专利名称：一种风电场监控通信协议适配方法
技术领域：
本发明涉及一种电力工业通信领域的监控通信网关及其在风电场监控通信协议适配中的应用方法。
背景技术：
目前，风力发电场建设中出现了风电机组与SCADA系统之间数据不兼容导致的通 信障碍，影响到风电场的设备扩容和技术升级。国际上已经推出了风电场数据通信的标准 IEC61400-25，国际主流风电机组生产商正推出符合该标准的风电机组控制器，但风电场设 备扩容和技术升级时缺乏相应通信协议适配技术。存在解决上述问题的工程需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用网关进行风电场监控通信协议适配的方法，包括一 种监控通信网关和一种应用方法，具有低成本，高适应性，高开放性，符合国际标准等特点。本发明解决其技术问题采取的方案是(1) 一种监控通信网关，它由IEC61400-25服务器，连接适配器，MMS协议机，配置 器组成。IEC61400-25服务器以实时数据库为核心，采用IEC61400-25标准数据模型和数 据交换模型，是承载风电场监测数据和通信流程的核心组件。服务器收集、整合各数据源， 如风电机组，气象站，变电站的监测数据，以IEC61400-25标准的数据模型结构加以存储， 可通过标准约定的访问模式为上层应用提供多种数据服务，如数据的读、写、报告、日志、事 件操作、组操作。在服务器上还可对数据做适当的预处理，便于上层应用直接取用，如统计， 报警，作图等。连接适配器是网关中用于连接不同类型风电机组，SCADA系统的接口组件。连接 适配器由OPC组件、标准数据接口和配置接口组成，分为两种工作模式设备端模式和应用 端模式。在设备端模式下0PC组件通过采用OPC技术实现现场数据的接入。标准数据接 口通过对现场数据的重新建模，实现现场数据到IEC61400-25服务器数据的映射。配置接 口提供对OPC组件功能和标准数据接口建模策略的配置操作。在应用端模式下标准数据 接口从IEC61400-25服务器提取数据，OPC组件实现数据在操作系统平台上的组件对象化， 实现多种通信协议的连接。配置器承担相关配置工作。制造报文规范(MMS)协议机，负责实现抽象的IEC61400-25服务到具体的匪S服 务的映射。网关通过MMS协议机实现基于IEC61400-25标准的远程服务交互和数据通信， 网关与网关之间也通过MMS协议机通信。协议机位于OSI 7层模型的应用层，不限定底层 的实现方式。配置器是网关的配置功能接口，将基于XML文件的WPPCL(风电机组配置语言) 静态配置与基于匪S通信的动态配置相结合，通过数据库平台上的关联和配置，实现对 IEC61400-25网关及风电机组控制器的远程配置。静态配置解决数据通信系统初始化阶段的配置问题，动态配置则注重运行过程中的设备关联和配置问题。配置器由风电场配置文 件的编辑/解析工具，MMS协议的交互配置器等组成，分别提供基于配置文件和MMS通信的 配置服务。(2) 一种部署网关实现通信协议适配的实施方法将网关配置成设备端模式，架设在风电机组等风电设备端，可实现风电设备数据 源的通信协议适配；也可将网关配置成应用端模式，安装在SCADA系统平台上，实现SCADA 系统的通信协议适配。两种模式可以单独使用，解决单边通信协议适配问题；也可配套使 用，解决双边通信协议适配问题。设备端模式与应用端模式具有功能层次对等的体系结构。 实施本方法后的风电场监控通信网 络符合IEC61400-25标准。设备端模式网关和应用端模 式网关在建立关联时，通过发布自身信息模型，分析对方信息模型，建立功能关联，重构功 能关联信息模型的方式，实现信息模型的同步。本发明的有益效果是通过一种方法，同时实现风电机组和SCADA系统的基于 IEC61400-25标准监控通信协议适配，重用性高，投资收益大。风电场原有不符合标准的风 电设备及SCADA系统和符合标准的新型设备和系统均可连接使用，开放性大。
下面结合附图和实例对本发明进一步说明图1是本发明中设备端模式网关的体系结构示意图。图2是本发明中应用端模式网关的体系结构示意图。图3是本发明在风电机组通信协议与IEC61400-25标准通信协议适配工程中的实 施部署图。图4是本发明在风电机组和非标准SCADA系统双边通信协议适配中的实施部署 图。图中1.连接适配器，2.非标设备OPC客户端，3.标准数据接口，4. IEC61400-25 服务器，5.匪S协议机，6.配置器，7. IEC61400-250PC服务器，8.非标准风力发电机组， 9. IEC61400-25标准风电机组，10. IEC61400-25标准SCADA系统，11.设备端模式网关， 12.应用端模式网关，13.非标准SCADA系统。
