01
前 言
中国新能源发电装机规模持续增长,到2024年6月底,新能源发电装机规模首次超过煤电,标志着我国在新能源发电领域取得了历史性突破。到2024年底,全国发电装机容量达到33亿千瓦,其中非化石能源发电装机容量达到19亿千瓦,占总装机比重上升至57.5%;并网风电和太阳能发电合计装机容量预计达到13.5亿千瓦,占总装机比重首次超过40%。未来 ,新能源发电装机规模将继续扩大。
新能源场站建设因受地理环境、地质条件、新能源分布等条件因素制约,存在地理位置偏僻、分布广、分布散等特点。传统的现场值班、现场值守及现地运维的模式对新能源场站运维带来较高的人力资源成本且运维效率、管理效率、经济效率普遍不高。为构建新能源一体化运营管理能力,实现新能源场站“调控一体、智慧运维、区域运检、打捆交易”的生产运维管理新模式,新能源场站一般都会建立新能源集控中心监控系统,实现新能源场站远程集中监控及智慧运维。
02
新能源集控功能需求
新能源集控中心业务逻辑
新能源集控中心实现对各新能源场站的远程监控,作为电场的异地值班单位,承担受控电场“主控室”的职能。集控中心还承担与调度管理机构进行部分数据业务往来的职责,代替场站与调度进行OMS、发电计划填报、网源协调、调度下令等业务交互。新能源集控中心业务流程如下图所示:
新能源集控中心接受区域调度中心的调度指令,控制场站设施,接收场站数据并存储、分析。
新能源集控中心业务需求
新能源集控中心作为电力核心生产业务的关键环节,对系统的稳定性与可靠性有着极高的标准。随着新能源领域如风机、光伏站及小型水电站等基础设施的持续扩展,集控系统所承担的业务量亦在迅速增长。这一趋势对系统业务承载能力的弹性扩展、以及整体投资与建设成本的高效控制,均提出了更为严苛的挑战。
新能源集控中心通过智慧运营平台,需要实时收集和处理各场站的数据,包括设备运行状态、环境参数等,并进行预警、诊断、分析和运营管理。涉及到大量的结构化和非结构化的数据存储、实时调用及分析。
新能源集控中心需要借助大数据技术,深入剖析生产数据及视频监控资料,使管理人员能够全面且直观地掌握各场站与设备的实时运行状态,为企业的战略决策提供坚实的数据支撑。此外,这些数据还被用于构建精细模型,以强化故障预警机制、提升状态诊断精度,并有效指导设备检修工作,进一步优化运维效率。
新能源数据中心业务结构
新能源集控中心一般分为3个区:Ⅰ区生产控制区,主要业务是监控场站侧设备运行状况,IT资源以物理机为主;Ⅱ区生产非控制区,主要业务是电能量计量等;Ⅲ区信息管理区,主要业务是生产管理、统计分析等。Ⅰ区Ⅱ区在一个物理机房,逻辑隔离;Ⅲ区物理隔离,通过隔离装置进行数据交换。
新能源集中中心信息系统一般包含以下平台:
安全生产管控平台
负责生产实时监视、安全管理和设备管理。通过实时监控生产性能,提供全面的生产过程管控。
经营管理平台
提供综合计划、财务、物资等管理支持,帮助企业进行高效的经营和管理。
综合管理平台
涵盖个人中心、办公管理、人力资源等功能,提供全面的综合管理服务。
数据采集与传输平台
负责风机实时运行数据、升压站实时运行数据、功率预测系统数据、AGC/AVC系统的数据和电能量计量信息采集,确保数据的准确性和及时性。
数据传输系统
包括断点续传、主子站时钟同步、规约调试和源码分析、数据轮询等功能,确保数据传输的稳定和高效。
数据处理系统
进行数据有效性检查、限值检查和多数据源处理,确保数据的准确性和可靠性。
03
新能源集控中心云平台解决方案
Part.1
平台资源设计
基于威努特超融合系统,可以为新能源集控中心打造高性能、高可用、高效率及易于安装维护的IT基础设施平台。方案架构如下:
威努特超融合系统是一种横向扩展的软件集成基础架构云操作系统,包括威努特计算虚拟化、威努特存储虚拟化、威努特网络虚拟化等关键组件。
威努特统一管理平台组件
在同一个管理平台内,对集群的硬件物理资源与虚拟化资源进行统一管理,提供统一的用户策略与日志告警平台,并支持利用一键巡检功能,随时了解平台整体资源的健康状态。其中,硬件物理资源包括节点运行、CPU、GPU、内存、磁盘等状态与使用情况;虚拟化资源包括虚拟机、虚拟网络、虚拟存储等状态与使用情况。
威努特计算虚拟化组件
通过对多品牌芯片的服务器进行虚拟化,面向最终用户呈现标准的虚拟机,支持在不影响虚拟机业务正常运行的前提下,实现整个系统(包括虚拟硬件、操作系统和配置完毕的应用程序)在不同物理服务器之间的快速、便捷迁移,提供丰富的管理功能。
威努特存储虚拟化组件
将存储安置于虚拟化集群的每台物理服务器中,通过聚合多个服务器节点的本地存储资源,将其合并为全局存储资源池,最终构建一个可动态扩展的存储池,供虚拟机使用。利用闪存存储资源(如NVMe或SATA固态硬盘)特性提升存储性能,同时利用SATA或SAS硬盘驱动器提供存储容量,并针对业务进行存储优化,以更好地支持运行在集群中的业务应用。
威努特共享存储虚拟化组件
面向各种品牌SAN存储,威努特自主研发的一款通用性强、兼容性广的共享存储虚拟化组件,节省与各品牌不同型号的SAN存储集成、开发存储驱动程序所花费大量时间。
威努特网络虚拟化组件
