（控制理论与控制工程专业论文）基于vpn技术的风电场远程监视系统设计.pdf

- f 鼍，留 、j 声r f j户 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于v 】) n 技术的风电场远程监视系 统设计，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 王鑫摹 日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：圣垂：裹导师签名： 日期：日期： p， 、r 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 文章以河北省建投新能源有限公司的远程监视系统为背景，针对当前风电场生 产信息不能集中管理、业务管理缺乏及时的数据支持、数据共享性差等问题设设计 并实现了一个风电场远程监视系统。研究了风电场远程监视系统的总体设计、监视 系统的网络组建、数据采集、w e b 监视等问题。在具体的设计中，根据信息安全 技术的研究基础以及工程实际需求，采用了基于i p s e c 的v p n 网络信息安全体系保 证数据传输网络的安全性；利用标准化的o p c 技术实现数据采集，使整个系统方便 地进行数据交换，便于系统的集成；最后应用数据库数据实时存取、a c t i v e x 控件 数据实时刷新、以及多线程数据同步处理等关键技术实现风电公司总部对各个风电 场的w e b 远程实时监视。 关键词：远程监视，v p n ，o p c ，w e b ，风电场 a b s t r a c t t h i st h e s i sb a s e do nt h eh e c i ce n e r g yc o ，l t d i nh e b e ip r o v i n c es t u d i e dt h e r e m o t em o n i t o r i n gs y s t o ma i ma tt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ：t h ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o no f w i n dp o w e rf a r mc a nn o tb em a n a g e dc e n t r a l i z e d ，p o o rd a t ac o n s i s t e n c y ，d a t ac a nn o tb e s h a r e d ，a n ds oo n m a i n l ys t u d i e d t h eo v e r a l l d e s i g n ，n e t w o r kf o r m a t i o n ，d a t a a c q u i s i t i o n ，w e bm o n i t o r i n go ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m i nt h ep r o c e s so fs p e c i f i c d e s i g n ，a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hf o u n d a t i o no fi n f o r m a t i o ns e c u r i t yt e c h n o l o g ya n dt h e a c t u a ln e e d so fp r o j e c t ，an e t w o r ki n f o r m a t i o ns e c u r i t ys y s t e mb a s e di p s e cv p ni s a d o p t e dw h i c ha s s u r e st h es a f l yo ft h ed a t ai n f o r m a t i o n ；a tt h es a m et i m e ，t h eu s eo f s t a n d a r d i z e do p c t e c h n o l o g ym a k e st h ew h o l es y s t e me a s yt oe x c h a n g ed a t aa n dm a k e s t h es y s t e mi n t e g r a t i o nf a c i l i t a t e d ；f i n a l y , w e br e m o t er e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e mi s i m p l e m e n t e db a s e do nr e a l - t i m ed a