一种发电设备的远程监控方法与系统与流程

1.本发明实施例涉及发电技术领域，尤其涉及一种发电设备的远程监控方法与系统。


背景技术：

2.发电设备作为一种应用广泛的能量转化装置，广泛应用于发电领域，涉及电站锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、风力发电设备、光伏发电设备等多种设备及装置，其平稳、经济运行对于生产生活具有十分重要的意义。
3.为提高发电设备运行过程的稳定性及可靠性，减少事故发生频率，需要加强发电设备运行监控、预警及故障诊断。在实际生产过程中，通常将发电设备数据信号以有线通信的传输方式传送至远程监测中心。常规的有线通信方式安全性和保密性存在隐患，易受空间或地域限制。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种发电设备的远程监控方法与系统，以实现能够保证发电设备重要试验数据传输的安全性，突破空间或地域限制，允许扩展数据采集点，满足现代智能化电厂升级需要。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种发电设备的远程监控方法，包括：
6.通过数据采集与处理模块，采集发电设备的运行数据，并对所述运行数据进行预处理；
7.通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，所述第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；
8.通过传输模块，基于预设频率将所述第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；
9.通过后台规约转换器，将所述第一协议数据转化为第二协议数据，将所述第二协议数据发送至监控诊断中心，所述第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；
10.通过监控诊断中心，对所述第二协议数据进行分析，并根据分析结果对所述发电设备进行监控。
11.进一步的，对所述运行数据进行预处理包括：
12.采用均值聚类分组算法对所述运行数据进行分组；
13.对分组数据进行数据修整，数据修整包括以下至少一项：空值插补、冗余数据清除和数据滤波。
14.进一步的，现场规约转换器在将预处理后的运行数据转化为第一协议数据之前，还包括：
15.获取各所述预处理后的运行数据的数据类型；
16.设置用于存储读写控制标志的全局共享缓冲区；
17.基于写控制标志，将各所述预处理后的运行数据分别存储在所对应数据类型的数据缓冲区中，所述写控制标志于检测到接收预处理后的运行数据时触发；
18.相应的，通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据包括：
19.通过现场规约转换器基于读控制标志从所述数据缓冲区中读取预处理后的运行数据，并将所述预处理后的运行数据转化为第一协议数据，所述读控制标志由所述预处理后的运行数据的数据类型对应的预设频率设定。
20.进一步的，所述读控制标志由所述预处理后的运行数据的数据类型对应的预设频率设定，包括：
21.若所述预处理后的运行数据为正常运行数据，则采用第一预设频率设定读控制标志；
22.若所述预处理后的运行数据为紧急告警数据，则采用第二预设频率设置读控制标志，所述第一预设频率小于所述第二预设频率。
23.进一步的，通过监控诊断中心对所述第二协议数据进行分析，并根据分析结果对所述发电设备进行监控，包括：
24.对所述第二协议数据进行性能分析确定故障诊断结果；
25.对所述第二协议数据进行数据预测确定预测结果；
26.基于所述故障诊断结果和/或所述预测结果对所述发电设备进行监控。
27.进一步的，基于所述故障诊断结果和/或所述预测结果对所述发电设备进行监控，包括：
28.通过监控诊断中心，基于所述故障诊断结果和/或所述预测结果生成控制指令，将所述控制指令反馈至所述发电设备，以使所述发电设备基于所述控制指令执行相应操作。
29.第二方面，本发明实施例还提供了一种发电设备的远程监控系统，该系统包括：发电设备、数据采集与处理模块、现场规约转换器、传输模块、后台规约转换器和监控诊断中心；
30.数据采集与处理模块，用于采集发电设备的运行数据，并对所述运行数据进行预处理；
31.现场规约转换器，用于将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，所述第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；
