基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统

摘要

本发明提供了一种基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统，包括：多个场站侧采集服务器，将采集到的数据封装成一条带时间标签的报文，根据先进先出原则将报文打包压缩后放入消息队列；集控侧数据处理服务器，通过电力专线及网络设备与各电站的场站侧采集服务器建立网络通讯，将报文上送给区域集中监控系统；区域集中监控系统根据接收到的报文集中展示所采集的区域内各个电站的风机/逆变器、综合自动化等实时数据令。本发明可保证整个系统网络的安全，满足实时监控的需求，提高机组的发电效率；同时根据当前系统架构定制网络管理软件模块，在中心服务器侧能够对所有设备的软硬件信息进行高效的实时监视，快速定位故障节点。

说明书

技术领域

本发明涉及风电/光伏领域，特别涉及一种基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统。

背景技术

随着国家风电/光伏产业政策落实和风电/光伏技术的发展，我国风电/光伏装机容量已位世界前列。伴随着风电/光伏开发的深入，偏远山区、高海拔地区、平原地区、海上风电正在成为我国风电/光伏发展的主要方向，而在这些地区的运行值班人员，必然面对生活条件艰苦、工作环境恶劣的问题。其次，在大型的风电场中有几十台甚至上百台风电/光伏机组，同时一个风电/光伏发电公司拥有多个风电/光伏场，多个新能源电站分散于不同的区域，如果对每个新能源电站单独进行管理，需要消耗大量的人力物力，也给电网的调度和电网的安全运行带来诸多问题。所以，打造“无人值班、少人值守”新能源电站，设置新能源电站区域监控自动化系统，建立新能源电站远程集控中心，实现新能源电站的集中运行管理、集中检修管理、集中经营管理和集中后勤管理，是新能源电站未来发展的趋势，保障实现综合利用效益最大化。

区域集中监控是为了实现对多个场站的设备进行远方监视与控制的要求，其目的是为了提升区域公司的综合管理水平，实现“无人值班、少人值守、区域检修”的科学管理模式，减少运行维护成本。其建设目标是采集、整理各生产实时控制系统的各类生产实时数据，建立统一的区域公司级实时、历史数据库平台，实现过程数据的统一、长期存储。并以此为基础，实现区域公司级生产过程信息远程实时监视控制、趋势分析、实时报警等功能；并提供计算、分析结果，自动产生各类报表以满足区域公司对于生产过程的管理要求，确保机组安全、高效运行。

目前，部分新能源发电公司虽然已经建设了区域集中监控系统，但还存在以下问题：

(1)底层数据采集接口功能单一，只支持对一种品牌的风机数据进行采集，造成区域集中监控系统不能对区域内风电场中所有品牌风机进行集中监控。

(2)没有按照电网的二次安防要求，使用调度电力专线以及配置网络安全设备。

(3)数据时效性低，现场风机SCADA系统的数据刷新频率为1秒，而区域集中监控系统数据刷新频率为4-10秒；区域集中监控系统对场站风机下达控制指令响应时间过长

(4)区域集控需要同时监控的风机机组或者光伏逆变器设备可能达到几百台甚至上千台，系统需要对一些关键信息、关键设备进行重点信息推送和关注。对一些运行状态能够进行干预，提高监控的效率。甚至实现对风机的自动控制干预。

(5)区域集控整个系统架构涉及的网络设备、服务器、软件众多，使用人员没有能力对所有软硬件设备进行高可用的维护。

发明内容

本发明提供了一种基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统，包括：

多个场站侧采集服务器，与被监控电场的各个设备通过RJ45接口连接组网，所述场站侧采集服务器的数据采集接口将采集到的数据封装成一条带时间标签的报文，根据先进先出原则将报文打包压缩后放入消息队列；

集控侧数据处理服务器，通过电力专线及网络设备与各电站的场站侧采集服务器建立网络通讯，集控侧数据处理服务器通过多线程的方式，不间断的从各个电站的场站侧采集服务器上的消息队列里取出报文，并将报文上送给区域集中监控系统；

