風電功率Web服務平臺的設計

薛 冰，劉 準

（中國氣象局公共氣象服務中心，北京 100081）

0 引言

風能是應用前景廣闊的清潔可再生能源，我國風能資源蘊藏量豐富；風力發(fā)電以風能資源作為保障，是實現(xiàn)碳減排的有效途徑之一[1]。準確預報風電功率，對提高電網的安全運行水平和風電企業(yè)的經濟效益具有重要意義。國外已經研發(fā)了相關的風電功率預報軟件系統(tǒng)，如丹麥的Prediktor風能預報系統(tǒng)、美國的eWind風能預報軟件，國內一些企業(yè)也研發(fā)了相關的軟件，中國氣象局公共氣象服務中心研發(fā)了應用于風電場的風電功率預測軟件。深入分析風電氣象服務業(yè)務需求，結合氣象部門在風電功率預測預報方面的科研成果，本文設計適應多元應用場景的風電功率Web服務平臺，為提高風電氣象服務業(yè)務水平提供支撐。

1 需求分析

1.1 業(yè)務需求

我國風電產業(yè)的裝機容量持續(xù)高速增長[2]，能源管理部門對風電的規(guī)范發(fā)展提出了要求。電力調度部門需要提前預測并網發(fā)電風電場的風電功率，以便合理制定發(fā)電計劃；風電企業(yè)需要結合所屬風電場的功率預測情況，合理安排發(fā)電作業(yè)和檢修任務。構建面向風電場、風電企業(yè)和電力調度機構等多元應用場景的統(tǒng)一服務平臺，融合氣象部門精細化數(shù)值天氣預報結果，實現(xiàn)開放的平臺架構體系，運行于不同類型的操作系統(tǒng)，滿足風電企業(yè)、電力調度機構等企業(yè)組織和行業(yè)機構實時掌握所轄風電場的風電功率預測預報信息，進行信息綜合集成分析和業(yè)務決策的需求，形成風電行業(yè)功率預測管理完整解決方案，可以輔助風電企業(yè)和行業(yè)機構建立點到面的業(yè)務規(guī)范，通過集約式服務模式在一定程度上提高風電行業(yè)氣象服務效益。

1.2 功能需求

風電功率Web服務平臺集成基礎數(shù)據(jù)收集處理、風電功率預測計算、考核指標評價計算和用戶交互等功能[3-4]，滿足風電企業(yè)、電力調度機構等用戶對于風力發(fā)電這一新能源的充分利用中所必須依賴的氣象服務、風電服務的要求，和社會經濟對氣象服務質量、內涵不斷提高的要求。

風電功率Web服務平臺實現(xiàn)風電場基本信息管理、用戶與系統(tǒng)配置管理、歷史數(shù)據(jù)收集處理、實況和預報數(shù)據(jù)收集處理、風電功率預測、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)上報等功能，以及氣象信息展示、風電功率信息展示、監(jiān)控信息展示、統(tǒng)計查詢、發(fā)電計劃申報、考核指標展示、系統(tǒng)管理、打印輸出等功能。風電功率Web服務平臺的功能結構如圖1所示。

圖1 風電功率Web服務平臺功能結構圖

1.3 平臺目標

面向風電場、風電企業(yè)和電力調度機構等多元應用場景，研究和設計適應風電功率預測預報業(yè)務需求、多學科多領域信息高度集成、集約化和自動化的風電功率Web服務平臺，支持在多種服務器操作系統(tǒng)環(huán)境下運行，能夠快速部署、易于維護。

2 平臺設計

2.1 平臺應用體系結構設計

2.1.1 總體體系架構

風電功率Web服務平臺采用面向對象的設計思路，圍繞可互操作的、松耦合網絡服務進行構建，實現(xiàn)與已有的業(yè)務系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)相銜接。平臺基于開放標準和安全互聯(lián)的層級體系，采用層次化的體系結構，由基礎支撐層、數(shù)據(jù)存儲層、Web應用邏輯層、Web用戶服務層和接口規(guī)范等部分組成，各層都遵守統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范、通信規(guī)范等信息系統(tǒng)標準規(guī)范體系，以滿足風電功率Web服務平臺各層之間的松耦合性、功能透明性以及協(xié)議無關性等要求, 提高平臺結構的可擴展性和可移植性，運行在統(tǒng)一的安全控制體系下。風電功率Web服務平臺的總體體系結構如下圖所示。

2.1.2 平臺技術架構

風電功率Web服務平臺采用B/S架構，包括通過瀏覽器訪問的Web服務端和后臺服務器端兩部分，兩部分之間通過網絡進行通信。

Web服務端包含用戶交互和數(shù)據(jù)展示界面，如用戶登錄窗口、功率曲線、用戶設置窗口、統(tǒng)計分析和指標曲線等。用戶的操作傳遞給瀏覽器端事務處理模塊，完成相應的功能。Web服務端事務處理模塊根據(jù)其功能包含回調函數(shù)接口、中間業(yè)務處理和通信環(huán)節(jié)三個部分，回調函數(shù)接口對用戶交互界面的操作事件進行處理，通信環(huán)節(jié)通過http協(xié)議與服務器端進行數(shù)據(jù)交互，中間業(yè)務處理部分實現(xiàn)二者之外其他的功能。

