龙源川井风电场风机数据采集传输与存储系统的设计与实现-荣宇龙.pdf

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1、 专业硕士学位论文 龙源川井风电场风机数据采集传输与存储系统的设计与实现 The Design and Realization of Fan Data Collection Transmission and Storage System of Longyuan Chuanjing Wind Farm 荣宇龙 2015 年 5 月 国内图书分类号： TP311.1 学校代码： 10079 国际图书分类号： 621 密级：公开 专业硕士学位论文 龙源川井风电场风机数据采集传输与存储系统的设计与实现 硕士研究生 ： 荣宇龙 导师 ： 宋雨教授 企业导师 孙浩高工 申请学位 ： 工程硕士 专业领域 ：

2、 计算机技术 培养方式 ： 在职 所在学院 ： 控制与计算机工程学院 答辩日期 ： 2015 年 5 月 授予学位单位 ： 华北电力大学 Classified Index: TP311.1 U.D.C: 621 Thesis for the Master Degree The Design and Realization of Fan Data Collection Transmission and Storage System of Longyuan Chuanjing Wind Farm Candidate： Rong Yulong Supervisor： Academic Degree

3、Applied for： Speciality： Prof. Song Yu Master of Engineering Computer Technology School： School of Control and Computer Engineering Date of Defence： 2015 June Degree-Conferring-Institution： North China Electric Power University 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文龙源川井风电场风机数据采集传输与存储系统的设计与实现，是本人在导师指导

4、下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 龙源川井风电场风机数据采集传输与存储系统的设计与实现系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电

5、子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打 “”）： 保密 ，在 年解密后适用本授权书 不保密 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文 I 摘要 全球能源供应紧张，清洁能源越来越受到世界各国和地区的广泛关注。风能符合人类可持续发展的要求，具有分布广泛、储量巨大、可再生和清洁无污染的特点。龙源电力是中国新能源行业的先行者，通过多年富有成效的探索和实践，风电开发规模和效益均保持行业领先水平，形成了战略领先、管理领先、技术领先的核心

6、竞争优势。 由于风能具有非常强的随机性和间歇性的特点，风力发电具有不稳定性，但风力发电对风机各项数据要求比较高，所以应当采用统一标准的传输协议实现对风机数据的高效、安全、稳定的传输和存储。基于 TCP/IP 标准协议的风机数据传输与 存储系统正是针对上述问题进行的研究，本文主要研究包括以下几方面内容： 1. 结合风机数据特点，通过查阅的相关资料，对数据采集、传输以及存储等相关概念、应用现状及平台进行了系统的总结归纳。 2. 对比分析了国内外主流数据传输与存储技术，提出了基于 OPC 技术、 TCP/IP技术的解决方案，选择 SQL Server 为存储平台。 3. 针对风机数据传输与存储系统中

7、具体功能需求，根据技术方案设计了系统整体架构，确定本系统的实现模块：数据采集、数据传输和数据存储。 4. 基于概要设计和详细设计，完成了风机数据传输与存储系统的开发，利用基于 TCP/IP 模型的传输机制成功将各项数据传输到中央数据库，最终利用 SQL Server数据库完成了数据的高效存储和查询。 关键词： 风机数据 ； OPC 技术； TCP/IP 协议；数据存储； 华北电力大学硕士学位论文 II Abstract The current global energy supply is in a tight situation. Wind energy has the characteri

8、stics of huge reserves, widely distributed, clean, non-polluting and renewable.Thus, wind energy meets the requirements of sustainable human development and raise wide spread concern around the world. The instability of wind power has led to difficulties in data transmission fan and many other issue

9、s. However, wind power is relatively high for the data requirements. Fan run-time efficient transmission and storage of data is particularly important. This dissertation studies the transmission and processing of fan data based on TCP/IP protocol and will establish an efficient and stable integrated

10、 system of fan data collection, transmission and storage.The research mainly focused on the following aspects: 1. Consult the related material, summary and analyze the concept, platform and current situation of wind data clooection, transportion and storage. 2. Compare the main transportion and stor

