《风力发电机组+风力发电场监控系统通信+第1部分：原则与模型gbt+30966.1-2022》详细

《风力发电机组风力发电场监控系统通信第1部分：原则与模型gb/t30966.1-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语5总体要求5.1一般规定5.2风电场概览contents目录5.3通信的一般要求5.4通信模型6风电场信息模型6.1一般规定6.2信息建模方法7风电场信息交换模型7.1一般规定7.2信息交换建模方法contents目录8映射到通信协议8.1一般规定8.2映射的架构8.3风电场信息模型的映射参考文献011范围本部分详细阐述了风力发电机组与风力发电场监控系统之间的通信原则。规定了通信系统的基本模型，包括硬件和软件架构。提供了通信协议、数据格式和信息安全等方面的指导。涵盖内容0102适用范围适用于风力发电机组制造商、风力发电场运营商以及相关技术研发机构。适用于新建、扩建和改建的风力发电场监控系统通信的设计与实施。关联标准本部分与风力发电机组的其他相关国家或行业标准相互关联，共同构成完整的标准体系。在遵循本部分原则的基础上，可结合实际情况制定更为详细的地区或企业标准。022规范性引用文件GB/T术语标准详细定义了风力发电机组监控系统通信中使用的专业术语，确保各方在交流和使用时具有统一的理解。GB/T数据标准规定了风力发电机组监控系统通信的数据格式、数据交换方式等，确保数据的准确性和互操作性。国家标准行业标准风电场监控系统通信行业标准在遵循国家标准的基础上，进一步细化了风电场监控系统通信的具体要求，包括通信协议、通信接口等。风电场安全标准涉及风电场监控系统的安全防护措施，确保通信过程的安全性，防止数据泄露和非法侵入。参照国际电工委员会（IEC）制定的相关标准，确保我国风力发电机组监控系统通信的先进性和国际接轨。IEC国际标准如国际标准化组织（ISO）等制定的与风力发电相关的国际标准，也被本部分所引用，以提升整体的标准化水平。其他国际组织标准国际标准033术语和定义监控系统是指对风力发电场进行实时监测、控制和数据分析的系统，包括硬件和软件组件。监控系统能够采集风力发电机组及风电场运行数据，进行状态监测、故障预警、远程控制等操作，确保风电场安全、高效运行。定义功能3.1监控系统通信接口是指风力发电机组与监控系统之间进行数据传输和信息交互的接口。定义通信接口包括物理接口和协议接口，物理接口负责传输介质连接，协议接口负责数据格式与通信规约。类型3.2通信接口数据传输是指将风力发电机组产生的各类数据通过通信接口发送至监控系统的过程。数据传输应满足实时性、准确性、可靠性和安全性的要求，确保数据的完整性和可用性。3.3数据传要求定义定义通信协议是指风力发电机组与监控系统之间进行通信所遵循的规则和约定。内容通信协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等多个层次，确保数据在不同层次之间正确传输与解析。3.4通信协议044缩略语风力发电机组监控系统（WindTurbineGeneratorSystem）WTGS监控与数据采集系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition）SCADA可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）PLC变桨系统，控制叶片角度以优化风力捕获和机组载荷Pitch4.1风力发电机组相关缩略语4.2通信系统相关缩略语COM通信系统（CommunicationSystem）LAN局域网（LocalAreaNetwork），用于风力发电机组内部设备间的通信WAN广域网（WideAreaNetwork），用于风力发电场与远程监控中心之间的通信TCP/IP传输控制协议/因特网协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol），网络通信的基础协议安全性，确保监控系统通信的保密性、完整性和可用性Security加密，对传输的数据进行加密处理以防止未经授权的访问Encryption4.3数据与安全相关缩略语数据，风力发电机组运行过程中产生的各种信息Data认证，验证通信双方的身份以确保通信的安全性Authentication055总体要求123监控系统应遵循国际通用的标准和规范，确保系统的开放性和互操作性，便于不同厂商设备的集成与扩展。