数据集中控制中心设计方案Word文档格式.docx
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软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸。
8、开放性
●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
●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
●GB/T12504-90计算机软件配置管理计划规范
●GB/T13702-92计算机软件分类与代码
●GB/T14079-93软件工程术语
●GB/T15629.3-1995中华人们共和国计算机信息安全保护条例
●GB/T15532-1995计算机软件单元测试
●DL5003-92电力系统调度自动化设计技术规程
●DL476-92电力系统实时数据通信应用层协议
●IEC61850变电站通信网络和系统协议
●Q/GDW617-2011光伏电站接入电网技术规定
●光伏并网发电监控系统标准草案
●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
K
25
2
海拔
m
≤2000
3
太阳辐射强度（户外）
W∕cm2
0.1
4
污秽等级
3.1厘米/千伏
5
覆冰厚度
mm
10
6
风速/风压（户外）
m/s/Pa
34/700
7
湿度
日相对湿度平均值
%
≤95
月相对湿度平均值
≤90
8
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）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,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：
●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。
●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。
●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
⏹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。
⏹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。
⏹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；
⏹业务流程完整性
⏹系统软件设计质量标准与流程。
4、扩展性
⏹软件扩展性：
5、开放性
⏹系统能够同各系统进行标准数据信息交换。
6、集成性
⏹能够集成光伏电站运行参数、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。
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。
数据采集接口层
采集接口层接收光伏采集设备上传的数据，接口层以MODBUSTCP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。
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，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、事件驱动的数据采集功能，主要特点有：
●海量并发
●处理大容量数据流更简单
●处理协议编码和单元测试更简单
●I/O超时和idle状态检测
●应用程序的关闭更简单，更安全
●更可靠的OutOfMemoryError预防
●基于OIO和NIO的UDP传输
●本地传输（又名in-VM传输）
●可通过添加解析组件灵活扩展需要进行通信的设备
性能压力测试结果
测试环境
服务器1台
配置:
8核CPU16G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MODBUS/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。
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：
●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。
●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。
●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：
系统能够同集控系统进行数据信息交换。
●高集成性
能够集成光伏电站运行参数，提供从逆变器、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。
●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。
●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
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。
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
●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，数据不可缺失。
●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。
●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；
●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；
●数据平均存储占用空间：
国际领先水平；
●第三方程序访问数据库：
系统支持第三方软件访问数据库；
●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；
●数据库存储更新周期：
≤10s，平均不超过5s,可自定义；
●数据库数据恢复时间段：
≤＝0.1ms；
●数据采集率：
100﹪；
●系统具有远程系统监测和分析功能，支持通过广域网的远程升级和维护管理。
●年运行时间：
长期不间断运行；
●无故障运行时间：
＞l0000小时；
●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
●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。
●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
1200-19200bps可调
无线工作频率
800/900/1800/1900MHz
无线通信距离
---
无线发射功率
Class4（2W）/Class1（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
DC5V
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
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1~5V/4~20mA电流信号；
（2）具备485/232接口，可通过GPRS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、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，供方保证在一个工作日内给予回应，必要时派专业技术人员到达现场处理故障。
对于设备性故障，一方面在系统设计时，供方应避免故障，另一方面供方利用自主生产的零备件应急供应体系，及时排除故障，保证不影响系统的正常运行。
6.2.4服务响应
在质保期间发生问题，供方在收到通知后及时响应，72小时内派合格的技术人员并携带工具到现场作技术服务，除非该问题可以通过通讯解决外。
6.2.5质保期外服务
质保期外，人为或自然灾害引起的故障或损坏，仅收取维修成本费。
6.2.6软件升级服务
供方产品设计更新提高或软件版本升级，供方需及时通知和协助需方进行已运行系统的改进提高，并无偿提供软件新版本，使用户的系统处于最先进的水平和最完善的状态。
6.3包装、装卸、运输与储存
6.3.1供方交付的所有货物符合通用的包装储运指示标志的规定（GB/T13384标准）及具有适合长途运输、多次搬运和装卸的坚固包装。
包装保证在运输、装卸过程中完好无损，并有防雨、减震、防冲击的措施。
包装能防止运输、装卸过程中垂直、水平加速度引起的设备损坏。
包装按设备特点，按需要分别加上防潮、防霉、防锈、防腐蚀的保护措施，保证货物在没有任何损坏和腐蚀的情况下安全运抵指定现场。
产品包装前，供方负责检查清理，不留异物，并保证零部件齐全。
6.3.2供方对包装箱内的各散装部件在装配图中的部件号、零件号标记清楚。
6.3.3每件包装箱内，附有包装分件名称、数量的详细装箱单、合格证。
外购件包装箱内有产品出厂质量合格证明书、技术说明书各一份。
6.3.4各种设备的松散零星部件采用好的包装方式，装入尺寸适当的箱内。
6.3.5供方交付的技术资料使用适合于长途运输、多次搬运、防雨和防潮的包装。
6.4产品认证
需方拟对数据采集器进行3C认证，需方应当提供相应的支持与服务，包括而不限于：
（1）技术资料：
产品总装图、电气原理图、安全元器件清单、产品生产材料清单；
（2）检测样品：
包括供方现有型号数据采集器及未来的数据采集器；
（3）生产商资质证明；
（4）认证厂检支持；
（5）与产品3C认证有关的其他配合协助事项。
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