32.传输模块，用于基于预设频率将所述第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；
33.后台规约转换器，用于将所述第一协议数据转化为第二协议数据，将所述第二协议数据发送至监控诊断中心，所述第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；
34.监控诊断中心，用于对所述第二协议数据进行分析，并根据分析结果对所述发电设备进行监控。
35.本发明实施例通过数据采集与处理模块，采集发电设备的运行数据，并对运行数据进行预处理；通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；通过传输模块，基于预设频率将第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；通过后台规约转换器，将第一协议数据转化为第二协议数据，将第二协议数据发送至监控诊断中心，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；通
过监控诊断中心，对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控，能够实现基于5g通信的发电设备远程监控诊断，满足数据传输正确率、丢包率、容量、响应时间等技术指标要求，保证发电设备重要试验数据传输的安全性，突破空间或地域限制，允许扩展数据采集点，满足现代智能化电厂升级需要。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1是本发明实施例一中的一种发电设备的远程监控系统的结构示意图；
38.图2是本发明实施例二中的一种发电设备的远程监控方法的流程图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.实施例一
42.图1为本发明实施例提供的一种发电设备的远程监控系统的结构示意图。该运程监控系统，通过采集发电设备的与运行数据，并采用5gtcp通信技术传输至监控诊断中心，将监控诊断中心产生的控制指令反馈至发电设备，实现基于5g通信对发电设备进行运程监控，满足数据传输正确率、丢包率、容量、响应时间等技术指标要求。
43.本发明实施例中，发电设备的远程监控系统包括：发电设备1、数据采集与处理模块2、现场规约转换器3、传输模块4、后台规约转换器5和监控诊断中心6；
44.数据采集与处理模块2，用于采集发电设备1的运行数据，并对运行数据进行预处理；
45.现场规约转换器3，用于将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；
46.传输模块4，用于基于预设频率将第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；
47.后台规约转换器5，用于将第一协议数据转化为第二协议数据，将第二协议数据发送至监控诊断中心，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；
48.监控诊断中心6，用于对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控。
49.其中，发电设备1是一种将能量转化为电能的装置，在本发明实施例中发电设备用于产生运行数据用于监控诊断，同时也作为监控的对象。发电设备可以包括：电站锅炉、蒸
汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、分布式燃机发电设备。风力发电设备、光伏发电设备等多种设备及装置。
50.其中，数据采集与处理模块2用于采集发电设备1的运行数据，数据采集与处理模块中可以设置有专用的采集装置，通过以太网与发电设备上的采集点连接，采集发电设备的运行数据。
51.可选的，现场规约转换器3通过第一串行接口与数据采集与处理模块连接；所述后台规约转换器3通过第二串行接口与所述传输模块连接。
52.其中，第一串行接口可以为rs485接口，第二接口可以为rs232接口或rs485接口。
53.具体的，现场规约转换器3具备与数据采集与预处理模块的下行通信、与5g现场终端的上行通信、modbus协议与tcp协议转换功能。下行modbus规约链路通过rs485接口与数据采集与预处理模块2连接，上行tcp规约链路通过rs232/rs485接口与传输模块4中的5g现场终端连接。