标准化与开放性监控系统应具有高可靠性和稳定性，能够长时间稳定运行，确保风力发电场的安全和效益。可靠性与稳定性监控系统应能够实时采集、传输和处理数据，准确反映风力发电机组的运行状态和性能。实时性与准确性5.1监控系统架构03网络安全防护通信系统应采取有效的网络安全防护措施，防止数据泄露、非法入侵等网络安全问题的发生。01高速数据传输通信系统应具备高速数据传输能力，确保大量实时数据的及时传输和处理。02抗干扰能力通信系统应具有较强的抗干扰能力，能够在复杂电磁环境下保持通信的稳定性和可靠性。5.2通信系统要求数据预处理对采集的原始数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、归一化等操作，提高数据质量和可用性。数据分析与挖掘运用数据分析与挖掘技术，对处理后的数据进行深入分析，提取有价值的信息和特征，为风力发电机组的优化运行和维护提供支持。5.3数据处理与分析界面友好性人机交互界面应设计简洁明了，操作便捷，降低用户使用难度。可视化展示通过图表、曲线等可视化方式展示风力发电机组的运行状态和性能数据，便于用户直观了解。报警与提示功能设置报警与提示功能，及时发现并处理异常情况，确保风力发电场的安全稳定运行。5.4人机交互界面设计065.1一般规定涵盖风力发电机组与风力发电场监控系统之间的通信接口。包括通信协议、数据格式、传输速率等通信参数的规定。确保监控系统通信的可靠性、稳定性和安全性。监控系统通信范围采用分层分布的架构，包括现场层、控制层和监控层。现场层负责数据采集与设备控制，控制层负责数据处理与指令下发，监控层负责数据展示与远程监控。各层级之间通过通信网络实现数据传输与信息共享。通信系统架构遵循国际通用的通信协议和标准，如IEC61400系列标准。确保不同厂商、不同型号的风力发电机组能够实现互联互通。便于风力发电场监控系统的集成与扩展。通信协议与标准123具有高可靠性，能够抵御恶劣环境和电磁干扰。具有高实时性，确保数据传输的及时性和准确性。具有可扩展性，能够适应风力发电场规模和需求的不断变化。通信系统性能要求075.2风电场概览指由一批风力发电机组、相关电气设备、测风塔、升压站、集电线路、送出线路、场内道路、运行人员工作与生活设施等组成的，并接入电网运行的风力发电项目。风电场定义根据地理位置、风能资源、装机容量等因素，风电场可分为陆地风电场和海上风电场。风电场分类风电场定义与分类风力发电机组将风能转换为电能的主要设备，包括风轮、发电机、塔筒等部件。升压站将风力发电机组发出的电能进行升压，以便远距离输送。集电线路与送出线路负责将各风力发电机组发出的电能汇集并输送至升压站，再通过送出线路接入电网。测风塔用于测量风电场内的风能资源情况，为风电场规划、设计、运行等提供数据支持。风电场主要构成部分通过风电场监控系统实时监测各风力发电机组的运行状态、发电量等关键指标，确保风电场安全稳定运行。运行监控定期对风力发电机组进行维护保养，延长设备使用寿命，提高发电效率。维护保养针对风力发电机组运行过程中出现的故障，及时进行排查与处理，减少故障对风电场运行的影响。故障处理风电场运行管理随着全球能源结构的转型与升级，风电作为清洁、可再生的能源形式，其发展前景广阔。未来，风电场将朝着规模化、智能化、高效化的方向发展。发展趋势风电场在建设与运营过程中也面临着诸多挑战，如土地资源限制、并网消纳难题、设备技术更新迭代等。需要行业内外共同努力，推动风电产业的持续健康发展。面临挑战风电场发展趋势与挑战085.3通信的一般要求03定期对通信系统进行测试和维护，确保其始终处于良好工作状态。