数据集中控制中心设计方案

1、精选优质文档-倾情为你奉上 数据采集器、数据转发软件系统设计方案目 录第一章 系统设计原则1.1 项目背景集控平台系统集成、协议转发系统，它能够将各电站的逆变器、等设备的实时、历史和故障等信息统一采集、集成、存储、处理后以协议转发至集控平台。通过建设数据集成、转发系统，可以对分布式屋顶太阳能电站以及地面电站的过程数据，监测、记录、分析、指导。实时监控各种能源设备的运行情况，可以实时发现设备异常、评估电站发电效率和投资回报率，促进企业管理水平的进一步提高及运营成本的进一步降低。1.2 设计总体原则系统集成、协议转发系统必须能够适合多厂家设备和各种通信环境，因此，应当采用国际通行的数据接口标准。系

2、统具备足够的扩展性，以便将来能平滑升级以支持更多的光伏及其他类型电站的接入和管理。保证数据传输的经济性、稳定性、安全性。数据集成、协议转发系统应采用IEC61400-25系列标准进行数据规划和数据通信。数据集成、协议转发系统应严格按照光伏电站建设有关技术防范的规定建设实施，软件和硬件上均满足长期稳定可靠运行，通讯网络采用GPRS无线传输方案以适应不同终端设备接入要求。1、技术先进性采集、传输、监控设备均选用先进产品，本项目技术方案融合了计算机、互联网、通讯、工业控制等领域的新技术：多线程、通讯中间件、图形管理、实时数据库、动态脚本语言、海量数据分析、负载均衡等技术。2、数据实时、完整性采用多线

3、程技术，根据所监控设备的多少自动分配线程，实现负载均衡。能够完成不同厂商、不同种类、不同型号设备的监测数据统一完整采集；业务流程完整性：系统能够提供多用户多电站的实时数据、历史数据、周期采样数据、事件数据等，时报表、日报表、月报表、年报表等数据报表和图形报表等。总部历史数据自动补全，保证数据的完整。3、规范性系统建设遵循有关国家标准、国际标准、电力行业有关标准。制定或完善相关标准规范，确保监测设备、监测数据通讯的规范性。界面设计遵循有关界面设计规范。4、可靠性系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品，各模块间互相独立，互不干扰，在设备更换时不影响整个系统的正常工作，保障系统全天候正常运行；系统的局

4、部故障不影响整个监控网络的正常工作。5、电磁兼容性现场采集器硬件设备具有良好的电磁兼容性，监控设备本身不产生影响被监控设备正常工作的电磁干扰，并具有较强的抗电磁干扰的能力。6、安全性监控系统硬件采集回路具备有良好的保护机制，不会因采集回路造成被监控设备电路发生断路、过流和短路等故障，不会对被监控设备造成损害。监控系统硬件设备应具有良好的防护性能，不会对人员的身体造成伤害。7、扩展性l 硬件扩展性：系统能够广泛适配新接入的设备通信接口，方便光伏电站系统扩容。l 软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸。8、开放性l 系统能够同集控系统进行数据信息交换。9、集成性能够集成光伏相关设备关监测

5、数据，分类处理，分类存储，统一转发。10、节能性充分考虑整个设计环节的节能标准，在达到使用要求的基础上，尽可能地节约能源和资源。11、经济性系统配置满足性能价格比在各种同类系统和条件下达到最优，并充分考虑系统的运行和维护成本，并使之达到最小化。1.3 参考标准l GB1526-89 信息处理数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文字编制符及约定l GB/T12504-90计算机软件配置管理计划规范l GB/T13702-92 计算机软件分类与代码l GB/T14079-93 软件工程术语l GB/T15629.3-1995 中华人们共和国计算机信息安全保护条例l GB/T