54.其中，传输模块4包括：5g现场终端41、5g通信链路和数据处理单元45。5g通信链路包括：5g基站42、5g接入网43和地面通信中心44，用于提供5g数据通信服务。所述5g基站提供5g网络无线覆盖，实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输，所述5g接入网将所有终端连接到通信网络里面，包括cu(centralized unit，集中单元)、du(distribute unit，分布单元)和aau(active antenna unit，有源天线单元)3含个功能实体。
55.可选的，后台规约转换器5通过第三串行接口与传输模块4连接；所述后台规约转换器5通过以太网接口与监控诊断中心6连接。
56.其中，第三串行接口可以为rs232接口或者rs485接口。以太网接口可以为rj45接口。
57.具体的，后台规约转换器5通过rs232接口或者rs485接口与传输模块4的数据处理单元连接，通过rj45接口与监控诊断中心6连接。
58.可选的，监控诊断中心6具有可拖拽式组件，所述可拖拽式组件内置计算单元。
59.监控诊断中心6可以采用零代码、组态式建模技术，以非线性方程组求解技术为基础，为发电设备提供不同应用场景下的可拖拽式组件功能，内置计算单元，用于对所述发电设备的运行数据进行计算。计算单元包括：热平衡计算单元、规则计算单元、数值优化单元、深度学习单元，实现计算引擎驱动的系统协同优化控制。
60.本发明实施例提供的发电设备的远程监控系统，包括：数据采集与处理模块、现场规约转换器、传输模块、后台规约转换器和监控诊断中心；数据采集与处理模块，用于采集发电设备的运行数据，并对运行数据进行预处理；现场规约转换器，用于将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；传输模块，用于基于预设频率将第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；后台规约转换器，用于将第一协议数据转化为第二协议数据，将第二协议数据发送至监控诊断中心，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；监控诊断中心，用于对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控，能够实现基于5g通信的发电设备远程监控诊断，满足数据传输正确率、丢包率、容量、响应时间等技术指标要求，保证发电设备重要试验数据传输的安全性，突破空间或地域限制，允许扩展数据采集点，满足现代智能化电厂升级需要。
61.实施例二
62.图2为本发明实施例提供的一种发电设备的远程监控方法的流程图，本实施例可适用于基于5g传输技术对发电设备进行远程监控的情况，该方法可以由本发明实施例中的发电设备的远程监控系统来实现，如图2所示，该方法具体包括如下步骤：
63.s210，通过数据采集与处理模块，采集发电设备的运行数据，并对运行数据进行预处理。
64.其中，发电设备的运行数据是指发电设备在运行过程中产生的数据，例如电压、电流等功率数据，或者进口温度、进口压力等效率数据。
65.示例性的，数据采集与处理模块中可以设置有专用的采集装置，通过以太网与发电设备上的采集点连接，采集发电设备的运行数据，所采集的运行数据一般为opc协议数据，可将opc协议数据转化为modbus协议数据，以适配现场规约转换器的数据通信。
66.示例性的，对运行数据的预处理可以包括：数据空值插补、异常数据检测、或数据冗余去除等处理操作。
67.s220，通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据。
68.其中，现场规约转换器用于数据格式转换。
69.具体的，现场规约转换器分别与数据采集与处理模块，以及传输模块连接；用于将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据。
70.示例性的，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据，例如可以是tcp协议。通过现场规约转换器将modbus协议格式的预处理后的运行数据转化为tcp通信协议，用于5g的传输。
71.tcp通信协议即传输控制协议(tcp，transmission control protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。tcp适应支持多网络应用的分层协议层次结构。连接到不同但互连的计算机通信网络的主计算机中的成对进程之间依靠tcp提供可靠的通信服务。应用层向tcp层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后tcp把数据流分区成适当长度的报文段。tcp为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认ack；如果发送端实体在合理的往返时延rtt内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。tcp用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。tcp协议可以提供可靠的通信服务。