服務器端實現(xiàn)基礎業(yè)務，包括數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)采集處理和數(shù)據(jù)上報等三部分。數(shù)據(jù)存儲管理通過mysql數(shù)據(jù)庫對氣象數(shù)據(jù)、風電功率數(shù)據(jù)和業(yè)務管理數(shù)據(jù)進行存儲管理；數(shù)據(jù)采集處理部分接收氣象數(shù)值預報和電網調度機構下達的發(fā)電計劃數(shù)據(jù)，動態(tài)調用風電功率預報模型生成短期和超短期預報結果，定期進行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計；數(shù)據(jù)上報部分接受用戶或系統(tǒng)的指令按照通信規(guī)約上傳發(fā)電計劃數(shù)據(jù)。

2.2 業(yè)務流程設計

風電功率Web服務平臺以數(shù)值預報數(shù)據(jù)的傳輸管理、風電場實況數(shù)據(jù)的采集處理、服務器端數(shù)據(jù)收集處理、功率計算作業(yè)調度等業(yè)務過程為主線，結合數(shù)據(jù)存儲、考核指標計算、發(fā)電計劃制作和申報、用戶管理、系統(tǒng)管理等流程，完成風電氣象服務面向終端用戶的應用。整合現(xiàn)代信息技術和風電功率預測模型動態(tài)建模技術方法，實時計算生成精度高、覆蓋面廣、針對性強的風電氣象服務信息。最終實現(xiàn)信息流在風電場、風電企業(yè)業(yè)務值班部門、電網調度機構等的實時流轉。

2.3 技術路線

服務器端系統(tǒng)基于.net平臺，以c#語言開發(fā)，以Mysql作為數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)、數(shù)值預報數(shù)據(jù)和風電場風電功率數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲管理，集成風電業(yè)務規(guī)則，以模塊化的形式動態(tài)加載所需功能。

Web服務端系統(tǒng)以php語言開發(fā)，php將程序嵌入到HTML文檔中去執(zhí)行，實現(xiàn)更快的動態(tài)網頁執(zhí)行速度，支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫接口以及操作系統(tǒng)運行環(huán)境。

基于MVC模式，前后臺解耦，后臺模塊支持多種數(shù)據(jù)庫接口，提高平臺的兼容性。應用基于角色的用戶權限模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與用戶的關聯(lián)，提高平臺對應用場景的適應性。

2.4 關鍵技術

2.4.1 用戶權限管理和資源調度模型

結合風電功率Web服務平臺的業(yè)務邏輯，對基于角色的訪問控制（Role-based Access Control,RBAC）[5]進行了改進，模型中包含的基本元素主要有權限資源、用戶、用戶組、角色和操作等，主要的關系有分配用戶組、分配角色權限和分配用戶角色。通過建立用戶組、角色和用戶與權限資源、操作之間的映射關系，對平臺各部分資源進行訪問控制。

2.4.2 風電功率預報模型動態(tài)調度

目前采用的風電功率預測尺度有超短期預測和短期預測，對于各風電場分別建立物理預報模型或自適應偏最小二乘回歸模型，以適應風電場的個性化特征。平臺創(chuàng)建風電場和預報模型的映射關系，通過參數(shù)匹配，對各風電場進行功率預測時，動態(tài)調度相應的風電功率預報模型進行計算。

2.4.3 C/S和B/S架構綜合業(yè)務集成

我中心已研發(fā)了應用于風電場的風電功率服務系統(tǒng)桌面版軟件，采用C/S架構，為風電場開展風電功率預報業(yè)務提供了很好的支撐，用戶評價較高。本文研究的B/S架構的服務平臺，是桌面版軟件的產品線延續(xù)，對桌面版軟件系統(tǒng)的后臺服務器端系統(tǒng)進行了業(yè)務拓展，形成滿足風電場、風電企業(yè)和電力調度機構等不同應用場景的服務軟件產品線。

3 結束語

針對風電功率預測預報業(yè)務現(xiàn)狀和功率預報軟件多應用場景的需要，本文設計了基于Web的風電功率服務平臺。利用Web平臺的優(yōu)勢，各應用場景下平臺的終端用戶均可通過用戶權限管理和訪問控制，獲取相應的風電功率服務，從而簡化了面向風電場單一應用場景下軟件部署的復雜性，節(jié)約軟件開發(fā)和維護成本。平臺集成各風電場特定的功率預報模型動態(tài)調度機制，能夠適應風電場、風電企業(yè)和電力調度機構對風電功率預測的集約化管理，為電網的安全可靠運行和更好的開發(fā)利用風能資源提供支撐。

[1] 中國氣象局風能太陽能資源評估中心.中國風能資源評估(2009)[M].北京：氣象出版社,2010.

[2] 路正南,張志娟.我國風電產業(yè)裝機容量預測分析[J]. 科技與管理.2011(01).

[3] Q/GDW 588-2011,風電功率預測功能規(guī)范[S].北京：國家電網公司.

[4] 國家能源局.國家能源局關于印發(fā)風電場功率預測預報管理暫行辦法的通知[Z].國能新能[2011]177號.2011-06-09.