吳海列，盛豪杰， 鄔惠峰

(1.浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電股份有限公司 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310013； 2.杭州電子科技大學(xué)，杭州 310018)

0 引言

風(fēng)力發(fā)電作為新時(shí)代的一種新能源技術(shù)，具有重要的戰(zhàn)略性地位。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，迫于能源危機(jī)，許多國(guó)家將新能源和可再生能源的研究、開發(fā)和利用工作擺在了很重要的位置。地大物博的中國(guó)，風(fēng)能資源更為豐富，據(jù)估計(jì)，平均海拔10 m范圍內(nèi)理論風(fēng)能儲(chǔ)量為3 226 GW，而陸上和海上的可開發(fā)儲(chǔ)量就有1 000 GW。目前，風(fēng)電行業(yè)在全國(guó)迅速發(fā)展，各種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1]：陳雷、邢作霞等人闡述了大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式[2]；王志新、張華強(qiáng)等人綜述了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)態(tài)勢(shì)，列舉了機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、測(cè)量參數(shù)、系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)施功能等技術(shù)，還介紹了風(fēng)電機(jī)組功率控制策略，創(chuàng)新性地提出了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)[3]；張新房、徐大平等人就風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在提高機(jī)組容量、改進(jìn)功率調(diào)節(jié)、勻速運(yùn)行、發(fā)電機(jī)和電力電子技術(shù)等方面的發(fā)展展開了論述[4]；周雙喜、王海超等人對(duì)風(fēng)力發(fā)電的實(shí)際效益進(jìn)行了分析，并給出了風(fēng)電運(yùn)行價(jià)值的詳細(xì)計(jì)算表達(dá)式[5]。

高數(shù)量的風(fēng)場(chǎng)，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行維護(hù)，但是風(fēng)場(chǎng)所在位置大多偏僻，不方便維護(hù)人員頻繁到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障排查和解決，這其中有些故障只是小問(wèn)題，開發(fā)人員看下數(shù)據(jù)就能查明。然而，不同類型控制器的數(shù)據(jù)顯示不盡相同，維護(hù)人員分析起來(lái)要針對(duì)不同的數(shù)據(jù)格式采用不同的解析方法，操作起來(lái)效率低，復(fù)雜度高。本文采取了數(shù)據(jù)映射技術(shù)，能夠?qū)⑼N類型數(shù)據(jù)或者不同類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，很好地解決了此類問(wèn)題。前者在映射模型中直接轉(zhuǎn)換，后者基于設(shè)定的映射規(guī)則，如基于映射表，進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換。

國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)據(jù)映射技術(shù)有廣泛地研究，比如：文獻(xiàn)[6]提出根據(jù)一個(gè)高效和可擴(kuò)展的運(yùn)行庫(kù)，集成對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)分區(qū)的映射技術(shù)；文獻(xiàn)[7]描述了概率模塊化網(wǎng)絡(luò)和信息理論的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)映射，通過(guò)3個(gè)獨(dú)特的學(xué)習(xí)任務(wù)將有限集合的數(shù)據(jù)點(diǎn)定量映射；另研究了將網(wǎng)絡(luò)信息(拓?fù)?，設(shè)備和狀態(tài)等)映射到符合Alloy合金規(guī)范的原理和算法，以關(guān)系形式對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息建模，然后根據(jù)新穎的數(shù)據(jù)映射原理和算法將關(guān)系數(shù)據(jù)映射到符合Alloy合金規(guī)范的格式中[8]；Guo D.和Zhu X.等人提出了一種基于流映射的方法，從大量的移動(dòng)數(shù)據(jù)中提取固有模式，并構(gòu)建數(shù)據(jù)的有效視覺表示，以便了解復(fù)雜的流動(dòng)趨勢(shì)、消除雜散數(shù)據(jù)方差，以控制群體規(guī)范化流量，檢測(cè)現(xiàn)有方法不能識(shí)別的高級(jí)模式[9]；此外文獻(xiàn)[10]中，還對(duì)數(shù)據(jù)映射和常見原因故障概率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，通過(guò)不同大小的其他系統(tǒng)的多個(gè)故障事件數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)依賴系統(tǒng)的故障概率。

數(shù)據(jù)映射技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，然而專門針對(duì)風(fēng)機(jī)控制器所產(chǎn)生的異構(gòu)數(shù)據(jù)的映射技術(shù)卻少有涉及。本文提出了一種異構(gòu)數(shù)據(jù)解析方法，創(chuàng)新性地將不同風(fēng)機(jī)控制器融入其中，使其能夠?qū)Λ@取到的不同類型數(shù)據(jù)，通過(guò)映射模型，解析成同一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生直觀的數(shù)據(jù)折線圖，以方便維護(hù)人員查看，降低排查難度，提高排查的速度和效率。