6、15532-1995 计算机软件单元测试l DL5003-92 电力系统调度自动化设计技术规程l DL476-92 电力系统实时数据通信应用层协议l IEC 61850变电站通信网络和系统协议l Q/GDW 617-2011光伏电站接入电网技术规定l 光伏并网发电监控系统标准草案l 国家电网公司光伏电站接入电网技术规定1.4 使用条件序号名 称单位标准参考值1周围空气温度最高气温+45最低气温-10最大日温差K252海拔m20003太阳辐射强度（户外）Wcm20.14污秽等级3.1厘米/千伏5覆冰厚度mm106风速/风压（户外）m/s/Pa34/7007湿度日相对湿度平均值%95月相对湿度平均

7、值908地震烈度度VI第二章 系统功能及特点2.1 系统功能该方案结合计算机、工业控制领域和互联网的海量数据处理技术，双机热备份环境开发（使用云服务器，做热备），通过数据采集器获取底层设备原始数据，中间协议转发程序服务器负责协议采集、存储、配置、处理、中转、输出,接受集控平台的召唤。管理软件主要功能包括：（1）实时数据采集交换（2）整体运行状况监控（3）设备运行状况实时监控（4）环境数据实时展示分析（5）故障与报警转发协议转发平台的主要功能包括：（1）配置点表（2）数据解析（3）数据处理（4）集控平台协议开发数据采集器的具体采集要求如下：（包括但不限于）逆变器 （1）接入目的：监测和控制 （2

8、）采集的基础数据： （3）累加参数：当前总功率、发电量（日、月、季度、年、总）、二氧化碳减排量（日、月、季度、年、总）、报警次数； （4）运行参数：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、电流、逆变器机内温度、时钟、频率； （5）运行状态：运行、关闭、待机；（6）报警警数据：逆变器厂商所提供的设备报警数据，系统保证不遗漏任何一家厂商设备的任何一个原生告警。（7）控制的内容：开启、停止、参数设置/调整 （8）通讯方式：RS485 /Modbus协议2.2 系统特点该系统为大型分布式能源数据集成、转发系统，需要有灵活的扩展能力。必须稳定处理相关数据，不得出现接入电站的大规模同时掉线故障。电站名称,

9、采集器/逆变器名称等都需要业主在集控平台中输入。主要技术特点为：l 分布式：客户所管理的电站分布在不同的位置，通过GPRS进行数据传输。l 海量数据:预估数据量为100万亿条，数据量非常大，需要响应时间<50ms, 需要强大的数据库处理能力和数据优化算法。l 扩展性要求高，需兼容各第三方系统。第三章 系统集成方案3.1总体目标在阿里云架设中间接口服务器，由电站现场的GPRS采集器将不同逆变器相关数据采集后，上报至中间接口服务器处理、存储并统一以规约通过服务器中转至集控中心平台。中间服务器必须实现双机冗余与自动切换，另由于项目数量较多，且分批实施，要求系统扩展性要好，数据量较为庞大，需要考

10、虑充分，以满足大的数据量的运算处理和扩展的需要。系统架构如图所示：3.2系统设计原则1、技术先进性n 技术方案融合了计算机、互联网、通讯、工业控制等领域的新技术：多线程、通讯中间件、实时数据库、动态脚本语言、海量数据分析、负载均衡等技术。2、数据实时、完整性n 采用多线程技术，根据所监控设备的多少自动分配线程，实现负载均衡。n 系统能够完成不同厂商、不同种类、不同型号设备的监测数据统一完整采集；n 业务流程完整性3、规范性n 系统软件设计质量标准与流程。4、扩展性n 软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸。5、开放性n 系统能够同各系统进行标准数据信息交换。6、集成性n 能够集成光伏

11、电站运行参数、环境和气象信息等等监测数据，分类处理，分类存储，统一转发监测数据。3.3系统设计路线整个系统从下而上分为光伏设备层、通信层、数据采集接口层Ø 设备层光伏电站设备的设备支持常用数据传输协议如MODBUS/485等，由数据采集器或者通讯管理机将不同设备的数据进行解析，并通过有线、无线及internet或专用网络等网络同监控（集控）中心交换传输数据信息。Ø 通信层通讯层可以支持以太网、GPRS/3G、光纤等不同底层通信方式进行通信，考虑到数据采集时间要求较短以及响应速度要求较高，建议采用数据较快的通信方式。Ø 数据采集接口层采集接口层接收光伏采集设备上传的