72.s230，通过传输模块，基于预设频率将第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器。
73.具体的，传输模块支持tcp通信协议，传输模块可以包括5g现场终端、5g通信链路和数据处理单元。5g现场终端内部通过微控制单元合理调度实现高频度的数据传输。5g现场终端的数据发送过程包括：初始化5g现场终端和数据包发送2个步骤。执行时，首先初始化5g现场终端，检测是否安装5g卡件以及5g信号强度。初始化完成后，自动获取卡号、使用频度和信号强度，若信号强度满足预设强度需求，允许执行发送tcp、获取位置、获取时间等操作。数据处理单元支持5gtcp通信协议，兼容多种加解密模式，具备接收所有制式载荷5g信号的能力，具有定位、通信、校时、用户授权与安全管理以及大数据处理等功能，用于提高数据传输的安全性。5g通信链路，用于提供5g数据通信服务。
74.s240，通过后台规约转换器，将第一协议数据转化为第二协议数据，将第二协议数据发送至监控诊断中心，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据。
75.其中，后台规约转换器用于用于数据格式的逆转换。
76.具体的，后台规约转换器分别与传输模块以及监控诊断中心连接；用于将第一协议数据转化为第二协议数据，第一协议数据为适配监控诊断中心的数据。
77.示例性的，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据，例如可以是opc数据格式。通过后台规约转换器将tcp通信协议转换为监控诊断中心可使用的opc数据格式，用于实现后台规约转换器和监控诊断中心的信息交互。
78.s250，通过监控诊断中心，对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控。
79.具体的，监控诊断中心通过专用数字接收程序对后台规约转换器传输的第二协议数据进行解析和分析，并向发电设备反馈控制指令及运行诊断信息。监控诊断中心具有显示设备，用于显示发电设备的运行数据、分析结果等数据。显示设备的显示界面可以根据发电设备顺序控制、调节控制和安全保护系统的显示需要灵活定制。
80.示例性的，对第二协议数据进行分析的方法可以采用零代码、组态式建模技术，以非线性方程组求解技术为基础，为发电设备提供不同应用场景下的可拖拽式组件功能，内置热平衡计算、规则计算、数值优化、深度学习单元，实现计算引擎驱动的系统协同优化控制。
81.本实施例的技术方案，通过数据采集与处理模块，采集发电设备的运行数据，并对运行数据进行预处理；通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，第一协议数据为适配5g通信传输协议的数据；通过传输模块，基于预设频率将第一协议数据通过5g传输网发送至后台规约转换器；通过后台规约转换器，将第一协议数据转化为第二协议数据，将第二协议数据发送至监控诊断中心，第二协议数据为适配监控诊断中心的数据；通过监控诊断中心，对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控，能够实现基于5g技术对发电设备进行远程监控，保证发电设备重要试验数据传输的安全性，突破空间或地域限制，允许扩展数据采集点，满足现代智能化电厂升级需要。
82.可选的，对运行数据进行预处理包括：
83.采用均值聚类分组算法对运行数据进行分组；
84.对分组数据进行数据修整，数据修整包括以下至少一项：空值插补、冗余数据清除和数据滤波。
85.具体的，利用k-means聚类分组技术对运行数据进行短时高精度分组，通过bp神经网络数据仿真、孤立森林法及高斯概率密度分布法实现空值插补、异常检测和冗余数据去除，提供发电设备运行数据滤波与数据状态识别等预处理功能。
86.可选的，现场规约转换器在将预处理后的运行数据转化为第一协议数据之前，还包括：
87.获取各预处理后的运行数据的数据类型；
88.设置用于存储读写控制标志的全局共享缓冲区；
89.基于写控制标志，将各预处理后的运行数据分别存储在所对应数据类型的数据缓冲区中，写控制标志于检测到接收预处理后的运行数据时触发；