t aa c c e s sd a t a b a s e ，a c t i v e xc o n t r o l ，a sw e l l a s m u l t i t h r e a d e ds y n c h r o n i z a t i o nd a t ap r o c e s s i n g w a n gz h i y o n g ( c o n t r o lt h e o r ya n dc o n t r o le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a ow a n y e k e yw o r d s ：r e m o t em o n i t o r i n g ，v p n ，o p c ，w e b ，w i n dp o w e rf a r m ，i 一 ，p rlr l i i 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论。1 1 1 引言。1 1 2 论文研究内容及意义 1 1 3 国内外文献综述2 1 3 1 远程监视系统的国内外研究动态2 1 3 2v p n 技术的发展背景及应用现状3 1 4 相关技术j 4 1 4 1o p c 采集技术t i 4 1 4 2a c t i v e x 技术5 第二章风电场远程监视系统的总体设计7 2 1 系统需求分析：7 2 2 系统建设的必要性及其作用7 2 2 1 系统建设的必要性7 2 2 2 系统应用对企业管理的重大作用7 2 3 系统设计的主要功能8 2 4 系统的总体架构9 2 5 系统硬件平台1 0 2 5 1 概述1 0 2 5 2 监视机1 0 2 5 3 大屏幕显示设备1 0 2 5 4 后备电源1 0 2 5 5 宽带接入设备二1 0 2 6 系统软件平台1 0 2 6 1 操作系统的选择1 1 2 6 2 数据库的选择。1 1 2 7 组网模式1 1 2 8 系统安全管理1 4 2 9 远程监视系统目前面临的问题1 4 华北电力大学硕士学位论文目录 2 9 1 信息传输安全性低1 4 2 9 2 网络设计复杂且不易扩展1 4 2 9 3 网络的不稳定1 5 第三章基于v p n 的远程监视系统网络组建1 6 3 1v p n 概述1 6 3 1 1v p n 的概念1 6 3 1 2v p n 连接的优势：1 6 3 1 3v p n 的分类1 7 3 2i p s e cv p n 技术1 8 3 2 1i p s e cv p n 体系结构1 8 3 2 2i p s e c 技术的实现1 9 3 3 监视系统v p n 组网2 l 3 3 1v p n 组网方式+ 2 l 3 3 2v p n 组网要求2 2 3 3 3v p n 设备介绍2 2 3 3 4v p n 具体设置方法2 2 3 3 5v p n 安全和管理2 5 3 4 本章小结2 6 第四章基于o p c 技术的数据采集2 7 4 1o p c 技术概述2 7 4 1 1o p c 的定义2 7 4 1 20 p c 技术背景2 7 4 1 3 传统工业控制软件存在的问题2 8 4 1 4o p c 技术的优点j 2 9 4 1 5o p c 技术的应用3 0 4 2o p c 规范3 l 4 2 1o p c 数据访问规范( o p cd as p e c i f i c a t i o n ) 3 1 4 2 2o p c 报警和事件规范( o p ca es p e c i f i c a t i o n ) 3 2 4 2 3o p c 历史数据访问规范( o p ch a ds p e c i f i c a t i o n ) ：3 3 4 2 4o p c 批量过程规范( o p cb a t c hs p e c i f i c a t i o n ) 3 3 4 2 5o p c 安全规范( o p cs e c u r i t ys p e c i f i c a t i o n ) 3 4 i i 一一一一 华北电力大学硕士学位论文目录 4 2 6o p c 数据交换规范( o p cd xs p e c i f i c a t i o n ) 3 4 4 2 7o p cx i d ld a 规范3 4 4 3 利用o p c 实现数据采集3 4 4 3 1 实现框架3 4 4 3 2 实现过程3 5 4 3 本章小结3 9 第五章风电场远程监视系统的w e b 实时远程监视4 0 5 1 风电场实时远程监视的体系结构4 0 5 2 基于w e b 的监视系统监视模式4 l 5 3w e b 客户端服务器端交互的实现技术4 2 5 4 基于w e b 的远程监视结果演示4 3 5 5 本章小结4 9 第六章结论与研究展望5 0 6 1 结论5 0 6 2 研究展望5 0 参考文献5 1 致谢5 4 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 5 i i i l 【l ， 一 ， jl、11jl 华北电力大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论， 当前，能源、环境成为人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、 石油、天然气为主，它们不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。