專利名稱：風電場遠程無線實時監(jiān)控變拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風電場的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方法，具體地說是一種風電場遠程無線實時監(jiān)控變拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
目前，一個嚴峻的事實是，世界上超過40%的電力供應以煤炭作為燃料，使發(fā)電成為二氧化碳排放最大和上升最快的來源。加之電力需求不斷增長、能源危機，這些因素正推動著電力工業(yè)和新能源技術(shù)發(fā)生著令人振奮的根本性變化。日本核泄漏引發(fā)全球核信任危機，我國也暫停審批新建核電站，并下令全面檢查現(xiàn)有核設施，因而在一段時間內(nèi)，風電等可再生能源的發(fā)展將會受到進一步的關(guān)注和重視。風力發(fā)電是近年來國內(nèi)外發(fā)展較快的一門開發(fā)新能源的技術(shù)，由于其可再生、清潔環(huán)境、開發(fā)成本低、不存在像核泄露那樣的潛在危險，風電產(chǎn)業(yè)的裝機容量正逐年上升。風電狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用對于保證風電設備的正常運行、避免巨大的經(jīng)濟損失有著重要的意義。對風電機組中的重要部件實時監(jiān)控其運行狀態(tài)，同時依據(jù)設備運行狀態(tài)將維修方式從例行維修和事后維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A測性維修具有較大的現(xiàn)實意義。但從對風電近幾年的相關(guān)研究來看，主要集中在風電機組本體及與電網(wǎng)的接入相關(guān)問題上。對于風電場監(jiān)控的組網(wǎng)方式，基本沿用了一般工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的組網(wǎng)方式，甚少相關(guān)的研究探討。而風電場監(jiān)控的組網(wǎng)方式?jīng)Q定了現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸和控制的可靠性、實時性、靈活性、安全性乃至經(jīng)濟性，而且不同的管理方式、地域特點都對其有不同的要求。不恰當?shù)姆绞?，不僅會影響對風電場的監(jiān)視和控制能力，尤其在風電系統(tǒng)接入電網(wǎng)進行調(diào)度、調(diào)峰時，可能會引發(fā)嚴重的事故。目前，國內(nèi)外學者和科研人員也剛剛開始認識到這一問題，并開展了一定的研究和開發(fā)工作?，F(xiàn)有風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，可擴展性差。隨著風力發(fā)電機組數(shù)量的增加，對于大型風電場，如果使用有線通信方式，勢必增加布線費用，且當風電場需要改建或擴容時，過多的通信線路會占用很多空間，造成線路鋪設困難等問題。因此，采用無線網(wǎng)絡來代替有線以太網(wǎng)絡來實現(xiàn)各風力發(fā)電機的連網(wǎng)是一種可行的好辦法。而且現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)都只能監(jiān)控風電場中某幾項參數(shù)，大部分具有四遙功能，即遙控、遙調(diào)、遙測和遙信； 而將遙視功能應用到風電場也成為一種必要的趨勢，因此新一代組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計也必須考慮這一要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種風電場遠程無線實時監(jiān)控變拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種風電場遠程無線實時監(jiān)控變拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方法，其特征在于，由分組測量控制模塊(101)、ZigBee近距離無線模塊(102)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)、3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)、本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心 (107)構(gòu)成。通過風力發(fā)電機組分組測量控制模塊(101)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)、本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心(107)構(gòu)成四個層次的組網(wǎng)節(jié)點；并分別通過有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線方式組網(wǎng)。所述的分組測量控制模塊(101)負責采集風電場現(xiàn)場處的工作參數(shù)，這些參數(shù)包括，氣象參數(shù)風速、風向、濕度和環(huán)境溫度；機械參數(shù)齒輪箱振動狀況，塔架和機艙振動狀況，低、高速軸的振動狀況；狀態(tài)參數(shù)偏航狀態(tài)、變漿狀態(tài)、塔架狀態(tài)；風力發(fā)電機組參數(shù)發(fā)電機溫度，各相電壓、電流、功率，總有功功率、總無功功率、功率因數(shù)、發(fā)電量和頻率； 線方式將其匯總，進行近距離的集中數(shù)據(jù)采集和控制；一個分組測量控制模塊連接若干傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)。分組測量控制模塊(101)與ZigBee近距離無線模塊(102)相連，具有唯一的ID ； 對應一套風力發(fā)電機組有若干個分組測量控制模塊(101)。分組測量控制模塊(101)應具有AD轉(zhuǎn)換通道、DA轉(zhuǎn)換通道、開關(guān)量IO接口、 ModBus總線接口、RS232/RS485通訊接口，以兼容多種輸入輸出通訊方式。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)與一個ZigBee近距離無線模塊(102)和一個3G/ GPRS遠程無線通訊模塊(105)相連，對應一套風力發(fā)電機組有一個數(shù)據(jù)集中分析處理模塊 (103)，用于將ZigBee近距離無線模塊(102)傳輸來的采集信號集中分析處理，并通過3G/ GPRS遠程無線通訊模塊(105)向本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)傳輸。視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)由視頻攝像機、視頻控制終端構(gòu)成，并通過有線方式連接到數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)；或直接通過3G或GPRS無線的方式連接到本地控制中心 (106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)通過3G/GPRS無線通信模塊(105)與本地控制中心 (106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)相連，將現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)或視頻、圖像信息實時上傳，并接收本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)發(fā)來的控制或參數(shù)設置信息。