90.相应的，通过现场规约转换器，将预处理后的运行数据转化为第一协议数据包括：
91.通过现场规约转换器基于读控制标志从数据缓冲区中读取预处理后的运行数据，并将预处理后的运行数据转化为第一协议数据，所述读控制标志由所述预处理后的运行数据的数据类型对应的预设频率设定。
92.其中，预处理后的运行数据的数据类型可以包括：正常运行数据和紧急告警数据。正常运行数据是在发电设备的运行状态下所采集的数据，紧急告警数据是在发电设备发出的预警状态下所采集的数据。
93.具体的，通过预处理后的运行数据携带的类型标识获取预处理后的运行数据的数据类型，在现场规约转换器的内存空间中建立缓冲区，所述缓冲区包括数据缓冲区和全局共享缓冲区，全局共享缓冲区用于存储读写控制标志，数据缓冲区用于存储预处理后的运行数据。基于全局共享缓冲区中存储的读写控制标志，将各预处理后的运行数据分别存储在所对应数据类型的数据缓冲区中，写控制标志于检测到接收预处理后的运行数据时触发。预处理后的运行数据存放在相应的缓冲区中等待读取。
94.根据数据缓冲区中存储的预处理后的运行数据的数据类型，查询数据类型与预设频率的映射关系表，基于预设频率在全局共享缓冲区设定读控制标志；通过现场规约转换器基于读控制标志从数据缓冲区中读取预处理后的运行数据，并将预处理后的运行数据转化为第一协议数据。采用小数据粘包传输机制提高5gtcp通信的传输效率，运用丢包反馈重传机制保证数据传输的可靠性。
95.通过读写控制标志执行读写操作，在一个任务中实现多模块读写，不需对多任务进行序列化和同步，不产生内存访问冲突，响应和转换速度高。
96.示例性的，现场规约转换器在检测到接收到采集与预处理模块发送的预处理后的运行数据时识别数据类型，并在全局共享缓冲区中设定读写标志。
97.可选的，若预处理后的运行数据为正常运行数据，则采用第一预设频率设定读控制标志；
98.若预处理后的运行数据为紧急告警数据，则采用第二预设频率设置读控制标志，第一预设频率小于第二预设频率。
99.具体的，第一预设频率为常规发送频率，作为一般数据的发送频率，例如30～60秒1次。第二预设频率为突发发送频率，作为紧急告警数据的发送频率，例如每秒1次。
100.可选的，通过监控诊断中心对第二协议数据进行分析，并根据分析结果对发电设备进行监控，包括：
101.对第二协议数据进行性能分析确定故障诊断结果；
102.对第二协议数据进行数据预测确定预测结果；
103.基于故障诊断结果和/或预测结果对发电设备进行监控。
104.具体的，监控诊断中心对接收到的第二协议数据进行性能分析，计算发电设备的性能指标，将计算得到的性能指标和发电设备的标准数据进行比较，确定故障数据，并对故障数据进行诊断确定故障诊断结果。对接收到的第二协议数据进行数据预测，确定预测结果，基于故障诊断结果和/或预测结果对发电设备进行监控。
105.可选的，基于故障诊断结果和/或预测结果对发电设备进行监控，包括：
106.通过监控诊断中心，基于故障诊断结果和/或预测结果生成控制指令，将控制指令
反馈至发电设备，以使发电设备基于控制指令执行相应操作。
107.具体的，发电设备作为被监控的对象，在监控诊断中心基于故障诊断结果和/或预测结果生成控制指令之后，将控制指令依次通过后台规约转换器、传输模块、现场规约转换器发送至发电设备，以使发电设备基于控制指令执行相应操作。
108.示例性的，若故障诊断结果为功率过大，则控制指令为降低电压大小或电流大小，发电设备在接收到控制指令进行电压值或电流值调整。
109.本发明提供了一种基于5g的发电设备远程监控诊断系统及方法，利用5g通信的高速率、低时延和大连接特性，降低数据传输时延，提升数据传输速率，提升通信可靠性，为发电设备远程监测系统提供了可转化为行动的数据，用于发电设备实时数据及历史数据的解读和分析，符合发电设备运行数据远程传输要求，有助于提升发电设备远程诊断水平。基于5gtcp通信技术，进行发电设备数据采集、数据发送协议转换、数据发送、数据接收、数据接收协议转换、数据处理及显示，消除了常规有线通信方式安全性和保密性隐患，突破空间限制，允许扩展传感和数据采集点，满足现代智能化电厂升级需要。同时，可以为常规数据传输专线提供备用通道，确保发电设备重要试验数据传输的可靠性，特别适合数据采集用户的数据传输应用以及集团用户大范围监控管理，具备应用于发电设备远程监控诊断的基础和条件。满足了风力发电、太阳能光伏发电、分布式燃机等具备分散特点的发电设备远程监控及诊断需求，符合低碳新能源发电产业发展趋势，具有积极的社会效益。
110.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。