一种基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统的架构方法与流程

本发明属于新能源发电技术领域，具体讲涉及一种基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统的架构方法。

背景技术：

为了应对能源危机以及节能减排带来的压力加快推进新能源发电的发展，包括太阳能发电、风力发电、生物质能发电等新能源发电得到了迅猛的发展，一些地区迅猛发展光伏发电，大量的光伏电站接入电网给光伏发电开发规划、并网运行、可靠性及稳定分析和性能评估提出了新的要求。目前尚缺乏太阳能资源的准确数据，电力规划具有一定的盲目性，造成电力规划不准确、出现偏差，导致部分地区弃光现象比较严重；大规模光伏发电并网的接入给电力系统的安全稳定运行带来了挑战，建立准确的光伏电站模型，需要长期的、大量的、准确的光伏电站运行数据为光伏电站模型优化提供支撑；此外光伏电站集中并网将对电力系统的安全可靠运行产生越来越大的影响，因此深入研究光伏发电的可靠性模型及可靠性评估，实现在电网规划、运行环节的综合应用，以达到提高电网可靠性、促进大规模光伏消纳及送出的目的。

随着早期建设的光伏电站暴露出的一些性能与可靠性的问题，例如光伏电站组件性能急速衰减、整体发电效率较低、电网适应性差等，电站设计、建设、运维、管理等各环节均缺乏标准支撑，光伏电站性能评估日益受到行业重视。所以需要开展对光伏发电关键装备及并网系统的质量、效率等指标进行准确测试与评估，对光伏发电系统整体的并网运行特性的验证与评估。而准确评估光伏电站性能，需要开长期的、大量的太阳能资源数据以及电站运行、测试等数据的支撑。

对光伏电站的运行管理目前主要集中在站内管理，光伏电站运行管理系统部署在光伏电站内，系统架构简单，接入数据量小，功能单一，不能对电网的规划设计、光伏消纳提供可靠的技术及数据支撑；而时大容量光伏电站一般位于比较偏远的地区，光伏电站运行管理系统维护不方便。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统的架构方法实现方法。

一种基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统的架构方法，其特征在于，所述架构方法包括：系统逻辑架构、系统网络架构和系统物理架构三种架构拓扑。

进一步的，所述系统逻辑架构拓扑包括依次建立：

为整个光伏电站远程运行管理系统的业务逻辑提供运行所需的各种软件基础设施的基础设施层；

为各种业务应用功能的实现提供通用的模块支撑的平台层；

为人机界面中提供各类应用功能的应用层；和

通过展示载体实现对各类应用数据与信息展示的展示层。

进一步的，所述平台层包括业务中间件的集合；所述中间件包括：系统权限管理的、数据挖掘的、数据库交互的、报表生成的、数据采集的和数据质量控制的中间件。

进一步的，所述应用层包括：在线数据监测、设备管理、报表配置输出、电站收益率和发电效率分析。

进一步的，所述展示层的所述展示载体包括可视化大屏、桌面终端和手机APP。

进一步的，所述系统网络架构拓扑包括：建立光伏电站、信息外网和信息内网三个区域，所述光伏电站通过有线或无线方式接入公共通信网络与所述信息外网相连，所述信息内网与信息外网通过逻辑强隔离装置相连，以保证电力系统信息安全。

进一步的，所述系统物理架构拓扑包括提供部分外网业务的镜像功能，为部署在电力系统内网的其他系统提供数据支持作为外网系统补充建立的内网系统以及作为整个光伏电站远程运行管理系统的核心部分的外网系统。

进一步的，所述内网系统包括：ORACLE数据库服务器、HADOOP服务器集群、应用服务器、工作站和千兆通信网络。

进一步的，所述外网系统包括：前置通信服务器集群、HADOOP服务器集群、ORACLE数据库服务器、应用服务器集群、万兆光纤通信网络、NAT交换机和GPS天文钟。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明能够支持超过1000个光伏电站接入，支持超过250万测量点，能够全面覆盖一个省/市地区的光伏电站接入，系统实时数据刷新时间间隔小于5分钟，能够为地区电网提供该地区光伏电站所有的实时数据以及分析、评估数据，利于电网全面掌握接入的光伏电站运行特性，优化电网规划设计，提高电网新能源消纳能力。同时能够避免各光伏电站对运行管理系统的重复投资，减少人工运维，节省大量资金。

附图说明

图1为基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统逻辑架构拓扑图；

图2为基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统网络架构拓扑图；

图3为基于Hadoop平台的光伏电站远程运行管理系统物理架构拓扑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对本发明进行进一步详细说明。