风能的利用 可减少常规能源的损耗，从而减少c o s o 的排放，对环境、生态平衡及改善能源结 构具有重要意义。随着世界环境的不断恶化，环保呼声日益高涨，各国更加注重发 展风力发电，在科学技术进步的强有力的推动下，风力发电的发展令人瞩引。 但是当前的风力发电行业总体状况是：我国风电场的运行管理水平与国际先进 水平相比尚有很大差距，综合容量系数还不到2 0 。我国风电场建设经过十多年 的努力取得了可喜的进展，出现了跳跃式发展的大好局面【2 1 ；但是风电场的运行管 理尚处于落后水平，缺乏规范化管理的现象还比较普遍，影响了风电企业适应市场 经济的能力。因此为了实现风电企业生产信息的集中管理，加强信息的综合利用， 有必要建设风电场远程监视系统。 当今时代知识经济高速发展，各学科不断吸收新技术且互相渗透。管理信息系 统也在不断发展，其边界越来越模糊，信息管理的含义不再是狭义的管理及生产业 务处理无纸化，而是有了更广义的扩展，包括资产管理( 设备管理、物资管理) 、 生产管理( 运行管理、安全管理、技术管理) 、经营管理( 生产与统计管理、财务 管理、成本与报价管理) 、办公自动化( 办公事务管理、档案管理、人力资源管理) 等全方位多层次管理。随着软件开发技术进一步提高、企业管理水平的进一步完善， 整个风电企业集成管理系统将彻底消除“信息孤岛”，向信息集成、资源优化、智 能管理等方向发展，实现节能降耗、提高效益、体现实时成本功能，从根本上提高 企业的市场竞争力。 另外，随着互联网技术的不断深入发展，基于网络的监视技术正在逐渐被人们 所应用。互联网虽然实现了信息资源的极大共享，但互联网是一个开放性的网络， 也存在着安全隐患。v p n ( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k 虚拟专用网) 的出现，可以帮助 用户建立可信的安全连接，并保证数据的安全可靠传输。因此基于v p n 技术构建风 电场监视系统传输网络成为很好的选择。 1 2 论文研究背景及意义 本课题选择是基于河北建投新能源有限公司的远程监视项目。 河北建投新能源有限公司是河北省建设投资公司全资子公司，成立于2 0 0 6 年7 l ， 嚼 lli 华北电力大学硕士学位论文 月，专业化发展风电、核电、太阳能等新能源事业。并承担项目规划、开发、建设 ( 包括勘察、选址、投资、建设等) 有关技术咨询、技术服务、技术开发、技术合 作、人员培训等咨询与服务；进行新能源技术交流；开发电力环保、节能、可再生 能源技术和设备等项相关业务。 目前，建投新能源已有康保卧龙山风电场( 3 0 m w ) 、沽源五花坪风电场 ( 3 0 6 m w ) 并网运行，在建风电场有崇礼一期、蔚县期、海兴一期风电场。至 2 0 1 0 年总装机容量将达到1 3 0 0 m w 。但是各风电场运行状态如下： ( 1 ) 数据共享性差，数据重复录入，造成数据的不一致性，且难以纠正，更造 成人力、物力资源的浪费； ( 2 ) 业务管理缺乏及时的数据支持。 为了实现风电场生产信息的集中管理，加强信息的综合利用，有必要建设风电 场远程监视系统，本课题正是应这一新型的应用要求研究其可行性和实施的方式。 该系统投入运行后对风电企业的管理有重大作用： ( 1 ) 对决策层领导，可使他们对如何充分利用信息系统来加强企业的现代化管 理做到心中有数，从而实现科学化的决策； ( 2 ) 对职能部门和业务管理部门，可使他们用一种规范化的、定量化的、科学 化的方法解决管理控制和运作问题，集中管理数据，实现用户共享。 1 3 国内外文献综述 1 3 1 远程监视系统的国内外研究动态 远程监视是指授权用户利用计算机或移动设备，通过有线或无线网络传输技术 实现对远端现场的监视、控制和管理。远程监视最早来自于医疗系统中的远程诊断 系统，计算机软硬件技术、网络通信技术和电子技术的飞速发展，为远程监视系统 的研究和开发提供了坚实的基础。i n t e m e t 和工业控制技术的结合，使控制技术得到 飞速的发展。