01通信系统应具有高可靠性，确保数据传输的稳定性和准确性。02应采取必要的冗余设计和错误检测机制，以降低通信故障的风险。5.3.1可靠性通信系统应满足风力发电场监控对实时性的要求，确保数据的及时更新。应优化数据传输和处理流程，减少传输延迟，提高系统响应速度。在必要时，可采取数据压缩技术，以减少传输时间。5.3.2实时性通信系统应具备完善的安全防护措施，确保数据和通信过程的安全性。应采用加密技术、身份验证等安全机制，防止数据泄露和非法访问。定期对通信系统进行安全检查和评估，及时发现并处理安全隐患。5.3.3安全性123通信系统应具有良好的可扩展性，以适应风力发电场未来的发展和扩展需求。应采用模块化设计思想，便于系统的升级和扩展。在选择通信设备和协议时，应充分考虑其兼容性和可扩展性。5.3.4可扩展性095.4通信模型模型概述通信模型定义通信模型是指在风力发电场监控系统中，各组件之间进行数据传输和通信所遵循的规范与标准。模型重要性通信模型是确保风力发电场监控系统稳定、高效运行的关键，它规定了数据的传输方式、格式及处理流程。物理层应用层负责数据的帧封装、差错控制和流量控制等，提供数据在链路上的可靠传输。数据链路层实现数据的路由选择和分组转发，确保数据能够准确到达目的节点。网络层提供端到端的数据传输服务，包括数据的分段、重组、顺序控制和流量控制等。传输层0201030405模型组成要素涉及传输介质、接口类型和电气特性等，确保数据在物理链路上的可靠传输。定义了风力发电场监控系统各组件之间的通信协议和数据格式，确保各组件能够正确解析和处理数据。灵活性与可扩展性通信模型应具备一定的灵活性和可扩展性，以适应未来风力发电场监控系统的发展和升级需求。标准化接口通信模型应遵循国际通用的标准和规范，确保不同厂商的设备能够互相兼容并实现互联互通。安全性保障在通信模型的设计和实现过程中，应充分考虑数据的安全性和保密性，采取有效的加密和防护措施，确保数据在传输和存储过程中不被窃取或篡改。模型应用与实现106风电场信息模型定义与目的01风电场信息模型是对风电场各组成部分及其相互关系进行数字化描述的工具，旨在实现风电场监控、管理、优化等功能的信息化和智能化。模型构成02风电场信息模型包括风电机组、升压站、测风塔、气象站、箱变、集电线路、无功补偿设备、风电场功率预测系统、风电场功率控制系统等关键设备与系统。标准化与开放性03风电场信息模型遵循国际通用的信息模型标准，确保模型的开放性和可扩展性，便于与不同厂商、不同技术路线的风电设备进行集成。风电场信息模型概述

风电场信息模型构建原则完整性原则风电场信息模型应全面反映风电场的实际情况，包括设备类型、数量、性能参数、运行状态等关键信息，确保信息的完整性和准确性。实时性原则风电场信息模型应具备实时更新功能，能够动态反映风电场的最新状态，为风电场的实时监控和调度提供有力支持。可扩展性原则随着风电技术的不断进步和风电场规模的不断扩大，风电场信息模型应具备良好的可扩展性，能够适应新设备、新功能的加入。风电场监控与管理通过风电场信息模型，可以实现对风电场各关键设备和系统的实时监控与管理，包括设备状态监测、故障诊断、性能评估等，提高风电场的运维效率和可靠性。风电场优化与调度基于风电场信息模型，可以开展风电场功率预测、优化调度等高级应用，实现风电场的最大化利用和电网的稳定运行。风电场数字化与智能化风电场信息模型是风电场数字化和智能化的基础，通过与云计算、大数据、人工智能等技术的结合，可以推动风电场的智能化升级和创新发展。风电场信息模型应用116.1一般规定可靠性原则监控系统通信应具有高可靠性，能够稳定传输数据，确保风力发电场的安全稳定运行。扩展性原则监控系统通信应具备良好的扩展性，能够适应风力发电场未来的发展和扩展需求。实时性原则监控系统通信应满足风力发电场对实时性的要求，确保数据的及时传输和处理。标准化原则监控系统通信应遵循国家及行业标准，确保各风力发电机组与监控系统之间的通信一致性和互操作性。