(1)逻辑架构

如附图1所示：

1)基础设施层为整个光伏电站远程运行管理系统的业务逻辑提供运行所需的各种软件基础设施。本发明中将引进Hadoop分布式平台作为基础设施层的软件框架。Hadoop平台以分布式文件系统(HDFS)、分布式批处理框架(Map/Reduce)、协作服务(Zookeeper)为底层平台。基于该底层平台，面向结构化数据存储(分布式数据库系统)的HBase、面向分布式数据仓库的Hive，建立在分布式文件系统之上，为平台层的数据库交互、数据采集中间件提供平台支撑；而建立在Map/Reduce框架和Zookeeper分布式协作服务基础之上的批处理脚本Pig、面向数据挖掘和机器学习的基础库Mahout以及工作流管理工具Oozie为平台层的数据挖掘、数据质量控制等中间件提供编程API环境。

2)平台层是各种业务中间件的集合，为各种业务应用功能的实现提供通用的模块支撑。本发明的平台层建立在Hadoop分布式平台之上，运行于Hadoop服务框架中。平台层用于尽可能实现良好的应用功能模块抽象，降低应用层接口对基础设施层的耦合，保证复用性和可扩展性。在基础设施层设计实现发生变更时，不会导致应用层的重大修改。平台层的中间件模块主要包括：系统权限管理、数据挖掘、数据库交互、报表生成、数据采集、数据质量控制等。

3)应用层主要包含在人机界面中提供的各类应用功能，以基于Web的人机界面方式构建，以Web浏览器运行。包括：在线数据监测、设备管理、报表配置输出、电站收益率、发电效率分析等。

4)展示层通过可视化大屏、桌面终端、手机APP等展示载体实现对各类应用数据与信息的展示。

(2)网络架构

如附图2所示：

1)在光伏电站内部署一台电站本地通信终端读取光伏电站运行数据。本地通信终端通过三种方式读取光伏电站运行数据：光伏电站主要设备运行数据通过原有的光伏电站监控系统通过串口或以太网口转发；太阳辐射测量系统数据通过串口直接发送到本地通信终端；电站关口表电量数据通过DLT645规约发送到本地通信终端。太阳辐射数据及电量数据通过本地通信终端内置的3G/4G无线网卡通过中国电信CN2专网接入光伏电站远程运行管理系统；电站其他运行数据由电站提供带宽1Mbps以上的英特网通道接入光伏电站远程运行管理系统。

2)光伏电站远程运行管理系统同时在信息内网及信息外网部署，内外网之间通过逻辑强隔离装置进行单向隔离，装置支持数据流还原与对Oralce协议解析，只容许Oracle的TNS协议穿透装置，对应用层数据内容-SQL语句进行分析、检测与过滤，阻断恶意SQL访问，保护数据库及数据内容的安全。信息外网部署通信前置服务器集群、分布式数据库集群、ORACLE数据库以及应用服务器，光伏电站监测数据保存在分布式数据库集群中，应用服务器支持对外信息服务。信息内网部署ORACLE数据库及应用服务器，ORACLE数据库保存电力系统调度、营销、经研院数据，应用服务器用于支持内网信息服务。

(3)物理架构

如附图3所示：

外网系统物理架构包括：

1)前置通信服务器集群：采用PC服务器，可支持双机热备，完成对电站本地通信终端的数据采集，并且通过NTP协议向本地通信终端提供授时。

2)HADOOP服务器集群：采用HADOOP架构应用服务器集群，用于架设商业数据库、数据仓库系统和应用服务软件。

3)ORACLE数据库服务器：由于内外网逻辑强隔离装置装置支持数据流还原与对Oralce协议解析，只容许Oracle的TNS协议穿透装置，配置外网ORACLE数据库服务器与内网的ORACLE数据库服务器构成镜像。

4)应用服务器集群：应用服务器主要提供各类前端应用服务，支持WEB及移动终端信息交互。

5)万兆光纤通信网络：光伏电站远程运行管理系统外网系统配置冗余万兆光纤通信网络以确保系统运行效率。

6)NAT交换机：由电力信通公司提供该项网络地址转换，将英特网固定IP端口映射到光伏电站远程运行管理系统外网系统，从而支持电站数据采集及信息发布服务。

7)GPS天文钟：接收GPS系统发送的标准时间，该时钟应用于对光伏电站远程运行管理系统及光伏电站本地通信终端对时，保证系统时间统一。

外网系统物理架构包括：

1)ORACLE数据库服务器：用于内网系统数据采集和数据分析管理。

2)HADOOP服务器集群：采用HADOOP架构应用服务器集群，用于架设商业数据库、数据仓库系统和应用服务软件。

3)应用服务器：用于支撑内网应用服务功能和前端界面系统。

4)工作站：用于内网人机界面应用展示。

5)千兆通信网络：用于内网数据通信。

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。