区域集中监控系统根据接收到的报文集中展示所采集的区域内各个电站的风机/逆变器、综合自动化等实时数据，以及下发相应的控制指令。

优选地，区域集中监控系统包括风机/光伏监控服务器、电气监控服务器等。

优选地，各个需要监测设备上运行有探针软件，探针软件监测硬件的CPU、内存、硬盘使用情况，以监测整个系统软件或者数据库的运行情况；服务器负责采集各个探针采集的信息做汇总监视。

优选地，场站侧采集服务器的数据采集支持标准的modbus协议和iec104协议，同时还支持自定义的tcp/udp协议；对于modbus和iec104协议直接在数据库进行采集配置即可，对于其它协议的则将采集到的数据封装成自定义的tcp/udp协议的报文格式，然后在数据库里进行tcp/udp协议采集配置。

优选地，数据采集接口可以一对多进行采集，可以同时采集场站侧的多种品牌的风机、能量管理平台、综合自动化、测风塔等多种数据，会每两秒将采集到的数据封装成一条带时间标签报文，然后将封装好的报文放入消息队列中。

优选地，集控侧数据处理服务器从场站侧的消息队列里取出封装好的报文，将报文进行拆分，转发给区域集中监控系统用于实时数据展示、历史数据存储分析等。

优选地，区域集中监控系统的智能运行模块以最优的数据交互方式将关注的机组信息以合适的方式呈现出来，通过机组不同参数的纵向比较以及不同机组间同一参数的横向比较将异常风机推送给值班人员、和/或能够根据用户设置的参数对满足条件的机组进行控制干预、和/或能够对每个机组的预警设置、控制设置独立配置。

优选地，区域集中监控系统的网络管理模块能够使运维人员一目了然的查看整个系统涉及到的所有软硬件的运行情况，以及网络通讯情况，快速定位故障节点。

优选地，区域集中监控系统的数据刷新频率小于等于2秒，控制指令延迟时间小于100ms。

优选地，区域集中监控系统的全局监控界面能够满足集控值班人员完成所有电站的长期监控画面，所有电站的关键参数以及控制功能的实现都能在一个画面上实现，以减少无效的切换界面操作。

本发明中区域监控系统通过电力专线、各个网络安全设备来保证整个系统网络的安全，同时采集用高效的数据传输软件，保持接近于现场SCADA的数据刷新频率，对场站风机下达控制指令响应时间也接近现场SCADA，满足实时监控的需求；基于多层级的SCADA监控架构，在保证最基础的秒级稳定监控的前提下，增加智能运行模块，使系统能够满足对成百上千台机组的智能监控，提高机组的发电效率；同时根据当前系统架构定制网络管理软件模块，在中心服务器侧能够对所有设备的软硬件信息进行高效的实时监视，快速定位故障节点。

附图说明

图1示意性地示出了数据采集接口示意图；

图2示意性地示出了集控与风电场通讯示意图；

图3示意性地示出了网络管理模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的一个方面，提供了一种基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统，包括：多个场站侧采集服务器、集控侧数据处理服务器和区域集中监控系统。本发明基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统在场站数据采集、网络安全传输、区域监控侧的智能运行方面都进行了系统性的开发和设计，从而保证系统高效稳定地运行，满足日趋复杂的应用环境。

其中，场站侧采集服务器与被监控电场的各个设备通过RJ45接口连接组网，所述场站侧采集服务器的数据采集接口将采集到的数据封装成一条带时间标签的报文，根据先进先出原则将报文打包压缩后放入消息队列；

集控侧数据处理服务器通过电力专线及网络设备与各电站的场站侧采集服务器建立网络通讯，集控侧数据处理服务器通过多线程的方式，不间断的从各个电站的场站侧采集服务器上的消息队列里取出报文，并将报文上送给区域集中监控系统；

区域集中监控系统根据接收到的报文集中展示所采集的区域内各个电站的风机/逆变器、综合自动化等实时数据，以及下发相应的控制指令。

优选地，区域集中监控系统包括风机/光伏监控服务器、电气监控服务器等。

优选地，各个需要监测设备上运行有探针软件，探针软件监测硬件的CPU、内存、硬盘使用情况，以监测整个系统软件或者数据库的运行情况；服务器负责采集各个探针采集的信息做汇总监视。

