于上述数据格式可以更加高效地完成数据的传输,方便数据的管理。
在一个示例性实施例中,所述系统还包括:
用户代理模块,被设置为接收前端浏览器对所述监控系统中信息的展示请求,根据所述展示请求确定所需的第一监控数据,向所述消息中间件发送所述第一监控数据的获取请求;
其中,所述消息中间件,被设置为在接收到所述第一监控数据的获取请求后,确定能够提供所述第一监控数据的第一目标监控功能模块,向所述第一目标监控功能模块获取所述第一监控数据,并在得到所述第一监控数据后,发送所述第一监控数据;
其中,所述用户代理模块,还被设置为在接收到所述第一监控数据,向所述前端浏览器发送所述第一监控数据。
因为浏览器需要展示的数据无法通过订阅消息中间件的数据直接获取,因此需要一个前端的用户代理模块将前端需要的数据获取,用户代理和前端通过websocket进行实时数据的交互。
在一个示例性实施例中,所述系统还包括:
HTTP(HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)服务模块,被设置为接收用户对第二监控数据的查询请求,根据所述查询请求确定所需的第二监控数据,向所述消息中间件发送所述第二监控数据的获取请求;
其中,所述消息中间件,被设置为在接收到所述第二监控数据的获取请求后,确定能够提供所述第二监控数据的第二目标监控功能模块,向所述第二目标监控功能模块获取所述第二监控数据,并在得到所述第二监控数据后,发送所述第二监控数据;
其中,所述HTTP模块,还被设置为在接收到所述第二监控数据,向所述用户发送所述第二监控数据。
HTTP服务模块接收前端发送的HTTP请求并处理,HTTP服务模块与消息中间件的交互方式是通过向消息中间件发送RPC请求,通过消息中间件将请求消息传递给其他模块。
在一个示例性实施例中,所述消息中间件,被设置为向所述系统中的任意模块订阅所述模块是否在线的信息;
所述系统中的任意模块,被设置为向所述消息中间件发布所述模块的心跳数据。
其中所述系统中的任意模块可以为一个、至少两个或全部模块;
模块可以为各个监控功能模块、各个子系统实例服务模块、HTTP服务模块和用户代理模块中的至少一个。
通过上述订阅发布模式可以实现对各个模块在线状态的统一管理。
在一个示例性实施例中,监控功能为日志管理功能的功能模块,被设置为从所述消息中间件订阅所述系统中模块的心跳数据,并根据所述系统中模块的心跳数据,确定系统中每个模块的在线状态,并发布到消息中间件。
利用具有日志管理功能的监控功能模块订阅心跳数据并对心跳数据进行统计分析,再将各个模块的在线和离线状态记录在日志中,并发布到消息中间件,对于有需要获取各个模块在线状态的前天模块可以直接从消息中间件订阅该数据,从而确定其他模块的在线状态,实现简单方便。
下面结合附图对本申请实施例提供的系统进行说明:
图2为本申请实施例提供的新能源发电监控系统的示意图。如图2所示,本申请实施例提供的系统所实现的功能是B/S架构中服务器(server)端的功能。在server端,各种功能都是以单独模块(或服务)的形式出现的,每个模块都相互独立,多个模块之间通过消息中间件进行消息传递。每个模块可以生产特定的消息并通过消息中间件发布,也可以通过消息中间件订阅其他模块发布的消息。
其中,任意一个模块的生命周期过程,包括:
A1、启动前增加基本配置。
在每个模块的配置文件中增加模块运行所需的基本配置,该配置包括消息中间件的相关配置及模块名配置等,用于模块与消息中间件进行交互。
A2、模块服务初始化。服务启动后连接到消息中间件的消息中心并订阅消息,在一段时间内对消息进行侦听,确定系统内不存在与自己冲突(重名)的服务后,转入运行状态;如果存在冲突,则初始化失败。
A3、模块服务运行时。定时发送心跳消息(包含系统本身的信息和状态);当满足特定条件时,服务向消息中心发布消息;当收到消息中心推送的消息时,进行相关的处理。
A4、模块服务下线。服务主动关闭时,向消息中心发送下线消息;服务被动关闭时,心跳消息停止发送,其他服务可以通过心跳超时来判定服务离线。
图2所示的消息中间件使用的是rabbitmq
图3为本申请实施例提供的rabbitmq中发布消息过程的示意图。如图3所示,过程包括:
消息生产者(publisher)是向交换机发送消息的客户端程序,其中,每一个向rabbitmq发送消息的模块都是publisher,publisher可以理解为消息的发送者。
Publisher发布的消息(message)中包含消息头和消息体,消息体由一些可选属性组成,包括路由键值routing-key。
在图3中,交换机exchange,用来接收生产者发送的消息,并将这些消息路由发送给服务器中的队列。消息要先经过交换器,再到队列中去。交换机到队列中去有三种方式,direct,fanout即广播和topic即主题规则匹配,在本项目中,每个模块都有一个模块名,为了快速匹配,采用了topic的方式。