11、age technology, put forword the solution based on OPC and TCP/IP, and choose SQL Server as storage platform. 3. Consider the detail function of wind data transportion and storage system, design the whole architecture based on the technology solution and devide the system to three components: data co

12、llection, data transportion and data storage. 4. Complete the development work of wind data transportion and storage based on the detail design. The system transport all wind data to central database based on the TCP/IP mechanism and accomplish the storage and query of wind data efficiently. Keyword

13、s: Wind Data; OPC; TCP/IP; Data Storage 华北电力大学硕士学位论文 III 目录 摘要 . I Abstract . II 目录 . III 第 1章 绪论 . 1 1.1 选题的背景与意义 . 1 1.2 研究现状 . 2 1.2.1 国内外风电发展现状 . 2 1.2.2 龙源风电集团发展现状 . 4 1.3 论文研究内容及目标 . 4 1.4 论文组织结构 . 5 1.5 本章小结 . 6 第 2章 风机数据传输与存储系统相关技术 . 7 2.1 OPC 技术 . 7 2.1.1 OPC 的定义 . 7 2.1.2 OPC 技术背景 . 7 2.1.

14、3 OPC 技术的优点 . 7 2.1.4 OPC 技术的应用 . 8 2.2 TCP/IP 协议栈和 HTTP 协议 . 8 2.2.1 IP 网际协议 . 9 2.2.2 TCP 传输控制协议 . 10 2.2.3 HTTP 协议 . 11 2.3 数据存储与管理技术 . 12 2.3.1 Microsoft ADO 编程模型 . 12 2.3.2 SQL 语言与 DBMS . 12 2.4 系统架构 . 13 2.4.1 B/S 架构与 C/S 架构 . 13 2.4.2 C/S 架构的优势 . 14 2.5 本章小结 . 14 第 3章 风机数据传输与存储系统的分析 . 15 3.1

15、项目概述 . 15 3.2 项目开发流程 . 15 华北电力大学硕士学位论文 IV 3.3 可行性研究 . 16 3.3.1 经济可行性分析 . 16 3.3.2 技术可行性分析 . 17 3.3.3 组织管理可行性分析 . 17 3.3.4 操作可行性分 析 . 17 3.4 需求分析 . 18 3.4.1 数据采集端功能分析 . 18 3.4.2 中央服务器端功能分析 . 19 3.4.3 中央监控端功能分析 . 20 3.5 本章小结 . 20 第 4章 风机数据传输与存储系统的设计 . 21 4.1 概要设 计 . 21 4.2 系统功能详细设计 . 22 4.2.1 采集端设计 .

16、22 4.2.2 中央服务器端设计 . 24 4.2.3 系统客户端设计 . 25 4.3 本章小结 . 28 第 5章 风机数据传输与存储系统的实现 . 29 5.1 数据采集模块 的实现 . 29 5.2 数据传输模块实现 . 32 5.3 数据存储模块实现 . 34 5.4 系统运行与测试 . 37 5.5 本章小结 . 38 第 6章 结论与展望 . 39 6.1 本文的主要工作及结论 . 39 6.2 有待进一步研究的问题 . 39 参考文献 . 40 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 . 44 致谢 . 45 作者简介 . 46 华北电力大学硕士学位论文 1 第 1章 绪论

17、 1.1 选题的背景与意义 全球能源供应紧张，清洁能源越来越受到世界各国和地区的广泛关注。风能符合人类可持续发展的要求，具有分布广泛、储量巨大、可再生和清洁无污染的特点，已经成为解决世界能源短缺的重要途径 1。近年来风电产业在全球范围内迅速发展，风能产业的规模得以迅速扩大。 风力发电的优势可以概括为以下几点 2： (1)风能是一种清洁的自然能源，只通过降低气流的速度将风能转化为电能，不会给大气造成任何污染。 (2) 随着风电产品批量增加和技术的进步，风力发电的成本持续下降，经济性日益提高。 (3)风力发电单机容量不断提高，产品质量明显改善，可用率达到较高水平，安全可靠。 (4)占地面积少。风电

