風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

薛 冰，劉 準(zhǔn)

（中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

0 引言

風(fēng)能是應(yīng)用前景廣闊的清潔可再生能源，我國(guó)風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量豐富；風(fēng)力發(fā)電以風(fēng)能資源作為保障，是實(shí)現(xiàn)碳減排的有效途徑之一[1]。準(zhǔn)確預(yù)報(bào)風(fēng)電功率，對(duì)提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和風(fēng)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。國(guó)外已經(jīng)研發(fā)了相關(guān)的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)，如丹麥的Prediktor風(fēng)能預(yù)報(bào)系統(tǒng)、美國(guó)的eWind風(fēng)能預(yù)報(bào)軟件，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也研發(fā)了相關(guān)的軟件，中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心研發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)軟件。深入分析風(fēng)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)需求，結(jié)合氣象部門在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面的科研成果，本文設(shè)計(jì)適應(yīng)多元應(yīng)用場(chǎng)景的風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)，為提高風(fēng)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)水平提供支撐。

1 需求分析

1.1 業(yè)務(wù)需求

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的裝機(jī)容量持續(xù)高速增長(zhǎng)[2]，能源管理部門對(duì)風(fēng)電的規(guī)范發(fā)展提出了要求。電力調(diào)度部門需要提前預(yù)測(cè)并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率，以便合理制定發(fā)電計(jì)劃；風(fēng)電企業(yè)需要結(jié)合所屬風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)情況，合理安排發(fā)電作業(yè)和檢修任務(wù)。構(gòu)建面向風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機(jī)構(gòu)等多元應(yīng)用場(chǎng)景的統(tǒng)一服務(wù)平臺(tái)，融合氣象部門精細(xì)化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)開放的平臺(tái)架構(gòu)體系，運(yùn)行于不同類型的操作系統(tǒng)，滿足風(fēng)電企業(yè)、電力調(diào)度機(jī)構(gòu)等企業(yè)組織和行業(yè)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)掌握所轄風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息，進(jìn)行信息綜合集成分析和業(yè)務(wù)決策的需求，形成風(fēng)電行業(yè)功率預(yù)測(cè)管理完整解決方案，可以輔助風(fēng)電企業(yè)和行業(yè)機(jī)構(gòu)建立點(diǎn)到面的業(yè)務(wù)規(guī)范，通過集約式服務(wù)模式在一定程度上提高風(fēng)電行業(yè)氣象服務(wù)效益。

1.2 功能需求

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)集成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集處理、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)計(jì)算、考核指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算和用戶交互等功能[3-4]，滿足風(fēng)電企業(yè)、電力調(diào)度機(jī)構(gòu)等用戶對(duì)于風(fēng)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(wù)、風(fēng)電服務(wù)的要求，和社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)氣象服務(wù)質(zhì)量、內(nèi)涵不斷提高的要求。

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)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(shí)況和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)收集處理、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)上報(bào)等功能，以及氣象信息展示、風(fēng)電功率信息展示、監(jiān)控信息展示、統(tǒng)計(jì)查詢、發(fā)電計(jì)劃申報(bào)、考核指標(biāo)展示、系統(tǒng)管理、打印輸出等功能。風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖

1.3 平臺(tái)目標(biāo)

面向風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機(jī)構(gòu)等多元應(yīng)用場(chǎng)景，研究和設(shè)計(jì)適應(yīng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需求、多學(xué)科多領(lǐng)域信息高度集成、集約化和自動(dòng)化的風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)，支持在多種服務(wù)器操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，能夠快速部署、易于維護(hù)。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 總體體系架構(gòu)

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路，圍繞可互操作的、松耦合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)與已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)相銜接。平臺(tái)基于開放標(biāo)準(zhǔn)和安全互聯(lián)的層級(jí)體系，采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、Web應(yīng)用邏輯層、Web用戶服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，以滿足風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)各層之間的松耦合性、功能透明性以及協(xié)議無關(guān)性等要求, 提高平臺(tái)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性和可移植性，運(yùn)行在統(tǒng)一的安全控制體系下。風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)的總體體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2.1.2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，包括通過瀏覽器訪問的Web服務(wù)端和后臺(tái)服務(wù)器端兩部分，兩部分之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

Web服務(wù)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(shè)置窗口、統(tǒng)計(jì)分析和指標(biāo)曲線等。用戶的操作傳遞給瀏覽器端事務(wù)處理模塊，完成相應(yīng)的功能。Web服務(wù)端事務(wù)處理模塊根據(jù)其功能包含回調(diào)函數(shù)接口、中間業(yè)務(wù)處理和通信環(huán)節(jié)三個(gè)部分，回調(diào)函數(shù)接口對(duì)用戶交互界面的操作事件進(jìn)行處理，通信環(huán)節(jié)通過http協(xié)議與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，中間業(yè)務(wù)處理部分實(shí)現(xiàn)二者之外其他的功能。

服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)采集處理和數(shù)據(jù)上報(bào)等三部分。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理通過mysql數(shù)據(jù)庫對(duì)氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)電功率數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理；數(shù)據(jù)采集處理部分接收氣象數(shù)值預(yù)報(bào)和電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)的發(fā)電計(jì)劃數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)用風(fēng)電功率預(yù)報(bào)模型生成短期和超短期預(yù)報(bào)結(jié)果，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)上報(bào)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(jì)劃數(shù)據(jù)。