消息队列(queue)用来保存消息,直到发送给消费者,是消息的容器,也是消息的终点。一个消息可投入一个或多个队列。消息一致在队列里面,等待消费者连接到这个队列将其取走。
绑定(binding)用于消息队列和交换器之间的关联。一个绑定就是基于路由键,将交换器和消息队列连接起来的路由规则,所以可以将交换器理解为一个有绑定构成的路由表。
虚拟主机(Virtual Host)本质上就是一个mini版的RabbitMQ服务器,拥有自己的队列、交换器、绑定和权限机制。Virtual Host是AMQP概念的基础,必须在连接时指定,因此在本发明中,各个模块的配置文件中,都需要制定rabbitmq的ip、端口、用户名和密码等信息。
连接(connection)是指rabbitmq服务器和服务建立的tcp连接。在本发明中,每个模块都需要和rabbitmq建立连接,才能向rabbitmq发布和订阅消息。
信道(channel)也可以称为管道,是TCP里的虚拟连接,一条TCP连接,可以包含多条channel。其中,各个模块发布消息、接收消息以及订阅消息的动作都是通过channel完成的。
在图2所示系统中,各个模块通过rabbitmq通信,其中rabbitmq的服务器实体(broker)。具体过程如下:
启动rabbitmq服务器,即上图所示的broker。
各个模块和rabbitmq建立连接,将模块生产的消息发送给服务端的exchange。
Exchange收到消息,根据routingkey,将消息转发给匹配的队列。
Queue收到消息,将消息发送给订阅者。
订阅者收到消息,发送ACK给队列确认收到消息。
Queue收到ACK,删除队列中缓存此条消息。
其中,以消息中间件为核心,其他模块进行消息传递的方式有两种,具体如下:
方式一:发布订阅模式,Publish/Subscribe,适合该种方式的模块主要是不需要返回消息,只需要发布消息即可的模块。发布的消息只需要发布到消息中间件,需要订阅的模块在消息中间件订阅即可。
发布订阅的消息传递方式用于在各个模块与消息中间件之间进行消息交互,以实时数据相关功能为例进行说明:
由于实时数据的发布和订阅在监控系统领域是最重要的一环,因此以该功能的消息传递方式为例,来说明发布订阅的实现细节。
各个子系统把实时数据都发布到名字为”RT_DATA”的exchange中,key为每个子系统的实例名,例如在风电场不同编号的风机的子系统实例名用”SSI001”,”SSI002”分表表示1号风机和2号风机,需要订阅的1号风机实时数据的模块,比如统计模块,历史模块存储模块等,只需要去指定的exchange中通过key过滤自己需要的风机的实时数据即可。
发布数据的方式有很多种,如果数据量很大的话,比如实时数据,每个子系统需要每秒传递的数据量很大,为了最大程度压缩数据,提高数据传输效率,采用了二进制的方式。所有的二进制数据都采用统一的格式,便于解析二进制数据。如果数据量不大,可以直接采用JSON方式传递。
方式二:RPC方式,该方式主要是适合请求响应的模式,比如历史查询模块,发送历史查询请求后,需要得到历史查询的反馈信息,则需要通过RPC的方式。除此之外,日志信息查询,指令发送因为需要反馈指令是否成功发送的结果,因此也需要RPC的方式。
由于报警信息在实时数据监控领域是非常重要的功能,而所有的需要请求响应的功能都需要采用RPC的方式。
RPC方式主要用于HTTP模块与日志模块的交互。数据传递采用JSON字符串,数据传递的格式为:
Figure BDA0002912620010000101
Figure BDA0002912620010000111
另外,各个模块是否在线功能的实现方式为所有运行中的模块通过发布订阅模式向消息中间件发布心跳数据,日志模块订阅心跳数据并对心跳数据进行统计分析,并将各个模块的在线和离线状态记录在日志中,并发布到消息中间件,有需要获取各个模块的是否在线状态的模块,直接订阅该数据即可。心跳数据统一发布到exchange name为“HEART_BEAT”的交换机,数据格式为JSON,具体发布数据的格式为:
Figure BDA0002912620010000112
本申请实施例提供的系统,具有如下优势,包括
1、采用消息中间件技术发布和订阅数据,减少了前端用户与数据库的直接交互,降低了数据库的查询压力。消息中间件一次发布,多个模块可重复订阅的特点,增加了数据的复用性和一致性。
2、借鉴微服务架构的思想,各个功能划分为独立的模块,充分解耦,每个模块的状态不会影响到其他模块。
3、通过以消息中间件为核心,其他模块通过与其交互来进行消息传递的方式,可以更方便的达到数据的共享,可以更方便的监控到各个模块的生命状态。