优选地，场站侧采集服务器的数据采集支持标准的modbus协议和iec104协议，同时还支持自定义的tcp/udp协议；对于modbus和iec104协议直接在数据库进行采集配置即可，对于其它协议的则将采集到的数据封装成自定义的tcp/udp协议的报文格式，然后在数据库里进行tcp/udp协议采集配置。

优选地，数据采集接口可以一对多进行采集，可以同时采集场站侧的多种品牌的风机、能量管理平台、综合自动化、测风塔等多种数据，会每两秒将采集到的数据封装成一条带时间标签报文，然后将封装好的报文放入消息队列中。

优选地，集控侧数据处理服务器从场站侧的消息队列里取出封装好的报文，将报文进行拆分，转发给区域集中监控系统用于实时数据展示、历史数据存储分析等。

优选地，区域集中监控系统的智能运行模块以最优的数据交互方式将关注的机组信息以合适的方式呈现出来，通过机组不同参数的纵向比较以及不同机组间同一参数的横向比较将异常风机推送给值班人员、和/或能够根据用户设置的参数对满足条件的机组进行控制干预、和/或能够对每个机组的预警设置、控制设置独立配置。

优选地，区域集中监控系统的网络管理模块能够使运维人员一目了然的查看整个系统涉及到的所有软硬件的运行情况，以及网络通讯情况，快速定位故障节点。

优选地，区域集中监控系统的数据刷新频率小于等于2秒，控制指令延迟时间小于100ms。

优选地，区域集中监控系统的全局监控界面能够满足集控值班人员完成所有电站的长期监控画面，所有电站的关键参数以及控制功能的实现都能在一个画面上实现，以减少无效的切换界面操作。

请参考图1，本发明中的数据采集接口，数据采集接口部署在场站侧采集服务器。场站侧采集服务器与被监控电场的各个设备使用RJ45接口相连，配置同网段IP，建立网络通讯。建立网络通讯后，在数据库里进行采集配置，运行后数据采集接口与被监控电场采集设备上的数据发布程序建立通讯，进行数据采集，并将区域集中监控系统所下发的控制指令传输至被监控风电场采集设备。数据采集接口将采集到的数据封装成一条带时间标签的报文，打包压缩后放入消息队列，消息队列遵循“先进先出”原则。

请参考图2，本发明中的数据处理程序部署在集控侧数据处理服务器。集控侧数据处理服务器电力专线和一系列网络设备与各个电站的采集服务器，建立网络通讯。建立网络通讯后，集控侧数据处理服务器上的数据处理程序，会通过多线程的方式，不间断的从各个电站的数据采集服务器上的消息队列里取出报文，让后将报文上送给风机/光伏监控服务器、电气监控服务器等上位机，上位机运行的区域集中监控系统会集中展示所采集的区域内各个电站的风机/逆变器、综合自动化等实时数据，以及支持下发相应的控制指令。

请参考图3，本发明中的网络管理软件程序，软件分为客户端和服务端。客户端是运行在各个需要监测设备上的探针软件，探针软件监测硬件的CPU、内存、硬盘使用情况；监测整个系统软件或者数据库的运行情况，比如数据采集程序、关系数据库、消息中间件等等；监测整个系统设计到的网络通讯情况。服务器负责采集各个探针采集的信息做汇总监视，整个系统的运行情况可以一目了然。

优选地，场站侧的数据采集支持标准的工业协议modbus和iec104，同时还支持我们自定义的tcp/udp协议。对于modbus和iec104协议，直接在数据库进行采集配置即可。其它协议的话，本发明可将采集到的数据封装成我们自定义的tcp/udp协议的报文格式，然后在数据库里进行tcp/udp协议采集配置即可，这样的话就相当于数据采集接口支持所有的数据协议。

优选地，数据采集接口可以一对多进行采集，可以同时采集场站侧的多种品牌的风机、能量管理平台、综合自动化、测风塔等多种数据，会每两秒将采集到的数据封装成一条带时间标签报文，然后将封装好的报文放入消息队列中，集控中心侧的数据处理程序，会从场站侧的消息队列里取出封装好的报文，将报文进行拆分，转发给对应得上位机程序用于实时数据展示、历史数据存储分析等。

优选地，集控中心与各风电场之间的通信链路，向运营商租用专用线路，不与公网共用线路，即电力专线，确保数据通道的稳定性与时效性。集中监控系统通过电力专线、各个网络安全设备，保持接近于现场SCADA的数据刷新频率，对场站风机下达控制指令响应时间也接近现场SCADA，满足实时监控的需求。

