专利名称：基于实时数据库的风力发电场监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风力发电场的远程监控系统，具体地说是一种基于实时 数据库的风力发电场监控系统。
技术背景由于人类可利用的能源资源的日益短缺，发展和应用风力发电及其他可再生 能源是人类社会的当务之急，我国风能资源丰富，据相关资料普査表明我国陆上 可利用风能资源为2.5亿千瓦，沿海在2-15m水深的区域可开发的风能资源为 7.5亿千瓦，约占世界风能储备量的9.2%,可开发潜力巨大。并网型风力发电技 术日益成熟，我国十一五规划并网型风力发电机组装机总容量达1000MW千瓦， 风力发电设备包括机舱、叶片、轮毂、齿轮箱、轴承、发电机、变频器、变桨 局控制系统、主控系统、变压器、远程监控系统等部件，目前国内MW级以上的 风力发电设备以进口为主， 一定程度上制约了风电的发展，因此大型风电设备国 产化具有广泛的市场前景。目前风电控制远程监控系统的结构原理为通过电缆、光缆、CDMA无线通讯等 手段，采集各风力发电机组、测风塔、变电站的数据，至远程控制中心服务器， 用于风场运行人员的远程监控各台机组运行，并具备一定的报表、曲线、历史査 询功能，普遍采用WINDOWS操作系统和通用的商用数据库，主要存在以下缺点 (1)、数据的实时性能较差，由于采用普通的商用数据库，当风场规模较大或者 存在大量突发事件时，数据库的大量数据读写不足以支撑大流量读写，造成远程 记录的数据精度不够，需到就地的风机操作。(2)、数据的读写速度慢，虽通过 0PC等通用的技术手段解决了不同工具之间的相互兼容问题，但带来了通过 Internet访问服务器数据比较慢的问题。(3)、 SCADA系统可靠性存在问题，风 电场的分布范围广阔，运行环境恶劣，目前技术的风电场监控系统未采用冗余技 术来保证运行的可靠性， 一旦网络、服务器等核心部件发生故障，将影响风场的 安全可靠运行。因此，目前的风力发电远程监控系统已不能满足要求。 发明内容针对现有风力发电远程监控系统存在的不足，本发明的目的是提供一种基于 实时数据库的风力发电场监控系统，本发明将实时数据库技术用于大型并网型风 力发电机组的风场远程监控系统，准确、实时采集风场所有数据、并采用合适的 冗余技术，能满足当代风电场分布范围广阔、工作环境恶劣的运行特点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于实时数据库的风力发电场监控系统，其特征在于它包括现场通讯 处理单元、SCADA系统服务器、上位机人机接口和远程访问接口，所述现场通讯 处理单元采集现场单元的实时数据，并利用以太网交换机通过环形冗余实现通讯 网络的冗余配置将数据传送给SCADA系统服务器，现场通讯处理单元在数据通讯 中断后，保存数据直至下次通讯恢复；SCADA系统服务器对接收到的数据进行处 理，且两台服务器之间相互冗余，同时接受现场通讯处理单元传送来的风场的现 场数据；上位机人机接口接收SCADA系统服务器的数据，显示整个现场单元的所 有风机运行状况，并向SCADA系统服务器输入控制信号；开放的远程访问接口在 输入权限后通过IE浏览器访问现场单元的数据。本发明中，现场单元包括现场的风机、测风塔、变电站等。 (1)、现场通讯处理单元(RTU)在现场的风机、测风塔、变电站处设置就地数据采集RTU单元，每个就地RTU 单元具备各类通讯总线的接口，包括M0DUSRTU、 MODBUSTCP、 CAN、 PR0FIBUS、 L0NW0RKS等等，RTU的另一侧为100M以太网光缆接口，用于连接光缆至远程控 制中心。RTU还具备万能开发接口，用于定制特殊的通讯接口协议，现场通讯单 元(RTU)的设备原理图见图1。现场通讯处理单元的硬件平台采用ANYBUS接口卡+ARM9微处理器实现，软件 平台采用VXWORKS操作系统，采集现场单元的实时数据，打包变换为SCADA系统 的统一数据流上传远程集控中心。现场处理单元RTU接口具有数据存储的功能， 当和远程数据通讯中断后，会保存数据直至下次通讯恢复，RTU单元保证在1000 条命令消息范围内不会引起数据的丢失。 (2)、实时高速通讯网络风电场的集中监控系统的通讯网络统一采用100MW的光纤以太网，采用M0XA 管理型工业级以太网交换机，通过环形冗余实现通讯网络的冗余配置，当任一通 路的网络发生故障时，仍能保证系统的数据传输。网络结构见图2。高速通讯网络的数据包内容经过抽象化后，定义了如下类型的数据包实现风机数据统计队列；实现风机事件队列；允许访问风机指令；允许访问风机参数和I/0值；允许风机读写存储器命令； 风机用户界面的端子竞争； 允许文件传输至远端RTU; 实现公用功能(如重调风机控制器程序)。经过上述抽象定义后，数据源具备统一的软硬件接口，服务器侧的实时数据 库可高效采集、存储现场数据，当某次通讯不成功后，系统具备重发功能。(3) 、 SCADA系统服务器风电场集中监控系统服务器采用高性能DELL服务器，运行WINDOW操作系统， 数据库软件为SYNCBASE实时数据库软件，两台服务器之间相互冗余，同时接受 风场的现场数据，系统的结构见图3。(4) 、上位机人机接口风场运行人员通过上位机人机接口操作站运行监视整个风场的所有风机的 运行，系统运行包括以下几类画面 1、风场总览画面面板 风场总览画面面板包括 风场警报器(项目中的每个场址都有)； 总的风机MW数；总的风机MVAr数(如果有的话)；容量系数；停机风机的数量；故障风机的数量；未知风机的数量；每个计量点的MW数(如有的话)；参考测风塔处(如果没有测风塔的话，则风机处)的风速； 参考测风塔处的风向(如果没有测风塔的话，风机处的风向，以机舱方向加 一个偏北方向的修正值为基础)；参考测风塔处(如果没有测风塔的话，风机处)的温度(如果有的话)； 参考测风塔处的压力(如果有的话)； 参考计量点处的电压和频率(如果有的话)。 2、风场总视图风场的总视图包括了风场总览画面面板中的信息和5在线风机数量；非制造商停机/縮短运行时间的风机数量； 无通讯的RIU数量； 与相关设备无通讯的RIU数量；最近事件面板。3、表格视图此视图中有所有风机的下列信息(或者一组特定风机) 机舱风速m/s ;风机功率kW ; 有人职守/维护模式；风机状态(通过颜色代码条显示，当风机在线时，这个条的长短说明了额定 功率的百分比)；所选择风机组的事件面板。4、地图视图在此视图上，风场上的每个风机、测风塔和计量点都用一个图形符号表示。 此视图中还可以在平面背景下显示布局图中的地理位置显示该图标。可以整合任 何客户提供的背景图片。状态通过颜色编码条显示。当风机在线时，这个条的长短说明了额定功率的 百分比。悬浮文本为风场的每个部分的主要参数。5、 实时监测视图此视图允许一个用户选择任何可用的实时信号组合在单页上进行査看。6、 风机视图此视图上可以看到一台所选风机的特定信号和这台风机的最近事件。7、 实时曲线浏览系统提供一个实时曲线绘制功能。在任何视图上都可以绘制，视图上的任何 信号都可进行绘制。只有加载视图后才有信号出现，当视图关闭后信号不再更新。8、 风机命令 系统提供了下列命令复位； 开始运行； 操作者停机； 业主停机；用户必须对所有命令键入注释。对于停机命令，他们必须提供一个故障代码。 命令可以被发送到风机组并进行排序，以便将来再执行，也可以交错执行。 用户可以査看并选择性地删除已排序命令的当前目录。 9、报警和状态信息单个用户可以进行设置，通过电子邮件和/或SMS收到警报和状态信息。标 准系统使用电子邮件网关来发送SMS信息。 一封标题行中有完整信息的电子邮 件被发送到一个特定的邮件地址。如果提供有一条以太电话线和一个TAPI SMS服务，那么系统也可以选择通 过TAPI传输SMS。可以对单个用户进行配置，使其通过电子邮件和/或SMS每隔10分钟或更 久收到一次状态信息。可以进行一天的某个时间和一周的某天的筛选。 10、报告所有报告既可以是立刻运行，传给浏览器或者排序以便将来运行并通过电 子邮件发送。预定报告可以是所有用户可用，或者仅仅是创建用户可用。11、 事件报告系统允许对系统记录的所有事件都生成报告。用户可以选择 包括哪些风机； 包括哪些测风塔；包括哪些计量点； 包括哪些服务器； 不同反应等级的过滤器。