從傳感器到本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)分別由有線、ZigBee 近距離無線、3G/GPRS遠程無線構(gòu)成信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡通道，可以根據(jù)建設和監(jiān)視控制需要， 通過綁定ID的設置靈活的改變對應關(guān)系、增加或減少需要測量控制的參數(shù)數(shù)量，改變網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)之間可通過光纖等有線網(wǎng)絡連接，也可通過3G/GPRS遠程無線連接，構(gòu)成四層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；或在不需要本地控制中心(106)時，通過3G/GPRS遠程無線，每套風力發(fā)電機組對應的數(shù)據(jù)集中分析處理模塊 (103)直接與電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)通訊，構(gòu)成三層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。


圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為系統(tǒng)對應一個機組的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，本系統(tǒng)由分組測量控制模塊(101)、ZigBee 近距離無線模塊(102)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)、3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)、本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心(107)構(gòu)成。通過風力發(fā)電機組分組測量控制模塊(101)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng) (104),本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心(107)構(gòu)成四個層次的組網(wǎng)節(jié)點；并分別通過有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線方式組網(wǎng)。所述的分組測量控制模塊(101)負責采集風電場現(xiàn)場處的工作參數(shù)，這些參數(shù)包括，氣象參數(shù)風速、風向、濕度和環(huán)境溫度；風力發(fā)電機組參數(shù)風輪轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機線圈溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、齒輪箱振動、液壓系統(tǒng)油溫、油壓、油位、機艙振動、塔架振動、低、高速軸振動、偏航狀態(tài)；控制參數(shù)包括發(fā)電機的啟動、停止， 功率輸出的高低等需要控制的各種參數(shù)。根據(jù)被測傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)的遠近，采用有線方式將其匯總，進行近距離的集中數(shù)據(jù)采集和控制；一個分組測量控制模塊連接若干傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)。分組測量控制模塊(101)與ZigBee近距離無線模塊(102)相連，具有唯一的ID ； 對應一套風力發(fā)電機組有若干個分組測量控制模塊(101)。分組測量控制模塊(101)應具有AD轉(zhuǎn)換通道、DA轉(zhuǎn)換通道、開關(guān)量IO接口、ModBus總線接口、RS232/RS485通訊接口，以兼容多種輸入輸出通訊方式。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)與一個ZigBee近距離無線模塊(102)和一個3G/ GPRS遠程無線通訊模塊(105)相連，對應一套風力發(fā)電機組有一個數(shù)據(jù)集中分析處理模塊 (103)，用于將ZigBee近距離無線模塊(102)傳輸來的采集信號集中分析處理，并通過3G/ GPRS遠程無線通訊模塊(105)向本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)傳輸。視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)由視頻攝像機、視頻控制終端構(gòu)成，并通過有線方式連接到數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)；或直接通過3G或GPRS無線的方式連接到本地控制中心 (106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)通過3G/GPRS無線通信模塊(105)與本地控制中心 (106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)相連，將現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)或視頻、圖像信息實時上傳，并接收本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)發(fā)來的控制或參數(shù)設置信息。圖2為系統(tǒng)對應一個機組的結(jié)構(gòu)框圖，根據(jù)被測傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)的遠近， 將氣象參數(shù)傳感器組和相應的控制執(zhí)行機構(gòu)、機械參數(shù)傳感器組傳感器組和相應的控制執(zhí)行機構(gòu)、風力發(fā)電機參數(shù)傳感器組和相應的控制執(zhí)行機構(gòu)、狀態(tài)參數(shù)傳感器組和相應的控制執(zhí)行機構(gòu)分別與一個分組測量控制模塊(101)連接，分組測量控制模塊(101)負責采集對應的工作參數(shù)。ZigBee近距離無線模塊(102)負責連接其負責區(qū)域的分組測量控制模塊(101)和數(shù)據(jù)集中處理模塊(103)。ZigBee具有自組網(wǎng)功能，即使某個無線連接斷開了，路由功能可以自動避開已經(jīng)斷開的網(wǎng)絡而尋找一條新的路徑，這就極大地提高了網(wǎng)絡的可靠性。視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)用于采集風電場中需要重點監(jiān)測對象工作的工作狀態(tài)，由視頻攝像機、視頻控制終端構(gòu)成，并通過有線方式連接到數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)；或直接通過3G或GPRS無線的方式連接到本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)負責將ZigBee近距離無線模塊(102)傳輸來的采集信號集中分析處理，并通過3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)向本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)傳輸。數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)與一個ZigBee近距離無線模塊 (102)和一個3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)相連，對應一套風力發(fā)電機組有一個數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)。