12、数据，接口层以MODBUS TCP的方式与光伏设备进行通信。采用非阻塞式多线程进行设计，保证数万台设备的同时方位。并且，该系统集成了主流汇流箱、逆变器、直流柜等的通信解析模块，可以无障碍的于这些设备通信。对于新增加的设备，可以通过编写通信解析接口的方式进行纵向扩展。Ø 数据库层数据库层包括实时数据库和历史数据库。实时数据库采用事件触发模式通讯，减少CPU的利用率；支持10万个标签点，每个标签点需要单独设置访问权限；支持在线修改；实时数据刷新速率高。历史数据库支持10万个标签点，每个标签点需要单独设置访问权限，支持毫秒级的数据存储，数据存储间隔时间不超过10秒，数据可以保存20年以上，

13、查询速度快，支持按数据值变化来保存，定时保存等特性；支持多种查询模式；历史数据检索速度迅速，100万亿条历史记录查询任意标签点任意一天的历史数据记录的响应时间小于50毫秒。3.4系统技术架构技术架构，如下图所示：3.5采集接口层详细方案采集接口层负责将数据采集设备接入到系统中，获取光伏设备(汇流箱及逆变器)、环境监测仪的实时和统计数据以及各类设备运行状态数据。在中间服务器对数据进行采集处理后，通过数据接口向集控平台提供数据服务。作为数据采集、转换的平台最底层的数据入口，接口层承载大数据量的实时数据获取功能，使之成为平台中实时数据的最主要来源。数据采集系统的稳定运行是系统稳定可靠运行不可或缺的基

14、础组成部分。数据采集接口层的技术架构如下图所示：要求接受多种光伏设备的数据，是实时监控和上层管理的基础，数据延时、缺失或错误会引起错误的监控操作或管理判断，对设备正常使用和生产管理造成严重影响，因此必须保证采集交换系统中获取的数据及二次数据完整正确，并通过各数据接口及时传输到集控系统。因此对接收并发有着很高的要求。同时要兼容多种MODBUS或者RS485/422的设备，需要集成多种设备的通信协议。最后，还需要考虑接入其他新能源项目，所以需要具有良好的扩展性。本系统采用自主开发的接口服务中间件来提供异步的、的数据采集功能，主要特点有：l 海量并发 l 处理大容量数据流更简单l 处理协议编码和单元

15、测试更简单l I/O超时和idle状态检测l 的关闭更简单，更安全l 更可靠的OutOfMemoryError预防l 基于OIO和NIO的UDP传输l 本地传输(又名 in-VM传输)l 可通过添加解析组件灵活扩展需要进行通信的设备Ø 性能压力测试结果测试环境服务器1台配置: 8核CPU 16G内存操作系统:centos测试方法:用程序共创建12万个socket长连接,连至服务器,每个连接每5秒钟进行一次数据交互.查看服务器资源占用情况。测试结果:在稳定状态下,服务器CPU占用率约15%, 占用2G内存,交互无延时。数据解析处理模块集成了常见光伏设备如逆变器、汇流箱、气象站等的MOD

16、BUS/485协议，因此可以迅速对设备进行接入。同时可以灵活扩展，以便接入新的设备。系统获取到各本地数据后，需要对各种来源的数据进行一致的定义和规范化，并对采集到的各种数据进行统一存储管理。数据采集系统需要对所有采集到的数据进行规范化，参考IEC61400-25标准对所有数据进行建模，以能够对所有数据进行统一存储并提供基于标准的统一的数据接口。从底层设备中直接采集到的数据中可能存在可疑或错误的数据，采集过程中需要对这类数据进行过滤。应当可以根据运行数据的一般规则对数据采集策略进行配置，或手动配置采集策略，过滤明显错误的数据值。直接采集的数据不能完全覆盖后续数据服务或管理的需要，系统支持根据一次