18、机组及其配套设备仅占风电场很少的土地，其余绝大部分场地可供农业、林业、畜牧使用。 (5)风电场建设周期比较短。安装风力发电机组仅需若干周，多台风电机组可多台同时安装，节约建设时间。综合以上优越性，风力发电具有显著的社会效益和经济效益，因此风电受到世界各国的高度重视。 风能是清洁无污染的可再生能源，风力发电技术较为成熟、经济性强、市场吸 引力巨大，已成为电力系统中电力来源的重要组成部分。我国濒临太平洋，季风强盛，内陆还有许多山系，改变了气压的分布，形成了分布很广的风能资源。据初步分析，我国约有 20%左右的国土面积具有比较丰富的风能资源，主要分布在东南沿海和东北、西北、华北地区，特别是内蒙古大草

19、原和新疆达坂城，风能资源十分丰富，在中国发展风电具有资源上的优势 2。我国 2010 年远景目标纲要中提出要积极发展风能、地热能、海洋能等新能源发电。为了支持风电发展，电力部制定的风力发电场并网运行管理规定明确提出了风电上网和电价确定的原则，地方政府 部门也相继出台了促进风电发展的优惠政策，极大的的推动了风电的发展。 龙源电力集团股份有限公司主要从事风电场的设计、开发、建设、管理和运营，向风电场提供咨询、维修、保养、培训和其他专业服务。截至 2013 年底公司风电控股装机容量达到 1191 万千瓦，稳居亚洲第一、居世界第二位。近年来公司各项经营指标均居行业领先地位，随着风电装机规模的快速增长，

20、盈利能力稳步提升。除了装机规模和经营效益，公司率先开拓海外市场、海上风电、高海华北电力大学硕士学位论文 2 拔和低风速风电等多个新的发展领域。 经过多年的积累，龙源电力成功构建了新能源十大技术服务支持系 统，形成了设计咨询、前期测风、技术研发、运行监控、专业培训、检修维护等多个领域的独特优势。公司获国家能源局授牌成立了 “国家能源风电运营技术研发中心 ”，引领行业技术升级。经过国家人力资源和社会保障部的批准，公司成立了 “国电龙源风力发电职业技能鉴定站 ”，培养鉴定胜任风电行业的高等专业人才，为公司可持续发展提供了人才保障。 川井风电场五期项目位于内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗海流图镇， 2009

21、 年 6月 6 日开工建设， 10 月 28 日首台机组并网发电。五期工程装机容量为 4.95 万千瓦，建设三十三台 1500 千瓦风电机组。风场年可 上网电量达 1.2 亿千瓦时，与同规模的火力发电厂相比，平均每年可以节约标准煤约 4 万吨，减少粉尘排放约6070 吨，减少二氧化碳排放 11 万吨，减少二氧化硫排放约 607 吨。 由于风能具有非常强的随机性和间歇性的特点，因而风力发电具有不稳定性，并且风场条件恶劣，位置较为偏远，导致风机数据传输困难、数据易丢失、安全系数低等诸多问题。但风力发电对风机各项数据（比如温度、风速、功率）的要求比较高，所以风机实时运行数据的高效传输与存储变得非常重

22、要。为了得到更准确的风机的数据，我们应当采用一种统一标准的传输协议以实现对风机数据 的高效、安全、稳定的传输 3，本论文所研究的基于 TCP/IP 标准协议的风机数据传输技术正是克服了风力发电数据传输中的上述缺陷，为实现风机数据的稳定高效传输与存储，监控风机的运行状态，实现内外一体化作业，提高风电场效益奠定了基础。 1.2 研究现状 1.2.1 国内外风电发展现状 中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约 2.53 亿千瓦。 截至2013 年末，全球风电累计装机容量前三位国家的分别是中国、美国、德国，分别为 9253 万千瓦、 6321 万千瓦和 3637 万千瓦，超过 2000 万千瓦的国家共有五个。中国新增装机容 量为 1609 万千瓦，排名全球首位，占全球新增装机容量的45.39%错误 !未找到引用源。 。 随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来 。风电场远方监控系统主要对分布在不同地区风电场的风力发电机组及场内变电站的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控，使监控中心能够及时准确地了解各风电场的生产