提供纯软件方式的统一网络和安全解决方案,无需绑定硬件,即可利用Overlay网络,实现对异构底层硬件、不同虚拟化架构、多种网络的统一覆盖。支持高效转发和强大网络功能,实现云端网络“化繁为简”。更有灵活多样的流量策略调度,融合丰富的第三方网络安全生态,提供完备的安全方案。
威努特生命周期管理组件
生命周期管理组件可以提供快捷的威努特超融合系统部署。在威努特超融合系统部署过程中,生命周期管理组件可以提供集群配置、节点配置、重新部署、导出部署日志等功能支持。
威努特迁移工具
威努特迁移工具提供界面化管理方式能够将物理服务器或其他类型虚拟机,在线迁移至威努特云操作系统中。
Part.2
计算资源设计
基于威努特蛟龙系列服务器,为新能源集控中心打造可靠稳定的数字化基座。威努特蛟龙系列服务器具备卓越的性能、高可用性和强大的安全特性,确保了新能源集控中心能够高效处理海量数据,实现对风电场、光伏电站等分布式能源站点的实时监控与智能管理。
威努特蛟龙服务器平台不仅支持复杂的数据分析和智能决策支持系统,还通过其内置的安全防护机制,内置防勒索系统,为新能源集控系统提供了严密的网络安全保障,有效抵御外部威胁,确保电力监控系统的稳定运行。此外,威努特蛟龙系列服务器的低能耗设计和易维护特性,进一步降低了运营成本,提升了系统的整体效能,助力新能源行业向智能化、绿色化转型,成为推动我国新能源高质量发展的坚实技术支撑。
Part.3
存储资源设计
存储资源池主要用于新能源集控中心所有相关的业务数据、统计数据等重要数据的存储。新能源集控中心的数据按照数据类型主要可以分为两类,即结构化数据和非结构化数据。
结构化数据主要包括SCADA、风机、升压站、光伏逆变器等设备运行时产生的实时数据,为实时数据库或时序数据库。
半结构化数据,是结构化数据的一种形式,虽不符合关系型数据库或其他数据表的形式关联起来的数据模型结构,但包含相关标记,用来分隔语义元素以及对记录和字段进行分层。因此,也被称为自描述的结构。常见的半结构数据有XML和JSON。
非结构化数据,包括风/光伏电场视频监控、巡检的红外热像仪等产生的图片和视频。集控会使用大量智能设备辅助巡检(机器人,安全帽、智能监控等)会产生大量的图像、视频数据,有大量的非结构化数据需要存储。
威努特分布式统一存储系统是针对海量非结构化数据场景推出的分布式存储系统。遵循软件定义存储的设计理念,可部署于标准的X86以及国产化服务器平台,甚至可利用不同规格配置的服务器组建大规模分布式集群。
威努特分布式存储系统支持POSIX、CIFS、NFS、FTP、S3、iSCSI等访问协议,可通过在线扩展实现1024个节点的集群规模、192PB的单文件系统容量、百亿级文件管理规模。针对大文件、小文件分别提供性能优化机制、支持以完整文件为单位分布数据,也可以将每个文件拆分打散存放到集群中所有节点。可实现动态的容量性能扩展、卓越的系统性能和极高的可用性。
威努特分布式存储系统支持各类标准X86硬件以及飞腾、鲲鹏、申威、龙芯、海光等国产CPU平台。依托简洁高效的软件架构,对硬件资源需求较低,支持单独部署或超融合形态部署,通过共享硬件设备,将应用软件或虚拟化环境部署在相同平台,可以大幅简化IT架构,提升资源利用率。
Part.4
备份与恢复系统设计
为满足新能源集控中心对业务数据保护需求,通过威努特备份与恢复系统提供本地数据备份功能。
备份与恢复系统主要完成在云计算/虚拟化环境下,对虚拟机进行定时备份与恢复、灾难演练等,实现操作系统、数据、应用的备份,防止由于人为误操作、病毒、攻击、自然灾害、战争等对虚拟机/数据的毁灭性破坏,并提高应用业务连续性。
实时复制
威努特 CDP实时监控检查业务文件的变化量,并将发生变化的业务数据量实时复制到备端服务器对应位置保存。采用多线程复制技术优化数据实时复制性能。无需植入系统内核驱动,在保障实时复制性能的同时减少对业务系统的影响。备端数据可随时进行读取查看、多副本快速挂载恢复。
实时归档
威努特 CDP支持将用户服务器文件实时同步归档至对象存储端,并基于高可用架构设计,将用户所存文件的多个副本分布于不同存储集群,即使出现集群规模的故障也不会影响存储文件的可用性。相较于定期归档间隔一段时间进行归档,实时归档可在指定电子文件形成后立即归档,进一步减少了文件丢失的风险,保障了用户的数据安全。
应用级容灾
通过实时复制技术,在备端服务器已拥有了一套与业务环境完全一致的备用系统,备用系统拥有与业务环境一样的操作系统、应用配置和业务数据,一旦业务系统发生故障或其他原因导致业务系统中断运行,可将备用系统的IP改为业务系统IP,即可将整个业务接管到灾备系统上运行,接管时间即修改IP时间,非常迅速。
04
结 语
威努特凭借在云技术、存储管理、数据备份以及高性能计算领域的深厚积累,推出了全栈ICT解决方案,该方案专为新能源集控中心设计,旨在通过一站式云数据平台,实现数据的高效整合、智能存储、灵活备份与强大计算能力,为新能源行业的数字化转型与智能化运营提供坚实支撑。
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?发表于:中国 北京