17、数据产生二次数据。3.6系统实施方案架设云接口（云）服务器，由接口（云）服务器将不同逆变器供应商设备数据采集后，统一以的协议格式统一发送至集控管理平台。系统架构如图所示：1. Solarman协议转换程序做为主站,提供公网IP和端口,接受平台规约召唤请求。监控平台做为从站向主站召唤数据,并根据数据点表解析,处理后应用于监控平台。2. 监控平台通过规约读取中间接口服务器的相关信息添加电站对应设备的各项数据,中间接口服务器通过GPRS采集器的SN号等相关信息与下属电站设备通信，接收上报的相关信息。3. 协议转发程序接受GPRS采集器上报的各类协议数据并处理、存储于中间服务器数据库中，在中间服务器的

18、协议转发程序进行处理以规约输出至集控平台。备注:协议中的设备与平台上设备的对应关系,会在点表中描述,通过约定的规则进行关联。 主要特点有：l 强大的数据分析引擎本方案集成了多年光伏电站监控经验以及数千电站数据分析建立的一套光伏电站动态分析引擎，通过百兆瓦级光伏并网电站监控系统监测连续的气象环境信息：日照度、风力、风向、温度、湿度、海拔、电池板表面温度、电池板背面温度等许多气象参数和组件参数；电气参数：电站规模、电站发电量、实时功率、无功功率、频率、功率因数等大量的电站运行的电气参数；故障状态：设备出现故障时的运行参数等；通过这些数据参数，建立百兆瓦电站运行实测资料数据库系统。故障诊断功能：向使

19、用者提供设备的故障分析功能，帮助故障分析人员尽快定位问题的出处和原因，减少故障查找和维修的周期，以及可能存在的故障隐患。通过实测资料数据库以及长期运行积累的经验，数据分析挖掘实现设备故障分析功能，尽快分析问题出处与原因，减少事故查找和维修周期，可预测设备的故障隐患功能。l 高安全性硬件采用专业运营商GPRS外部网络，保证网络安全。监控设备接入本地独立服务器，并做热备方案。l 高扩展性硬件扩展性：系统能够适配上百种设备，并提供新接入的设备通信接口，方便系统扩容。软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸。系统能够同集控系统进行数据信息交换。l 高集成性能够集成光伏电站运行参数，提供从逆变器

20、、环境和汇流箱的完整的信息，分类处理，分类存储，统一转发至集控平台。l 高可靠性系统服务器、数据库服务器、前置处理器、网络连接等关键位置均使用冗余配置，并保证双机间的无缝切换。l 高性能采用国外高性能实时数据库，对所有的数据传输、数据处理、数据存储、数据访问的环节都进行了优化，使系统运行效率得到极大提升。3.7系统方案要点Ø 采用实时数据库与关系数据库结合的方式，保证大数据量存储与检索达到设计要求。Ø 底层集成了多种设备协议，可以满足现有的光伏设备的接入解析。3.8系统主要技术指标l 为GPRS采集器下行设备上报的符合相关电力行业规约的数据，保证上下行数据内容完善，数据不可

21、缺失。l 5年内保持向集控平台的数据发送，且发送的参数值个数不可减少。l 满足20万点数据完整采集处理的要求，支持最大容量仅仅受服务器内存及存储容量的限制；l 全部历史数据可在线连续保存5年以上，结合离线备份手段可实现整个生命周期的历史数据存储管理；l 数据平均存储占用空间：国际领先水平；l 第三方程序访问数据库：系统支持第三方软件访问数据库；l 接口数据采集更新周期：可以灵活设置，数据可带现场控制系统时标，能够与现场数据刷新时间同步；l 数据库存储更新周期：10s，平均不超过5s, 可自定义；l 数据库数据恢复时间段：0.1ms；l 数据采集率：100；l 系统具有远程系统监测和分析功能，支