国内外远程控制的应用与研究取得了良好的效益 1 9 9 7 年1 月，首届基于i n t e m e t 的远程监视诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理 工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了 有关远程监视系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等， 并对未来的技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发了基于 i n t e m e t 的下一代远程监视诊断示范系统，这项工作得到了制造业、计算机业和仪器 仪表业的s u n 、h p 、b o e i n g 、i n t e l 、f o r d 等1 2 家大公司的支持和通力配合。之后，由 这些公司共同推出了一个实验性系统t e s t b e d 。t e s t b e d 用嵌入式w e b 组网、用实时 2 白 l 。 - 华北电力大学硕士学位论文 j a v a 和b a y e s i a nn e t 初步形成在i n t e r n e t 范围内的信息监视和诊断推理。 另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e n s y s t e ma l l i a n c e ) 、s m f p t ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、 c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t i o na n de n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 等，也纷纷通过网络进 行设备监视与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换的格式和标 准。许多大公司也在他们的产品中加入了网络模块，如b e n t l y 公司的计算机在线设 备运行监测系统d a t am a n a g e r2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换的方式向远程终端发 送设备运行状态信息；著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司也在它的产品l a b w i n d o w s c v i 以及l a b v i e w 中加入了网络通讯处理模块，从而可以通过w w w 、f i t 、 e m a i l 等方式在网络范围内进行监视数据的传送；法国“a l a r m 研究小组对生产 过程的智能报警和监视系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。 国内对于远程监视技术也开展了积极的研究。在实际应用方面，东大阿尔派公 司为自己的畔品开发了远程维修诊断系统，借助i n t e r n e t 网络，实现对分布在各地 的c t 机的远程诊断和维修。在国家科委的8 6 3 计划中，设立了机器人网络通信与远 程诊断_ 。维修技术专题；上海科技网把基于i n t e r n e t 的远程诊断等纳入自己未来的发 展目标。西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得 较为先进的研究成果：清华大学机械系设计一套基于硬件的网络控制实验，这套网 络实验采用目前流行的j a v a 、m a t l a b 、流媒体技术和网络集成，将算法嵌入到服 务器中，其3 d 测量的实验就证明网络实验比传统实验的优越性；由西安交通大学 开发的基于i n t e r n e t 的快速成型和快速加工技术，只要用户安装w w w 浏览器，就可 以通过h t t p 协议获得远程服务部t s b ( t e l e s e r v i c eb u r e a u ) 的在线技术支持和数据 交换，如提供3 dc a d 文件和物理模型，加工测试数据反馈给t s b 等；华中科技大学 开发的“汽轮机工况监测和诊断系统“k b g m d ；哈尔滨工业大学的“微计算机 化机组状态监视与故障诊断专家系统m m m d e s ；浙江大学开发的基于i n t e r n e t 的 实时控制实验室，有液位控制、加热炉微机控制、温度显示、步进电机控制、连续 搅拌反应釜流量控制等设备l l 。 经过多年的发展，我国监视系统建设在技术水平和实际应用等方面都取得了长 足的进步。然而，目前国内已建成的监视系统大都自成体系，相互间缺少统一规划 和技术协调，不能有效地实现联网和信息资源共享，然而随着技术和经济条件地提 高，这些问题将会而逐渐得到解决。 1 3 2v p n 技术的发展背景及应用现状 当今，随着企业的发展壮大与国际化，它们的分支机构越来越多，随之而来的 是相互间的信息传输和网络互连也越来越复杂。常规的方法是各自租用专线，但这 3 华北电力大学硕士学位论文 样的连接方式一是要支付昂贵的通信费用，二是缺乏灵活性，对于地理位置的改变 不能很好的适应。