监控系统通信原则监控系统通信采用层次化模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，各层次之间通过标准接口进行连接和通信。层次化模型定义数据在通信系统中的传输方式和流程，包括数据采集、数据传输、数据存储等环节，确保数据的准确性和完整性。数据传输模型建立信息安全模型，通过加密、认证等技术手段保障监控系统通信的安全性，防止数据泄露和非法侵入。信息安全模型监控系统通信模型通信接口要求规定监控系统与风力发电机组之间的通信接口标准和要求，包括接口类型、传输速率、通信协议等，确保通信的稳定性和兼容性。数据格式要求明确数据的格式和编码方式，以便各系统能够正确解析和使用数据，同时降低数据解析错误的风险。通信故障处理提出通信故障的检测、定位和恢复机制，确保在通信故障发生时能够及时发现并处理，减少对风力发电场运行的影响。监控系统通信要求126.2信息建模方法信息模型定义信息模型是对现实世界中的实体、属性、关系以及活动进行的抽象描述，用于实现信息的有效组织和交流。风力发电场信息模型针对风力发电场的运行、监控、管理等方面，构建相应的信息模型，以确保数据的准确性、完整性和一致性。6.2.1信息模型概述标准化原则考虑未来风力发电技术的发展趋势，信息模型应具备良好的可扩展性，以适应新需求的不断增加。可扩展性原则实用性原则信息模型应紧密结合实际应用场景，满足风力发电场监控系统的实际需求。遵循国家和行业标准，确保信息模型的通用性和互操作性。6.2.2信息建模原则6.2.3信息建模方法运用UML工具进行信息建模，通过类图、时序图、用例图等多种图形化表达方式，全面描述风力发电场监控系统的静态结构和动态行为。统一建模语言（UML）通过分析风力发电场中的实体及其之间的关系，构建实体关系模型，以清晰表达数据结构和关联。实体关系建模采用面向对象的思想，将风力发电场中的各类实体抽象为对象，并定义对象的属性、方法和事件，以实现数据的封装和复用。面向对象建模137风电场信息交换模型风电场信息交换模型提供了标准化的信息交换格式，确保不同系统间的数据互通性。标准化信息交换模型设计考虑了数据的完整性和准确性，满足风电场监控与运营的需求。完整性与准确性模型支持未来功能的扩展，同时保持足够的灵活性以适应不同风电场的实际情况。扩展性与灵活性7.1模型概述包括机组的运行状态、故障报警、功率输出等关键数据。风电机组状态信息风电场气象数据电网连接信息运营维护数据提供风电场内的风速、风向、温度、湿度等气象信息，用于评估风资源情况和机组性能。反映风电场与电网的连接状态，包括并网点的电压、频率、功率因数等参数。记录风电场的维护计划、维修记录、备件库存等信息，支持远程监控与维护工作。7.2信息交换内容跨平台通信支持多种通信协议和数据格式，确保不同系统间的顺畅通信，降低数据交换的复杂性。智能化监控结合大数据分析和人工智能技术，对风电场进行智能化监控和预警，提高运营效率和安全性。系统集成风电场信息交换模型可应用于不同厂商和技术的风电场监控系统之间的集成，实现数据的统一采集、处理和分析。7.3模型应用与实现冗余设计与备份在关键节点采用冗余设计，提高系统的可靠性；同时，定期备份重要数据，防止数据丢失。访问控制与权限管理严格的访问控制和权限管理机制，确保只有授权人员能够访问敏感数据和执行关键操作。数据加密与验证采用先进的数据加密技术，确保信息在传输和存储过程中的安全性；同时，通过数据验证机制防止数据被篡改或损坏。7.4安全性与可靠性保障147.1一般规定03适用于新建及扩建的风力发电场，对现有风力发电场的改造提供指导。01涵盖风力发电机组与风力发电场监控系统之间的通信接口及协议。02涉及监控系统内部各组件之间的通信，确保数据传输的准确性和实时性。监控系统通信范围采用分层分布式架构，分为场站层、间隔层和过程层。间隔层负责各风力发电机组及升压站等设备的监控。通信系统架构场站层负责整个风力发电场的监控、管理和数据分析。过程层负责数据采集、执行控制指令及与上级系统的通信。通信协议与标准01遵循国际通用的通信协议和标准，如IEC61400系列标准。