22、持通过广域网的远程升级和维护管理。l 年运行时间：长期不间断运行；l 无故障运行时间：l0000小时；l 历史数据库支持附加功能：时钟存储、通信故障标志。3.9运行环境l 硬件环境软件系统分为几个部分部署在应用服务器、数据库服务器和接口服务器中，并通过镜像服务器对外提供数据服务。服务器硬件最低要求：处理器：双核以上；内存：不小于2GB；硬盘：不小于1T，外扩磁盘阵列。l 软件环境操作系统： LINUX系统。3.10数据采集器技术性能参数表数据采集器技术参数表型号LD接入点1 主要技术参数逆变器通信接口RS485/422/232远程通信接口GPRS串口通信距离<1km串口通信速率1200-

23、19200bps可调无线工作频率800/900/1800/1900MHz无线通信距离-无线发射功率Class 4(2W)/Class 1(1W)数据采样间隔默认5分钟数据存储EEPROM参数设置方式串口AT指令固件更新方式串口/无线数据访问方式串口/远程服务器状态显示4LED灯输入电压DC 5V静态功耗<2W最大瞬时功耗<3W工作温度-40+85工作湿度10%90%相对湿度，无冷凝存储温度-40+85存储湿度<40%防护IP21认证FCC，CE，RoHS数据采集器性能指标：（1） 带有AD采集端口可接入15V/420mA电流信号；（2） 具备485/232接口，可通过GPRS

24、进行数据传输；（3） 采用GPRS通信；零线火线适配器第六章 检验及质量保证6.1验收6.1.1一般要求1、供方应确保所供货物满足本协议的要求。2、供方应向需方保证所供设备是技术先进、成熟可靠的全新产品。3、如在安装的试运行期间发现部件缺陷、损坏情况，在证实设备储存安装、维护和运行都符合要求时， 供方应尽快免费更换，不得因此而延误工程进度。6.1.2 到货验收货物的现场验收包括开箱检验和性能验收两部分，由供方和需方共同组织进行，如果供方在收到需方的验收通知而未到现场，则认为其认可验收结果。1、开箱检验货物到达供需双方指定的现场后，供、需双方应进行开箱检验，对照装箱清单逐件清点，对其包装完好情况

25、、外观、数量、规格等进行检查和验收， 2、性能验收性能验收目的是为了检验合同货物的所有性能是否符合规范书和标准的要求。性能试验由需方主持，供方参加。试验大纲由需方提供，与供方及与合同设备有关的施工、调试等单位进行讨论后确定，供方应进行配合。性能验收的内容包括数据采集器的性能验收和协议转发程序的性能验收，验收标准以本协议中规定的技术参数和系统功能为准，同时参照相关设计标准。6.1.3 成品抽检需方有权对供方供应的每一批数据采集器货物进行成品抽检，抽检比例为每一批供货数量的20%，需方按照本协议中数据采集器的外观质量、尺寸偏差、技术参数进行试验，如抽检成品中有2%数量的货物不符合本技术协议中的各项

26、技术参数要求，则需方将判定本批供货不合格并拒绝予以接收。6.2质量保证6.2.1 质保期数据采集器硬件质保期为5（伍）年，协议转发软件质保期为5（伍）年。6.2.2 流量卡保障数据采集器流量卡满5年后，供方应当保证可续费正常使用或者由需方自行采购流量卡能够继续正常使用。6.2.3 售后服务本项目中供方负责如下服务事项：（1）“协议集成转换软件”的调试安装及培训指导工作，并在后期提供远程调试及指导服务；（2）现场安装指导及培训，其他电站接入的远程指导服务。整个系统运行正常后提供远程软硬件系统培训及工作日8小时网上咨询和电话服务。在整个系统运行期内，系统所有故障问题的检测和恢复均由供方负责，并作现场测试和恢复。在故障问题发生时，供方及时派出富有经验的工程师，利用有关工具和测试设备，检测问题所在，并及时提出解决方案，解决问题。对于非设备性故障或一般性故障以及电话技术咨询，供方保证在