如果通过公共的i n t e r n e t 互连又很难保证其安全性，因为i n t e r n e t 是一个开放性的、基于t c p i p 技术的、不可管理的国际互联网络，基于i n t e r n e t 的 信息传输就面1 1 6 i 各种威胁和安全隐患。在这样的背景下，一种基于公用网络的动态、 安全的连接解决方案一v p n 就成为时代之需。v p n 技术的成功引入可以从根本上满 足各行业用户的低通信费用和高灵活性的双重需求，更重要的是它可以提供与专用 网络想媲美的通信安全保障。 v p n ，英文全称是v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ，中文名为“虚拟专用网”。它是一种 新型的远程网络访问技术，通过特殊设计的硬件和软件，直接通过共享的i p 网所建 立的隧道来完成的。通过v p n 可以实现在公网上传输私有数据，达到私有网络的安 全级别，从而利用网络构筑企业专用网。它兼备的公网的便捷和专用网的安全，是 介于公众网与专用网之间的一种网。 2 0 0 2 年是中国v p n 市场的高速发展期，江苏小天鹅集团、广东美的集团等都 成功应用v p n 实现了内部沟通管理，并有效的推动了企业的发展。对于政府只能部 门来说，v p n 更能以很低的成本实现大区域的资源共享，例如海口社保局就采用了 v p n 来实现与各医院的联网，把各医院和社保中心连接在一起，保险入可以及时使 用医疗保险资金支付医疗费用，方便了市社保局与各医院之间的结算，市社保局从 而为保险人提供更加人性化、更加方便快捷的服务。 虽然中国的v p n 市场发展很快，但它仍处在发展初期，据美国调研公司 i n f o n e t i c sr e s e a r c h 的报告，2 0 0 3 年全球虚拟专用网服务的销售额达1 8 0 亿美元，2 0 0 5 年取得了总销售额2 3 0 亿美元的骄人业绩，预计到2 0 0 9 年还将增长2 2 。而中国 v p n 几千万美元的市场规模与中国如此巨大的市场显得很不匹配，v p n 无疑还有着 巨大的发展空间【1 5 l 。 1 4 相关技术 1 4 1o p c 采集技术 o p c 全称是o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l ，是过程控制业中的新兴标准。在过去，为 了实现不同生产装置的d c s 系统和数据采集接口之间的数据通信，必须花费很多时 间去开发专用的通信接口程序。o p c 新技术标准的出现为数据采集接口和现场过程 控制d c s 系统应用建立了桥梁。o p c 以o l e c o m d c o m 机制作为应用程序级的 通信标准，采用客户服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三 方厂家，以o p c 服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系 统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。 4 f 。 华北电力大学硕士学位论文 近几年来，o p c 技术不断发展，产品日臻完善，在全世界工控行业得到了广泛 的应用。全球o p c 基金会成员已达3 0 0 多个，已成为工控领域最新、应用最广泛的 软总线标准。随着自动化技术的不断提高，现有的o p c 技术的发展已经远远的超出 了原来取代驱动程序的初衷，而成为微软公司d n a - m ( d i s t r i b u t e di n t e r n e t a p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r ef o rm a n u f a c t u r i n g ) 结构的核心。o p c 和d c o m 、x m l 三者 结合，在软件模块的连接和系统集成领域中取得了很大的成功，实现了现场设备与 监视系统之间、监视系统与企业管理之间，以及监视系统与i n t e r n e t 之间的信息集 成。o p c 基金会经过不懈的努力，发布了o p c 数据交换( d a t ae x c h a n g e ) 规范和示例 程序代码，作为一种由o p c 基金会提出的实现工业自动化和企业级互联的互操作解 决方案，o p cd x 允许数据在不同的控制器平台和基于以太网的系统架构间传输， 从而保证最终用户能够在其工厂的多种不同控制系统之间实现高性能的互操作。由 于o p c 接口的开放性、互联性、产业性的特点使得o p c 技术在工业过程控制中得 到了广泛的应用。 o p c 技术在电力系统中有着广泛的应用，在多调度端和多变电站的分布式系统 中，o p c 服务器可作为远方变电站和调度中心之间的通信桥梁，不但可以从各个远 方变电站读取实时数据，实现差错控制、传输控制、速率变换和报文处理，还可以 将实时数据传送给调度主站，同时将调度主站的控制命令分发给各个远方变电站， 从而完成数据采集、规约转换等重要的处理任务。