光伏發電運營管理大數據私有云平臺建設思路

2021-04-27 ryder

摘要：近年來大數據云平臺建設引起了光伏發電行業的急切關注。本文首先梳理了光伏發電集團運營管理大數據私有云平臺的建設思路；然后提出了運營管理大數據私有云平臺建設方案，包括總體架構、大數據架構、聚集監控架構；最后提出了平臺使用系統構成方案。

0、引言

在當前環境、能源危機背景下，我國出臺了一系列扶植光伏發電政策。截至2015年9月底，全國光伏發電裝機容量達到3795萬kW，其中，光伏電站3170萬kW，分布式光伏625萬kW【1】。據GlobalData最新報告指出，預計2015年中國將是全球光伏年裝機量最大的市場。我國已經涌現一批在光伏發電行業龍頭企業，諸如5大發電集團及協鑫、正泰、京能、青發投等。

隨著光伏發電集團投運的光伏電站規模快速增長，面對電站設備運行狀態數據量巨大、數據類型復雜的光伏電站大數據環境，常規技術已經不能滿足海量數據的采集、存儲、解決、統計分解。光伏發電集團急切需要同步規劃、開展大數據云平臺【2】項目，需梳理大數據私有云平臺建設思路，確保信息化所采用的建設思路、技術路線、業務規劃等方面符合將來5年甚至更長時間的發展趨勢。

1、建設思路

光伏發電運營管理大數據私有云平臺的建設，需要整合云計算、大數據、物聯網的現有技術積累【3】，以業務需求為基礎，以企業使用集成EAI技術為手段，建設一套涵蓋集團公司光伏電站運營管理全業務的云平臺。其中的云管理平臺基于專業、領先、成熟、穩定的負載均衡技術、虛擬化網絡技術和云服務構架，軟硬件資源靈活擴展，滿足光伏電業務高速發展的要求。

云平臺總體設計按照優先采用開源技術、層次化、模塊化、組件化、可配置原則，有效整合加工集控及其他業務使用技術體系，在技術選型上完全滿足將來5年IT發展的新要求，對于軟硬件新技術有良好的支持。

云平臺通過基礎軟件服務封裝，形成統一的底層支撐平臺，通過模塊化和組件化使用配置以及少量的二次開發，實現全部功能需求，可依據實際情況靈活部署，可分步實行。通過動態的參數配置，能夠適應組織架構的變化，能夠進行組織結構的靈活調整，支持集團級的多組織多層級的管控模式和組織架構建模，支持多組織之間的流程、數據、業務功能互通。

云平臺以資源整合為指揮，以大數據采集、存儲、解決和分解為技術依托，融合實時數據庫、主題分解庫（OLAP）和商業智能（BI）等綜合優點，建立集團公司全業務的輔助決策支持的使用體系，并以平臺SOA/ESB數據總線為核心，對其他相關使用提供數據接口服務和使用集成服務。

2、運營管理大數據私有云平臺建設方案

2.1、總體架構

光伏電站運營管理云平臺是彈性計算、存儲、網絡、虛擬化、負載均衡、熱備份冗余等組成的IT基礎資源綜合服務平臺。云平臺提供按需使用的計算、存儲、網絡能力，用于快速構建各種使用，降低公司的IT綜合成本與管理難度，從而使集團公司能夠更專屬于自身業務的開展與創新。

圖1集團運營管理大數據云平臺總體架構

云平臺采用模塊化設計，將利用云操作系統及刀片式服務器建立云計算資源池，實現軟硬件的統一聚集管理，分散服務，從而使得資源得到更高效利用，系統解決時延更短，硬件擴容更簡單快捷。

在架構設計和建設方面，云管理平臺將遵循業內頒布的標準規范，采用先進和成熟的技術，在體系架構、基礎平臺、通信協議等方面充足考慮開放性和可擴展性，以及安全性和可管理性及虛擬化技術使用【4】。

2.2、大數據架構

中心數據庫使用實時數據庫、歷史數據庫（Oracle）、業務數據庫（Oracle）、開源Key-Value數據庫（Redis）、主題數據庫（Oracle）、大數據分布式存儲（Hadoop）混合使用方式【5】，既可支持電站運行狀態實時監控需要，又可滿足各類面向使用、面向主題的分解需求。

數據庫設計按照符合人類思維自然模式的面向對象的方式來組織數據庫的管理，實現以設備為單位的監控模式，便于設備維護和故障診斷，提高數據檢索查找的速度及效率。

圖2集團運營管理大數據架構

2.3、聚集監控架構

集控系統的數據采集子系統是負責光伏電站設備運行數據采集的支撐系統，以C++作為開發語言，內嵌多種IEC60870-5的101、102、103、104、Modbus、CDT、DISA等多種數據通訊規約；建模符合IEC61970中接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規范（CIS）要求，符合國際標準，可作為中間件與SCADA系統無縫集成；實現升壓站、逆變器、匯流箱、箱變、功率預測、AGC\AVC系統、電度計量、保護故障信息等系統數據的接入。系統支持多種光伏電站設備的接入，滿足不同品牌設備的接入要求，具備多種規約的介紹能力。

聚集監控系統采用3級架構，即站級聚集監控系統、區域級聚集監控系統和總部聚集監控系統。其中站級聚集監控系統用于從光伏電站綜合監控系統及其他相關終端設備采集電站實時運行監測數據，實現本地數據監視、歷史數據采樣存儲和關鍵實時數據向總部聚集監控系統上傳。區域聚集監控系統/總部聚集監控系統從各站級聚集監控系統獲取電站實時運行的關鍵設備監測數據，用于監視各電站總體運行狀況。3級系統之間通訊規約采用電力標準IEC104規約，實時數據采集頻率按規約要求支持秒級，支持變化量上送、循環上送和召喚3種模式。

圖3聚集監控架構

3、平臺使用系統構成

光伏發電運營管理大數據私有云平臺使用系統包括總部級/區域級運營管理系統、站級智能運維管理系統、總部級/區域級遠程聚集監控管理系統、站級/區域級/總部級在線監測智能診斷系統。

圖4平臺使用系統構成

圖5平臺監控大屏效果圖

4、結論

利用云計算平臺，實現一種管理手段（包括虛擬化、按需分配、動態管理、靈活配置），一種技術體系（Hadoop，分布式計算與存儲），一致的研發技術路線（J2EE/C++），一種服務方式（包括云平臺基礎服務和模塊使用）,能適應集團公司光伏電站業務的快速發展和ICT技術的日新月異。

備注：

耿淑強¹，李永龍¹，周雙全²，王海峰²，劉寶林²，魏洪²

(1.青海綠色發電集團股份有限公司；2.北京金鴻泰科技有限公司）

參考文獻

[1]彭博，笑陽.2015光伏行業最全數據介紹&2016展望[EB/OL].,2016-1.