02确保不同厂商设备之间的互联互通，降低系统集成难度。提倡使用开放式通信协议，便于未来系统的扩展和升级。03确保数据传输的安全性、完整性和保密性。采取必要的安全防护措施，如防火墙、加密技术等，防止数据泄露和非法侵入。定期对通信系统进行安全检查和评估，及时发现并处理安全隐患。通信系统安全要求157.2信息交换建模方法7.2.1信息交换概述信息交换定义指风力发电场监控系统内部以及与其他系统之间进行数据传递和共享的过程。信息交换重要性确保风力发电机组运行状态的实时监控、故障预警与诊断、远程控制等功能的实现。信息交换原则遵循标准化、开放性、可扩展性、安全性和实时性等原则。明确监控系统信息交换的具体需求和目标，涉及风力发电机组、升压站、测风塔等各个部分。需求分析模型设计模型验证与优化基于需求分析结果，设计信息交换的模型结构，包括数据实体、属性、关系等定义。通过实际数据验证模型的准确性和可行性，根据验证结果对模型进行优化调整。0302017.2.2建模方法与步骤包括风速、风向、发电机功率、转速等实时运行参数。风力发电机组运行数据风力发电机组各部件的故障预警、报警信息及诊断结果。故障与报警信息远程控制指令的发送、执行及反馈情况，确保指令的准确传达和执行。控制指令与反馈7.2.3信息交换内容数据加密与完整性保护采用加密技术对敏感数据进行保护，确保数据在传输过程中的完整性和真实性。容错与冗余设计在关键节点采用容错技术和冗余设计，提高信息交换的可靠性和稳定性。访问控制与权限管理设置不同用户或系统的访问权限，防止未经授权的访问和操作。7.2.4信息交换安全与可靠性保障168映射到通信协议实时性原则通信协议应满足风力发电场监控系统对实时性的要求，确保数据的及时传输和处理。可靠性原则通信协议应具备高可靠性，能够抵御外界干扰和攻击，确保数据传输的稳定性和安全性。标准化原则映射到通信协议应遵循国际、国内相关标准和规范，确保通信的互操作性和兼容性。8.1映射原则8.2通信协议选择选择业界主流的通信协议，如Modbus、OPC、IEC60870-5等，这些协议具有广泛的应用基础和成熟的技术支持。主流协议针对风力发电场的特殊需求，也可采用专用的通信协议，以满足特定的数据传输和控制要求。专用协议VS在风力发电机组与监控系统之间，通过协议转换设备或软件，实现不同通信协议之间的数据交换和信息共享。数据封装与解析按照选定的通信协议，对风力发电机组的数据进行封装和解析，以确保数据的准确传输和有效识别。协议转换8.3映射实现测试环境搭建搭建符合实际应用场景的测试环境，包括风力发电机组、监控系统、通信设备等。测试用例设计根据映射需求和通信协议规范，设计全面的测试用例，覆盖各种可能的数据传输场景。测试执行与结果分析按照测试用例进行测试，记录测试结果并进行详细分析，确保映射到通信协议的准确性和可靠性。8.4通信测试与验证178.1一般规定可靠性原则监控系统通信应具有高可靠性，确保数据传输的准确性和稳定性，防止因通信故障导致的风力发电场运行异常。实时性原则监控系统通信应具备低延迟、高实时的特点，以满足风力发电场对实时监控和数据分析的需求。标准化原则监控系统通信应遵循国际、国内相关标准和规范，确保通信的互操作性和兼容性。监控系统通信原则分层通信模型监控系统通信应采用分层通信模型，包括现场层、网络层和应用层，各层之间通过标准接口进行数据传输和交互。数据传输安全在通信过程中，应确保数据的机密性、完整性和可用性，采取加密、校验等安全措施，防止数据泄露和非法篡改。通信协议选择根据风力发电场的实际情况和需求，选择适合的通信协议，如Modbus、OPC、IEC61850等，以实现设备间的无缝对接和高效通信。监控系统通信模型188.2映射的架构负责采集风力发电机组及风电场运行数据，包括风速、风向、发电机状态等。传感器层对采集到的数据进行预处理，包括数据清洗、格式化、压缩等操作，以确保数据质量和传输效率。数据处理层实现数据从传感器层到监控中心或云平台的安全、可靠传输，通常采用有线或无线通信技术。传输层对接收到的数据进行处理、分析和可视化展示，为风电场运营提供决策支持。应用层