o p c 服务器可以作为电力远程通 信系统中系统集成与数据交换的重要工具。 o p c 中国促进会是o p c 基金会的中国分会常设机构，自成立以来一直以本地 化的形式加强中国与o p c 国际基金会的联系以及信息技术的传播，推广o p c 在工 业及商用领域的应用。虽然国内起步较晚，但鉴于o p c 巨大的技术和经济优势， 越来越多的科研院所和公司投入到o p c 的研究和应用中。 1 4 2a c t i v e x 技术 a c t i v e x 是m i c r o s o f t 提出的一组使用c o m ( c o m p o n e n t0 b j e c tm o d e l ，控件对 象模型) 使得软件控件能在网络环境中进行交互的技术集。作为针对i n t e r n e t 应用开 发的技术，a c t i v e x 被广泛应用于w e b 服务器以及客户端的各个方面。同时，a c t i v e x 技术也被用于方便地创建普通的桌面应用程序。 把a c t i v e x 控件嵌入到网页中，可以灵活地实现想要实现的几乎任何功能。嵌 入在网页中的控件可以是有界面的，也可以是无界面的。可以开发一个专门用于浏 览器端和实时数据库端进行数据通信的无界面a c t i v e x 控件。它具有某些属性和方 法以及外界可以捕获的事件，对控件的控制就是通过这些属性、事件和方法来实现 的。在网页中用脚本编程设置控件的属性，对事件进行响应，调用控件的方法。此 5 华北电力大学硕士学位论文 _ 二= 一一一一 处，通过脚本控制控件获取实时数据。并把数据分发到用于动态显示监视点数据的 网页元素中。从而实现各个流程监视画面。这样，控件起到了实时数据通信的作用， 而客户端脚本起到了数据分发的作用。 6 j 7 华北电力大学硕士学位论文 第二章风电场远程监视系统的总体设计 2 1 系统需求分析 风电场远程监视系统的总目标是以生产管理为基础，全面实现数据共享。充分 结合了风电企业管理的目标，使系统能为完成企业的各项任务提供及时、完整、准 确的信息服务，帮助风电企业提高现代化管理水平。包括： 1 加强基础数据管理，实现信息资源共享。 2 系统基本覆盖公司的主要部门，使管理人员和专业人员能及时准确地获取 相关风电场的运作状况，并据此有效地对其进行控制与管理。 3 能及时、准确、完整、规范地收集企业生产信息，利用计算机技术对信息 进行快速地加工、处理，及时提供各类统计分析报表，图表。 4 建立完善的实时数据库系统，实现信息资源的共享，为风电企业的管理、 决策提供信息服务。 2 2 系统建设的必要性及其作用 2 2 1 系统建设的必要性 当前风电场运行的状况为： 1 基础数据管理不完善，数据统计、分析缺乏科学的计算软件。 2 数据共享性差。数据重复录入，造成了数据的不一致性，且难以纠正，更 造成人力、物力资源的浪费。 3 业务管理缺乏及时的数据支持。 4 领导不能随时了解全公司的运行检修管理信息，不能方便的获得所需要的 信息。 为了实现风电场生产信息的集中管理，加强信息的综合利用，有必要建设风电 场远程监视系统。 2 2 2 系统应用对企业管理的重大作用 该系统投入运行后对风电企业的管理有重大作用： ( 1 ) 对决策层领导，可使他们对如何充分利用信息系统来加强企业的现代化 管理做到心中有数，从而实现科学化的决策； 7 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 对职能部门和业务管理部门，可使他们用一种规范化的、定量化的、科 学化的方法解决管理控制和运作问题，集中管理数据，实现用户共享。 风电企业管理功能模型如表2 - 1 ： 表2 1 风电企业管理功能模型表 业务功能树主管单位业务功能分支业务关联单位 运行日报、工作票管理、操各风电场生产部门 生产运行管理生产部门作票管理设备启停及状态如安监部、生产部 管理 设备检修计划管理、设备缺各生产部门如安监 设备检修管理生产部门陷管理、大小修管理，标准部、生产部、各风电 作业管理、检修工具及人员场，物资部，计划部 管理、检修费用管理 统计分析财务部生产指标统计、量本利分财务部 与辅助决策计划部析、计划统计分析、安全可经营部 公司领导靠性分析计划部 2 3 系统设计的主要功能 远程监视系统具体功能如下。 设置和存储系统运行所必需的各项信息，如背景图案、快捷按钮、用户密码等 信息； 控制远程监视系统中主要运行数据的刷新时间； 以图形或列表界面的形式显示风电机运行的主要信息，用户可以根据需要在图 形和列表界面间切换。在图形界面中系统可以显示风电机名、风电机当前状态、 瞬时风速、瞬时功率、风电机是否故障等主要信息： 用户通过简单的操作可以获取到主要信息中没有的其它数据，例如：温度数据、 电网数据、统计数据等； 及时提示风电机运行状态，对有故障的风电机报警，并提示故障编号和故障说 明； 查询主要运行数据； 查询风电机故障信息； 查询单台风电机的月和年报表，报表内容根据各种机型的协议情况确定； 查询全场风电机的日、月和年报表，报表内容根据各种机型的协议情况确定； 绘制各种图形，包括：功率曲线、风速变化曲线等。 