具体实施例方式实施例1，由图1，图3可知，在保留已有风电机组发电能力的基础上，进行非标准 风电机组8、IEC61400-25标准风电机组9与IEC61400-25标准化SCADA系统10之间通信 协议适配工程中，在非标准风电机组8端架设设备端网关11。设备端网关通过连接适配器 1获得原有风电机组的监控数据。通过配置器6对OPC客户端2的配置实现与原有风电机 组通信接口的连接。网关在内部以IEC61400-25标准的信息模型重组原有风电机组信息，建立符合标 准的风电机组的信息模型，保存在IEC61400-25服务器4中。通过配置器6将原有风电机 组的信息模型的XML描述文件和数据关联的描述文件导入，实现风电机组的信息建模和数 据映射。同时，IEC61400-25服务器以标准的信息交换模型和ACSI服务对外提供抽象应用接口。ACSI抽象通信服务接口定义的模型相关的基本操作和服务，在此基础上， IEC61400-25服务器根据监控应用的具体要求实现设备自描述，事件报告，周期数据更新、 模型同步，时间同步，远程配置，文件传输等集成数据服务。匪S协议机5实现与对等匪S实体的底层的远程数据通信，实现数据的远传。匪S 协议机通过标准的IS0-9506标准对外界提供统一的通信接口。外部应用的服务请求通过 MMS报文与网关通信，进而映射到IEC61400-25服务器的服务模型进行内部处理。处理结果 则逆向映射到MMS协议集中，通过MMS协议机将结果反馈给服务请求者。通过图3所示的实施部署，将原有风电机组8的非标准监控数据和通信接口，通 过网关11的数据标准化和服务标准化对外实现标准化升级，与新型标准风电机组9和 IEC61400-25标准SCADA系统10实现通信协议适配。实施例2由图1，图2，图4可知，在其需要保留原有非标准风力发电机组8，又需要 在一定时期内沿用原有SCADA系统13，同时引进先进风力发电机组，进行扩容和通信协议 适配工程的情况下，本发明的实施部署是在原有风电机组端架设设备端模式网关11，在 SCADA主站端安装应用端模网关12组件。原有非标准风力发电机组8端的设备端模式网关11运作模式同实施例1。原有SCADA系统13端的应用端模式网关12以软件组件的形式为上层的SCADA提 供标准升级服务，将原有SCADA系统非标准的数据交换，封装成符合标准的数据服务。设备 端模式11和应用端模式网关12具有对等的体系结构，各层具有相同的任务处理能力，通信 协议适配的各流程在相同的层次上完成。在数据采集任务和控制操作任务两种反向数据流 的通信协议适配中，设备端网关和应用端网关灵活的实现服务请求者和服务提供者的角色 转换。原有SCADA系统发出的请求命令经连接适配器中已配置.IEC61400-250PC服务器 7的转接，实现IEC61400-25 ACSI服务的一一映射。在IEC61400-25服务器内以及以下层 次，请求的处理完全按照标准的服务流程，实现了命令标准化。同时参数数据也通过OPC映 射至标准的数据类型，实现数据的标准化。由于底层的数据和服务流程均为标准化的，符合 标准的风力发电机组则可直接与网关连接，进而实现与原有SCADA系统的兼容。
权利要求
一种风电场监控通信网关，它由IEC61400-25服务器、MMS协议机、连接适配器，配置器组成。连接适配器由标准数据接口，OPC组件和配置接口组成。
2.根据权力要求1所述的网关结构，该网关是一种模式可配置的风电场监控通信网 关。其特征是网关通过配置器的配置，实现设备端组件模式和应用端组件模式的设定。 通过配置，既可选择设备端模式，适用于风电机组的通信协议适配；也可选择应用端工作模 式，适用于SCADA系统的通信协议适配。
3.根据权力要求1所述网关结构和权力要求2所述的网关模式，设备端模式和应用端 模式具有分布式对等的体系结构，其特征是网关分别配备在设备端和应用端，中间通过风 电场通信网络连接，构成分布式网关体系结构。两种模式功能上均包括IEC61400-25服务 器、MMS协议机、连接适配器，配置器。采用共同的数据模型和服务模型，对底层物理通信网 络采用同一的接入方式。
4.根据权力要求3所述的网关体系结构，网关具有自组织的关联方式，其特征是网关 间通过发布自身设备信息模型，选取关联信息模型，建立通信关联的自组织形式建立网关 间的通信连接。关联的网关构成标准的数据通信平台，外部采用特定映射的方式，内部采用 标准的通信协议。
5.根据权力要求1所述的网关结构，网关是内嵌标准数据通信服务平台的风电场监 控通信网关。其特征是内嵌的标准数据通信服务平台具有标准性(符合IEC61400-25标 准)、同构性(分布的各平台具有相同的体系结构)、同步性(数据通信平台上的各网关间 保持数据同步)、扩展性(提供原始系统不具备的符合标准的附加功能服务)的特征。
全文摘要
一种风力发电场监控通信的网关及其在风电场监控通信协议适配中的应用方法。它同时解决风电机组与SCADA系统(数据采集与监控系统)之间的通信协议适配问题和风电场监控通信的国际标准化问题。其技术方案要点是通过在风电设备端和SCADA系统端分别配备由IEC61400-25服务器、MMS协议机、连接适配器，配置器组成的网关，构建一个符合IEC61400-25标准的风电场数据通信网络平台，在该平台上实现风电设备及系统基于标准的通信协议适配，解决兼容和标准化问题，实现设备间的信息共享与互操作，实现风电场的统一监控。
文档编号H04L29/08GK101825885SQ200910042760
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者段斌, 王娟, 黄凌翔 申请人:湘潭大学