(1)数据刷新频率小于等于2秒

(2)控制指令延迟小于100ms

优选地，区域监控系统在基础监控功能的基础上，定制开发智能运行模块：在远程集中监控项目中，值班人员大部分的关注点和精力主要放在发现异常运行的机组，对其进行控制干预，以此提供设备的稳定性和发电能力。智能运行模块以最优的数据交互方式将关注的机组信息以合适的方式呈现出来，通过机组不同参数的纵向比较以及不同机组间同一参数的横向比较将异常风机推送给值班人员；智能运行模块能够根据用户设置的参数，对满足条件的机组进行控制干预；智能运行模块对每个机组的预警设置、控制设置都是独立配置的；智能运行模块能够支撑对上万个设备的同时在线监测、预警和控制干预功能。

优选地，为了提高使用人员对整个系统的运维能力，定制开发了网络管理模块：运维人员能够一目了然的查看整个系统涉及到的所有软硬件的运行情况，以及网络通讯情况，快速定位故障节点。

本发明中的基于智能运行和网络安全深度融合的区域监控系统，采取的基于多场站SCADA监控系统架构的集中监控技术，从而实现多场站无人值守，少人运维的目的。同时结合智能运行模块，能够更加高效的对成百上千台机组机型更加高效的监控；结合网络管理组件，在集中监控系统上能够监视各个分布服务器的运行情况，方便集控中心的运维工作；采用自主开发的内存数据库技术，占用内存和CPU都很小，对硬件配置要求较低；由于通讯网络中有一段是采用租用电力调度专线的，其在通讯稳定性上比局域网自有网络更低，所以我们在数据通讯上采集基于TCP的消息中间件技术，保证网络不稳定时候能够正常传输，网络中断恢复后能够实现数据续传；采用有点表映射技术，把不同厂家的点表按照指定格式整理好，就可以完成对不同厂家、不同类型设备的集中监控；只需要通过模板化的配置就能够完成对单个电站新增设备或者是新增电站的监控；采用TCP链接技术，可以实现设备允许的所有远程控制点，控制指令发送到电站对应设备的时间小于1s；通过合理有效的界面布局以及人机交互设计，设计了一个全局监控界面能够满足集控值班人员完成所有电站的长期监控画面，所有电站的关键参数以及控制功能的实现都能在一个画面上实现，减少无效的切换界面操作；通过自主研发的网络管理模块，实现监视系统中所有网络、软件、硬件的实时运行情况，提高使用人员对系统的运维能力；采用自主开发的内存数据库技术和消息中间件传输技术，保证了区域集控监控系统的监视数据刷新频率小于等于2秒，控制指令延迟时间小于100ms。

本发明中区域监控系统通过电力专线、各个网络安全设备来保证整个系统网络的安全，同时采集用高效的数据传输软件，保持接近于现场SCADA的数据刷新频率，对场站风机下达控制指令响应时间也接近现场SCADA，满足实时监控的需求；基于多层级的SCADA监控架构，在保证最基础的秒级稳定监控的前提下，增加智能运行模块，使系统能够满足对成百上千台机组的智能监控，提高机组的发电效率；同时根据当前系统架构定制网络管理软件模块，在中心服务器侧能够对所有设备的软硬件信息进行高效的实时监视，快速定位故障节点。

本发明的创新之处在于：

1、本发明涉及的通讯节点精简，每个场站只需部署一个综合的采集服务器。通过高度集成的数据采集协议完成场站内所有关键设备的采集工作。

2、本发明严格按照调度的二次安防需求，使用电力专线通道以及对应的网络安全设备，同时部署消息中间件传输软件，保证网络波动下也能保证数据的稳定传输，网络中断恢复后数据能够续传。

3、本发明采用在基于多层级的SCADA监控架构来构建区域监控系统上，增加智能运行模块，保证最基础的秒级稳定监控的前提下，又能够满足成百上千台机组的智能监控，提高机组的发电效率。

4、本发明根据当前系统架构定制网络管理软件模块，在中心服务器侧能够对所有设备的软硬件信息进行高效的实时监视，快速定位故障节点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。