8 华北电力大学硕士学位论文 2 4 系统的总体架构 ， ： 。 远程监视系统是一个覆盖整个风电企业的大型综合系统，业务范围涵盖不同地 区的多个风电场，而且各个风电场所遵循的协议也不相同。虽然系统的组成非常复 杂，但是总体架构都一致，如图2 1 。 图2 - 1 风电场远程监视系统的总体结构 整个系统通过网络全部连接在一起。数据库的接口在数据库厂商提供数据库接 口的基础上进行统一的开发。以满足综合数据查询和远程数据访问、分布式数据存 取的需要。对于各部门科室人员来说，通过数据库厂商的数据库接口可以访问本地 局域网上的数据库，也可以通过远程数据库接口程序访问远程数据库。 整个系统保持具有良好的数据接口，使得子系统与子系统之间，下级系统与上 级系统之间具有平滑的数据连接。同时各个系统都保持相对的独立性。 9 华北电力大学硕士学位论文 2 5 系统硬件平台 2 5 1 概述 系统硬件按功能划分主要包括以下几部分，分别是所有监视点配备的监视机、 大屏幕显示设备、u p s 及调制解调器宽带接入设备。 2 5 2 监视机 为所有监视点配备监视机，监视机的选择对系统建设来说是一个重要因素，因 此，监视机的选型应注重稳定可靠、并有良好的扩展性。风电公司、各风电场各配 备一台监视机。监视计算机的配置如下： 计算机采用i n t e lp 43 2 g h zc p u ； 计算机内存r a m 不低于2 5 6 m ； 配置3 5 英寸软驱和光驱； 硬盘不少于4 0 g ： 显示器不小于1 7 ，分辨率不低于1 0 2 4 事7 6 8 掌2 5 6 v g a ；。 操作系统m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 专业版。 2 5 3 大屏幕显示设备 风电公司总部拥有多个风电场，为使监测信号清晰便利观测和进行统一监视，采用 大屏幕显示设备或多媒体背投影方式。 2 5 4 后备电源 不问断电源( u p s ) 为系统提供高性能的电源管理。能够保证在停电情况下维 护人员及时有效的处理监视机，保证监视系统不会因为突然停电而造成破坏。在各 风电场、风电公司各配备一套。 2 5 5 宽带接入设备 在各风电场采用宽带接入设备实现网络连接。如不具备该条件，可采用调制解 调器，各风电场及风电公司总部可根据实际情况安排。 2 6 系统软件平台 风电场远程监视系统在软件环境的选择上要力求先进、实用，以便实现远程监 视系统在软件环境上更新换代，满足用户对人机对话和操作等方面的新要求。有一 1 0 厶 q 华北电力大学硕士学位论文 个功能强大、高性能的系统软件支撑环境，将能充分保证应用软件功能的发挥，更 好地便于用户系统的管理和维护。 2 6 1 操作系统的选择 选择w i n d o w s 作为开发平台，它提供了不同予以往命令行的操作手段，对计算 机的操作是通过对“窗口 、“对话、“图标 、“菜单等图形画面和符号的操作来 实现的，并创建了友好的界面。以w i n d o w s 为平台的风电场应用软件是风电领域软 件的发展方向。它操作简单，是风电场运行技术人员较理想的应用工具。 2 6 2 数据库的选择 选用i n d u s t r i a ls q ls e r v e r 数据库对各种数据进行管理。i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 数 据库是适用于工厂和过程数据的开放的、高性能的实时关系型数据库，内嵌了 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 。i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 将m i c r o s o f ts q ls e r v e r 的强大功能、开 放性和灵活性与实时系统的高速数据采集和高效的数据压缩特征结合了起来。利用 s q l 作为后端( 服务器) 和前端( 客户) 计算机之间的标准接口保证了不依赖与工 业软件环境的开放性和灵活性，可在企业各处对工厂的数据进行查看，分析和报表， 减少繁重的人工记录数据。 i n d u s t r i a ls q ls e r v e r 数据库的优点如下： s q l s e r v e r 是基于w i n d o w s 2 0 0 0 2 0 0 3 平台的最好的数据库； 几乎所有主要的数据库服务器生产厂家、大多数开发工具和语言都支持 s q l ； 可以全分辨率存储大量的数据，服务器可以在两秒钟内存储数百条至几万条 数据； 可以将数据存储很长时间，服务器有大量的全分辨率数据。 