4、增加了各个模块的协同开发效率。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器,如数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种新能源发电监控系统,包括:
至少两个监控功能模块,其中每个监控功能模块均由各自监控功能对应的微服务完成,其中微服务间相互独立,每个微服务所调用的实例为子系统实例,其中所述子系统实例与风电场中的风机为一对一的关系;
至少两个子系统实例服务模块,与风电场中的风机为一对一的关系,其中每个子系统实例服务模块,被设置为对各自对应的风机进行信息的采集,得到采集结果,并发送所述采集结果;
消息中间件,被设置为接收所述采集结果,并输出所述采集结果;
其中,每个监控功能模块为从所述消息中间件获取所述采集结果,并利用所述采集结果完成各自的监控功能。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
所述消息中间件,设置为接收第一监控功能模块对目标子系统实例的订阅请求后,如果接收到所述目标子系统实例对应的子系统实例服务模块发送的采集结果,则发布所述目标子系统实例的采集结果。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:
所述系统中除所述第一监控功能模块之外的其他监控功能模块,被设置为在检测到本地监控功能需要所述目标子系统实例的采集结果时,从所述消息中间件已发布的数据订阅所述目标子系统实例的采集结果。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
每个子系统实例服务模块均采用相同的二进制数据格式进行实时数据的发送;其中:
所述二进制数据格式中的字节包括用于记录所述实时数据的数值的字节以及如下至少一个:
用来确定实时数据发布的时间的字节;
用于记录所述实时数据所属的点表的字节;
用于增加头信息的备用字节。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,用于记录所述实时数据所属的点表的字节所携带的信息为所述点表的特征码。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于:
所述消息中间件,被设置为在接收到采用二进制数据格式的实时数据后,解析得到所述实时数据所属的点表的特征码,通过所述点表的特征码判断所述点表是否发送变更,如果所述点表发生变更,则向所述实时数据的子系统实例服务模块请求获取最新的点表。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
用户代理模块,被设置为接收前端浏览器对所述监控系统中信息的展示请求,根据所述展示请求确定所需的第一监控数据,向所述消息中间件发送所述第一监控数据的获取请求;
其中,所述消息中间件,被设置为在接收到所述第一监控数据的获取请求后,确定能够提供所述第一监控数据的第一目标监控功能模块,向所述第一目标监控功能模块获取所述第一监控数据,并在得到所述第一监控数据后,发送所述第一监控数据;
其中,所述用户代理模块,还被设置为在接收到所述第一监控数据,向所述前端浏览器发送所述第一监控数据。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
HTTP服务模块,被设置为接收用户对第二监控数据的查询请求,根据所述查询请求确定所需的第二监控数据,向所述消息中间件发送所述第二监控数据的获取请求;
其中,所述消息中间件,被设置为在接收到所述第二监控数据的获取请求后,确定能够提供所述第二监控数据的第二目标监控功能模块,向所述第二目标监控功能模块获取所述第二监控数据,并在得到所述第二监控数据后,发送所述第二监控数据;
其中,所述HTTP模块,还被设置为在接收到所述第二监控数据,向所述用户发送所述第二监控数据。
9.根据权利要求1至8任一所述的系统,其特征在于:
所述消息中间件,被设置为向所述系统中的任意模块订阅所述模块是否在线的信息;
所述系统中的任意模块,被设置为向所述消息中间件发布所述模块的心跳数据。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于:
监控功能为日志管理功能的功能模块,被设置为从所述消息中间件订阅所述系统中模块的心跳数据,并根据所述系统中模块的心跳数据,确定系统中每个模块的在线状态,并发布到消息中间件。
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