1 異構(gòu)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架

異構(gòu)數(shù)據(jù)的總處理框架如圖1所示，將解析引擎(映射模型)嵌入到軟件平臺(tái)中，以供內(nèi)部處理數(shù)據(jù)所用，不對(duì)外開放接口；而軟件平臺(tái)所提供的幾個(gè)主要接口是：①獲取風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)接口(單向)；②與本地存儲(chǔ)進(jìn)行交互通信接口(雙向)；③為圖像處理工具teechart輸送數(shù)據(jù)的傳送接口(單向)。

圖1 異構(gòu)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架

1.1 映射模型

本節(jié)形式化描述了映射模型的幾個(gè)主要數(shù)據(jù)維度和定義方法。

定義1：每一條獲取到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)F={A，T，TP，DT，LT}，分別表示為通道、值、控制器類型、時(shí)間、日志類型。

①A={Name 1，Name 2，…，Namek}，表示一系列通道名稱的集合；令dom(Namei)(i∈[1，k])表示通道域A。則總通道集合dom(Name)= dom(Name 1)×dom(Name 2)×…×dom(Namek)。對(duì)于通道A，dom(Name)是A的域。我們考慮的域是在大多數(shù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中能找到的典型域，例如整數(shù)、字符串、實(shí)數(shù)、布爾等。除了典型域以外，我們開擴(kuò)展了如下域：時(shí)間，空域等。

②T={valuename 1，valuename 2，…，valuenamek}，表示為所有通道名稱的值的集合。

③我們使用t[Z]，Z為F中的任意有限數(shù)量子集，表示對(duì)應(yīng)屬性的值。例如，對(duì)于A的通道中的通道namei對(duì)應(yīng)的值valuenamei可以用t[valuenamei]表示，即T[valuenamei]。

④我們使用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系代數(shù)算子，如映射用πX表示；選擇用σX表示。

⑤TP={Beckhoff,Mita…}，表示所有風(fēng)機(jī)主控制器類型集合；

⑥D(zhuǎn)T={datetimename 1，datetimename 2，…，datetimenamek}，我們使用dt[namei]表示集合A中通道namei被觸發(fā)時(shí)對(duì)應(yīng)的日期和時(shí)間，即datetimenamei=dt[namei]。

⑦LT={5MinLog，TripLog，StatusLog}，表示為所有要解析的日志類型集合。

要實(shí)現(xiàn)從F→F′的解析過(guò)程，需要將F中每個(gè)元素(A,T,TP,DT,LT)以某種規(guī)則映射到F′中對(duì)應(yīng)的元素(A′,T′,TP′,DT′,LT′)，給出以下形式化定義。

定義2：給定一個(gè)通道U，對(duì)于每個(gè)U∈A，t代表U在域A上的映射結(jié)果。t[A[u]]可以是dom(A)里的一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)屬于V的變量或者表達(dá)式v-S，其中S是dom(A)的有限子集，v∈V，V是一系列變量的集合，V∩S=?。

映射的唯一性：為了描述一系列映射，我們使用了映射模型代替了簡(jiǎn)單的映射關(guān)系集合。此外，我們規(guī)定了每個(gè)變量出現(xiàn)在一個(gè)映射限制里，即映射結(jié)果表中的兩個(gè)不同的映射是完全獨(dú)立的。

定義3：假設(shè)X，Y是不相交的非空通道集，從X到Y(jié)的映射是X∪Y上的有限映射，使得每個(gè)變量在映射模型中最多出現(xiàn)一次映射。

定義4：映射模型中的映射結(jié)果表用m表示，P表示映射表中的某個(gè)映射關(guān)系。

1.2 映射約束/條件

并不是每個(gè)控制器里的任意一條數(shù)據(jù)都可以映射到同一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中顯示，所進(jìn)行映射的數(shù)據(jù)必須滿足以下條件和約束。

映射約束：我們分別考慮基于映射結(jié)果表m的映射表達(dá)式X→Y的一組映射關(guān)系p和p′，其中X∈A，Y∈A。p″是映射關(guān)系p和p′的笛卡爾乘積，其中p的每個(gè)元組t與p′的每個(gè)元組t′相關(guān)聯(lián)。給定從X到Y(jié)的映射結(jié)果表m，我們使用m作為過(guò)濾上述笛卡兒乘積條件，即篩選所有可能映射關(guān)系。只有滿足條件t″[X]∈πX(p(m))和t″[Y]∈πY(σX=t″[X](p(m)))的映射p″才是符合映射表達(dá)式X→Y的映射關(guān)系。