2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)以數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的傳輸管理、風(fēng)電場(chǎng)實(shí)況數(shù)據(jù)的采集處理、服務(wù)器端數(shù)據(jù)收集處理、功率計(jì)算作業(yè)調(diào)度等業(yè)務(wù)過程為主線，結(jié)合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、考核指標(biāo)計(jì)算、發(fā)電計(jì)劃制作和申報(bào)、用戶管理、系統(tǒng)管理等流程，完成風(fēng)電氣象服務(wù)面向終端用戶的應(yīng)用。整合現(xiàn)代信息技術(shù)和風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型動(dòng)態(tài)建模技術(shù)方法，實(shí)時(shí)計(jì)算生成精度高、覆蓋面廣、針對(duì)性強(qiáng)的風(fēng)電氣象服務(wù)信息。最終實(shí)現(xiàn)信息流在風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電企業(yè)業(yè)務(wù)值班部門、電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)等的實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)。

2.3 技術(shù)路線

服務(wù)器端系統(tǒng)基于.net平臺(tái)，以c#語言開發(fā)，以Mysql作為數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)管理，集成風(fēng)電業(yè)務(wù)規(guī)則，以模塊化的形式動(dòng)態(tài)加載所需功能。

Web服務(wù)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(shí)現(xiàn)更快的動(dòng)態(tài)網(wǎng)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(yùn)行環(huán)境。

基于MVC模式，前后臺(tái)解耦，后臺(tái)模塊支持多種數(shù)據(jù)庫接口，提高平臺(tái)的兼容性。應(yīng)用基于角色的用戶權(quán)限模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與用戶的關(guān)聯(lián)，提高平臺(tái)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的適應(yīng)性。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 用戶權(quán)限管理和資源調(diào)度模型

結(jié)合風(fēng)電功率Web服務(wù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)基于角色的訪問控制（Role-based Access Control,RBAC）[5]進(jìn)行了改進(jìn)，模型中包含的基本元素主要有權(quán)限資源、用戶、用戶組、角色和操作等，主要的關(guān)系有分配用戶組、分配角色權(quán)限和分配用戶角色。通過建立用戶組、角色和用戶與權(quán)限資源、操作之間的映射關(guān)系，對(duì)平臺(tái)各部分資源進(jìn)行訪問控制。

2.4.2 風(fēng)電功率預(yù)報(bào)模型動(dòng)態(tài)調(diào)度

目前采用的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)尺度有超短期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)，對(duì)于各風(fēng)電場(chǎng)分別建立物理預(yù)報(bào)模型或自適應(yīng)偏最小二乘回歸模型，以適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的個(gè)性化特征。平臺(tái)創(chuàng)建風(fēng)電場(chǎng)和預(yù)報(bào)模型的映射關(guān)系，通過參數(shù)匹配，對(duì)各風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率預(yù)測(cè)時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)度相應(yīng)的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)模型進(jìn)行計(jì)算。

2.4.3 C/S和B/S架構(gòu)綜合業(yè)務(wù)集成

我中心已研發(fā)了應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率服務(wù)系統(tǒng)桌面版軟件，采用C/S架構(gòu)，為風(fēng)電場(chǎng)開展風(fēng)電功率預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供了很好的支撐，用戶評(píng)價(jià)較高。本文研究的B/S架構(gòu)的服務(wù)平臺(tái)，是桌面版軟件的產(chǎn)品線延續(xù)，對(duì)桌面版軟件系統(tǒng)的后臺(tái)服務(wù)器端系統(tǒng)進(jìn)行了業(yè)務(wù)拓展，形成滿足風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機(jī)構(gòu)等不同應(yīng)用場(chǎng)景的服務(wù)軟件產(chǎn)品線。

3 結(jié)束語

針對(duì)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和功率預(yù)報(bào)軟件多應(yīng)用場(chǎng)景的需要，本文設(shè)計(jì)了基于Web的風(fēng)電功率服務(wù)平臺(tái)。利用Web平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，各應(yīng)用場(chǎng)景下平臺(tái)的終端用戶均可通過用戶權(quán)限管理和訪問控制，獲取相應(yīng)的風(fēng)電功率服務(wù)，從而簡(jiǎn)化了面向風(fēng)電場(chǎng)單一應(yīng)用場(chǎng)景下軟件部署的復(fù)雜性，節(jié)約軟件開發(fā)和維護(hù)成本。平臺(tái)集成各風(fēng)電場(chǎng)特定的功率預(yù)報(bào)模型動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，能夠適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電企業(yè)和電力調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的集約化管理，為電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行和更好的開發(fā)利用風(fēng)能資源提供支撐。

[1] 中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源評(píng)估中心.中國(guó)風(fēng)能資源評(píng)估(2009)[M].北京：氣象出版社,2010.

[2] 路正南,張志娟.我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)裝機(jī)容量預(yù)測(cè)分析[J]. 科技與管理.2011(01).

[3] Q/GDW 588-2011,風(fēng)電功率預(yù)測(cè)功能規(guī)范[S].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司.

[4] 國(guó)家能源局.國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理暫行辦法的通知[Z].國(guó)能新能[2011]177號(hào).2011-06-09.