從圖2可看出從傳感器到本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)分別由有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線構(gòu)成信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡通道，可以根據(jù)建設和監(jiān)視控制需要，通過綁定ID的設置靈活的改變對應關(guān)系、增加或減少需要測量控制的參數(shù)數(shù)量，改變網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)之間可通過光纖等有線網(wǎng)絡連接，也可通過3G/GPRS遠程無線連接，構(gòu)成四層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；或在不需要本地控制中心(106)時，通過3G/GPRS遠程無線，每套風力發(fā)電機組對應的數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)直接與電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)通訊，構(gòu)成三層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施實例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.風電場遠程無線實時監(jiān)控變拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方法，其特征在于，該方法通過風力發(fā)電機組分組測量控制模塊(101)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)、本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心(107)構(gòu)成四個層次的組網(wǎng)節(jié)點；并分別通過有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線方式組網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的分組測量控制模塊(101)具有AD 轉(zhuǎn)換通道、DA轉(zhuǎn)換通道、開關(guān)量IO接口、ModBus總線接口、RS232/RS485通訊接口，以兼容多種輸入輸出通訊方式；根據(jù)被測傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)的遠近，采用有線方式將其匯總， 進行近距離的集中數(shù)據(jù)采集和控制；一個分組測量控制模塊連接若干傳感器和控制執(zhí)行機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的分組測量控制模塊(101)與ZigBee 近距離無線模塊(102)相連，具有唯一的ID ；對應一套風力發(fā)電機組有若干個分組測量控制模塊(101)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)與一個ZigBee近距離無線模塊(102)和一個3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)相連，對應一套風力發(fā)電機組有一個數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述的方法，其特征在于所述的一套風力發(fā)電機組對應的一個數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)與該機組對應的若干個分組測量控制模塊(101)，通過各自連接的ZigBee模塊構(gòu)成的近距離無線網(wǎng)絡，采用一對多的方式實時交換數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)由視頻攝像機、視頻控制終端構(gòu)成，并通過有線方式連接到數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103);或直接通過 3G或GPRS無線的方式連接到本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)通過 3G/GPRS無線通信模塊(105)與本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)相連，將現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)或視頻、圖像信息實時上傳，并接收本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心 (107)發(fā)來的控制或參數(shù)設置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6所述的方法，其特征在于從傳感器到本地控制中心(107)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(106)分別由有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線構(gòu)成信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡通道，可以根據(jù)建設和監(jiān)視控制需要，通過綁定ID的設置，靈活的改變對應關(guān)系、增加或減少需要測量控制的參數(shù)數(shù)量，改變網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)之間可通過光纖等有線網(wǎng)絡連接，也可通過3G/GPRS遠程無線連接，構(gòu)成四層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；或在不需要本地控制中心(106)時，通過3G/GPRS遠程無線，每套風力發(fā)電機組對應的數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)直接與電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)通訊，構(gòu)成三層式無線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風電場的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方法，由分組測量控制模塊(101)、ZigBee近距離無線模塊(102)、數(shù)據(jù)集中分析處理模塊(103)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)(104)、3G/GPRS遠程無線通訊模塊(105)、本地控制中心(106)和電網(wǎng)遠程調(diào)度控制中心(107)組成。從傳感器到本地控制中心(106)或電網(wǎng)遠程調(diào)度中心(107)分別由有線、ZigBee近距離無線、3G/GPRS遠程無線構(gòu)成信號傳輸網(wǎng)絡通道，根據(jù)建設和監(jiān)視控制需要，通過綁定ID設置，靈活改變對應關(guān)系、增加或減少需要測量控制的參數(shù)數(shù)量，改變網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)具有傳輸實時性強、組網(wǎng)安全可靠性高、靈活性強、經(jīng)濟的優(yōu)點。
文檔編號H04W84/18GK102325168SQ20111020792
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者于長勝, 劉健, 周封, 唐樹斌, 李翠, 王丙全, 王晨光, 郝婷 申請人:周封, 哈爾濱理工大學