定義Ym(x)表示通道X到Y(jié) 映射得到的所有結(jié)果集，其中x∈dom(X)，Ym(x)={y|?t∈m&?p∈m，p(t[x])=t[y]&p(t[y])=t[x])}。我們規(guī)定：假設(shè)U=X∪Y，即任何一個(gè)基于映射結(jié)果表m的映射表達(dá)式X→Y的映射關(guān)系都屬于U，如果t[Y]∈Ym(t[X])，則稱Ym(x)為屬性X基于映射表M到Y(jié)的結(jié)果集。

映射條件1：假設(shè)?DTx∈Ax，DTy∈Ay，要產(chǎn)生基于映射結(jié)果表m的映射表達(dá)式X→Y，必須滿足t[DTx]=t[DTx]。

映射條件2：假設(shè)?LTx∈Ax，LTy∈Ay，要產(chǎn)生表m的映射表達(dá)式X→Y，必須滿足t[LTx]=t[LTy]。

映射條件3：只有同時(shí)滿足映射條件1和映射條件2，才能產(chǎn)生基于映射結(jié)果表m的映射表達(dá)式X→Y。

表1 Fx包含的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表項(xiàng)

表2 Fy包含的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表項(xiàng)

表3 Fx×Fy所得所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表項(xiàng)

表4 篩選過(guò)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表項(xiàng)

1.3 映射算法

異構(gòu)數(shù)據(jù)映射代碼見圖2所示。

圖2 異構(gòu)數(shù)據(jù)映射代碼示意

在下面一個(gè)實(shí)例中，表1包含兩個(gè)表項(xiàng)F1，F(xiàn)2，表2也包含兩個(gè)表項(xiàng)F3，F(xiàn)4；兩表做笛卡爾積，產(chǎn)生臨時(shí)映射表3，包含4個(gè)表項(xiàng)；經(jīng)過(guò)映射約束和映射條件1，2，3的篩選，最終映射結(jié)果表4中只剩下一個(gè)正確的表項(xiàng)F′，完成從F→F′解析過(guò)程。

2 實(shí)例展示

本文的軟件平臺(tái)架構(gòu)利用C# winform實(shí)現(xiàn)，其調(diào)用了各個(gè)控制器的dll連接庫(kù)，能夠遠(yuǎn)程連接風(fēng)機(jī)控制器，從而獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，獲取到的數(shù)據(jù)文件是csv格式的；在平臺(tái)架構(gòu)里嵌入了解析引擎，能夠?qū)Ξ悩?gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理；最后利用teechart工具將解析出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行做圖處理并顯示。

如圖3所示，在圖左側(cè)里各個(gè)模塊的分區(qū)顯示的含義如下：

①需要解析的日志類型顯示；

②日志產(chǎn)生的時(shí)間段篩選；

③需要異構(gòu)同步的控制器類型選擇；

④顯示所有當(dāng)前篩選條件下的csv文件。

圖3右側(cè)顯示的是需要進(jìn)行作圖處理的數(shù)據(jù)通道，這些數(shù)據(jù)通道里的數(shù)據(jù)是已經(jīng)經(jīng)過(guò)映射模型處理過(guò)的，即已將所有能夠映射到同一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下的異構(gòu)數(shù)據(jù)類型全部整合到了一起。

圖4是經(jīng)過(guò)Teechart作圖處理后的折線圖，圖中主要顯示了兩種控制器下解析的5個(gè)通道(液壓壓力、齒輪箱低速軸軸溫、振動(dòng)原始值1、振動(dòng)原始值2、振動(dòng)原始值3)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以直觀地進(jìn)行查看和對(duì)比。

圖4 映射處理后的數(shù)據(jù)顯示

3 結(jié)論和展望

本文提出的映射模型能夠有效處理不同風(fēng)機(jī)控制器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被映射到同一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，然后利用軟件平臺(tái)的Teechart工具處理得到解析數(shù)據(jù)，產(chǎn)生方便開發(fā)維護(hù)人員查看的直觀圖。此外，還對(duì)映射模型的形式化定義進(jìn)行了詳細(xì)地描述，同時(shí)提出了需要的映射約束和映射條件，基于這些約束和映射條件，闡述了映射算法的主要思想。

在未來(lái)的工作中，主要針對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間和效率提升進(jìn)行研究。由于風(fēng)機(jī)的數(shù)量龐大，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)參差不齊，種類繁多，當(dāng)前的數(shù)據(jù)映射模型只考慮了映射結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的問(wèn)題，處理速度和效率上并沒(méi)有深入研究。下一步的任務(wù)是在原有映射模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)映射結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)映射速度和準(zhǔn)確性。

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