12、 风速分布报告系统允许生成具有下述选项的风速分布报告 源风速信号； 风速间隔数量；风向信号； 风向间隔数量； 日期范围。 13、功率曲线系统允许生成具有下述选项的功率曲线报告 风机报告； 风速信号；风速进行方向上的加速因子(需要配置信息)； 调整后指定的参考空气密度； 日期范围； 风速间隔尺寸。 (5)、远程访问接口系统具备开放的远程访问接口，用户输入权限后，可以通过IE浏览器访问 风场的数据。本发明将实时数据库技术用于大型并网型风力发电机组的风场远程监控系 统。本发明的优点是1、数据的实时性好、准确性高；2、数据的读写、传输速 度快；3、系统可靠性高，能满足工作环境恶劣的场合。
图1是现场通讯处理单元结构示意图；图2是本发明的结构示意图；图3是本发明中SCADA系统服务器的结构示意图。
具体实施方式
一种基于实时数据库的风力发电场监控系统，包括现场通讯处理单元1、 SCADA系统服务器2、上位机人机接口 3和远程访问接口 4。现场通讯处理单元1 在现场的风机11、测风塔12、变电站13处设置，就地采集现场单元的实时数据， 并利用以太网交换机通过环形冗余实现通讯网络的冗余配置将数据传送给 SCADA系统服务器2。每个就地RTU单元具备各类通讯总线的接口 ，包括 M0DUSRTU、 MODBUSTCP、 CAN、 PR0FIBUS、 L0NW0RKS等等，RTU的另一侧为100M 以太网光缆接口，用于连接光缆至远程控制中心。RTU还具备万能开发接口，用 于定制特殊的通讯接口协议，现场通讯处理单元在数据通讯中断后，保存数据直 至下次通讯恢复。SCADA系统服务器2对接收到的数据进行处理，且两台服务器之间相互冗余，同时接受现场通讯处理单元1传送来的风场的现场数据；上位机 人机接口 3接收SCADA系统服务2器的数据，显示整个现场单元的所有风机及设 备运行状况，并向SCADA系统服务器2输入控制信号；开放的远程访问接口 3 在输入权限后通过IE浏览器访问现场单元的数据。本发明将实时数据库技术用于大型并网型风力发电机组的风场远程监控系 统，准确、实时采集风场所有数据、并采用合适的冗余技术，能满足当代风电场 分布范围广阔、工作环境恶劣的运行特点。
权利要求
1、一种基于实时数据库的风力发电场监控系统，其特征在于它包括现场通讯处理单元(1)、SCADA系统服务器(2)、上位机人机接口(3)和远程访问接口(4)，所述现场通讯处理单元(1)采集现场单元的实时数据，并利用以太网交换机通过环形冗余实现通讯网络的冗余配置将数据传送给SCADA系统服务器(2)，现场通讯处理单元(1)在数据通讯中断后，保存数据直至下次通讯恢复SCADA系统服务器(2)对接收到的数据进行处理，且两台服务器之间相互冗余，同时接受现场通讯处理单元(1)传送来的风场的现场数据；上位机人机接口(3)接收SCADA系统服务器(2)的数据，显示整个现场单元的所有设备运行状况，并向SCADA系统服务器(2)输入控制信号；开放的远程访问接口(4)在输入权限后通过IE浏览器访问现场单元的数据。
2、 根据权利要求1所述的基于实时数据库的风力发电场监控系统，其特征 在于现场单元包括现场的风机(11)、测风塔(12)、变电站(13)。
全文摘要
本发明公开了一种基于实时数据库的风力发电场监控系统，现场通讯处理单元采集现场单元的实时数据，并利用以太网交换机通过环形冗余实现通讯网络的冗余配置将数据传送给SCADA系统服务器，SCADA系统服务器对接收到的数据进行处理，且两台服务器之间相互冗余，同时接受现场通讯处理单元传送来的风场的现场数据；上位机人机接口接收SCADA系统服务器的数据，显示整个现场单元的所有风机运行状况，并向SCADA系统服务器输入控制信号；开放的远程访问接口在输入权限后通过IE浏览器访问现场单元的数据。本发明能准确、实时采集风场所有数据，适合于整个风场内所有并网型风力机组的远程监控。
文档编号G05B19/418GK101246367SQ200810024489
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者刘国耀, 刘进波, 胡歙眉, 赵文庆 申请人:南京科远控制工程有限公司