2 7 组网模式 根据各通迅条件的不同，远程监视系统与中央监视系统的通讯连接一般有三种 连接方式供用户选择： ( 1 ) 通过电信网络实现点对点的拨号连接 该连接方式是利用现有的电信电话网络，在中央监视计算机与远程监视计算机 上各安装一套调制解调器设备，通过拨叫对方的电话号码建立连接。这种连接方式 的数据安全性高，但由于风电场分布在全国各地，连接属于长途电话，费用较高。 连接示意图如图2 2 所示。 1 l 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 2 点对点拨号连接通信方式 ( 2 ) 通过网络利用虚拟专用网方式实现连接 该连接方式是利用现有的电信电话网络，在中央与远程监视计算机上各安装一 套a d s l 或调制解调器设备，两端同时连接到i n t e r n e t 网络上，通过i n t e r n e t 功建立 v p n 网络连接。这种连接方式的数据安全性较低，但由于数据是通过i n t e r n e t 网络 传输的，费用较低。 在数据安全性方面，因v p n 技术对所有的数据流量均经过加密和压缩后才在 网络中传输，这样给用户信息提供了一定安全性保证。在通讯两端安装防火墙设备， 以防止病毒和其它一些有害信息对监管系统的破坏，更能进一步提高系统的安全 性。连接示意图如图2 3 所示。 图2 - 3 基于v p n 的i n t e r n e t 网络连接通信方式 ( 3 ) 通过g p r s 无线网络实现连接 该连接方式是利用现有的移动无线通讯网络，在中央与远程监视计算机上各安 装一套g p r s 设备，两端设备通过无线通讯网络拨叫对方建立连接。这种连接方式 1 2 华北电力大学硕士学位论文 数据传聋l率较低，费用是根据数据 弋 么豳臣歹 嗣 l 盆t力 夕 丁量 u i j l 用 l 、，一毽鼍嫩k 措 图2 4g p r s 无线网络连接通信方式 以上三种通讯方式的比较如表2 2 ： 表2 - 2 三种通讯方式比较表 通讯方式 安全性费用实现条件 备注 点对点的 高高有线电话速率低 拨号连接 低( 但可以通过 建议有条件 i n t e m e t 安装防火墙和 低 可以上互联 地方采用该 网络连接 数据加密等措 网 施保证安全性) 方式 g p r s 无线 中 根据数据 无线网络覆 盖并支持速率低 网络连接流量计算 g p r s 的区域 上述三种方案中，利用电话线拨号方式，在现阶段比较常用，现有的风电机远 程监视系统一般也采用这种方式。由于采用电话线拨号方式进行连接，是点对点的 茧；辅黼挥彝企牲直系讨俪日膏谛岳喃了宜碉立时监婀一霪，4 爪时如 坌涵 而且是长途，费用较高。利用i n t e m e t 网络方式连接，数据是通过i n t e r n e t 网络传输 的，费用较低。不过由于数据是通过i n t e r n e t 传输，数据的安全性较低，可通过数 据加密、压缩和安装防火墙，来提高数据和系统的安全性。通过g p r s 无线网络连 接，减少了风电场对通讯系统可靠性的要求，只要是在无线通讯网络能够覆盖的范 围内都能实现。由于风电场一般都在沙漠、海岛、高山上，远离城市，通讯设施相 对较差，应根据实际具体情况进行具体分析。本文中考虑实际现场情况，确定采用 第二种网络连接方式，即基于v p n 的i n t e r n e t 网络连接通信方式。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 2 8 系统安全管理 1 安全保密措施 用户登录入网必须进行身份鉴别； 按级别和授权，操作、使用数据库信息。 2 计算机系统的安全 计算机场地环境应符合g b 2 8 8 7 8 2 的规定。 计算机局域网的安全要求应符合g b 4 9 4 3 - - 8 5 ( 规 定。 3 数据存贮与备份 各子系统中的基础数据应随时存贮在当前运行系统中； 为便于查询且作同期数据比较，各子系统的加工处理结果至少在当前系统中 保持1 年； 所有基本档案数据都应进行备份； 所有加工处理结果都应做定期备份； 采用数据库转储并建立日志，以便能完整的恢复数据库。 2 9 远程监视系统目前面临的问题 2 9 1 信息传输安全性低 监视系统的安全需求应该以监视信息在网络上传输时受到机密性、完整性和真 实性的保护为目的，其安全威胁主要有对硬件实体的威胁和攻击、对信息的威胁和 攻击、计算机犯罪、技术缺陷、病毒等。基于i n t e r a c t 的监视需要通过互联网传输 数据和控制命令，由于i n t e r n c t 是一个全球性和开放性的、基于t c p i p 技术的、不 可管理的国际互联网络，日前正面临着恶意的信息威胁和安全攻击。 2 9 2 网络设计复杂且不易扩展 由于监视点地理位置分散并且不确定，随着将来应用的不断扩展，网络互连就 会变得复杂并且难以管理。如果通过专线架设网络，链路需要重新进行安装配置和 管理的任务就会变得复杂并且难以维护。有了v p n 之后，真正达到了要连就连，要 断就断，同时v p n 网络可以支持新兴的各类应用，具有很