CN102325168A

CN102325168A - 风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法

Info

Publication number: CN102325168A
Application number: CN201110207922A
Authority: CN
Inventors: 周封; 郝婷; 刘健; 王晨光; 王丙全; 李翠; 唐树斌; 于长胜
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及一种用于风电场的远程实时监控系统组网方法，由分组测量控制模块（101）、ZigBee近距离无线模块（102）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、3G/GPRS远程无线通讯模块（105）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）组成。从传感器到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）分别由有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线构成信号传输网络通道，根据建设和监视控制需要，通过绑定ID设置，灵活改变对应关系、增加或减少需要测量控制的参数数量，改变网络拓扑结构。本系统具有传输实时性强、组网安全可靠性高、灵活性强、经济的优点。

Description

风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法

技术领域

本发明涉及一种用于风电场的远程实时监控系统组网方法，具体地说是一种风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法。

技术背景

目前，一个严峻的事实是，世界上超过40%的电力供应以煤炭作为燃料，使发电成为二氧化碳排放最大和上升最快的来源。加之电力需求不断增长、能源危机，这些因素正推动着电力工业和新能源技术发生着令人振奋的根本性变化。日本核泄漏引发全球核信任危机，我国也暂停审批新建核电站，并下令全面检查现有核设施，因而在一段时间内，风电等可再生能源的发展将会受到进一步的关注和重视。风力发电是近年来国内外发展较快的一门开发新能源的技术，由于其可再生、清洁环境、开发成本低、不存在像核泄露那样的潜在危险，风电产业的装机容量正逐年上升。

风电状态监控系统的研究与应用对于保证风电设备的正常运行、避免巨大的经济损失有着重要的意义。对风电机组中的重要部件实时监控其运行状态，同时依据设备运行状态将维修方式从例行维修和事后维修转变为预测性维修具有较大的现实意义。但从对风电近几年的相关研究来看，主要集中在风电机组本体及与电网的接入相关问题上。对于风电场监控的组网方式，基本沿用了一般工业监控领域的组网方式，甚少相关的研究探讨。而风电场监控的组网方式决定了现场数据传输和控制的可靠性、实时性、灵活性、安全性乃至经济性，而且不同的管理方式、地域特点都对其有不同的要求。不恰当的方式，不仅会影响对风电场的监视和控制能力，尤其在风电系统接入电网进行调度、调峰时，可能会引发严重的事故。目前，国内外学者和科研人员也刚刚开始认识到这一问题，并开展了一定的研究和开发工作。

现有风电场远程监控系统的组网方式，可扩展性差。随着风力发电机组数量的增加，对于大型风电场，如果使用有线通信方式，势必增加布线费用，且当风电场需要改建或扩容时，过多的通信线路会占用很多空间，造成线路铺设困难等问题。因此，采用无线网络来代替有线以太网络来实现各风力发电机的连网是一种可行的好办法。而且现有的状态监控系统都只能监控风电场中某几项参数，大部分具有四遥功能，即遥控、遥调、遥测和遥信；而将遥视功能应用到风电场也成为一种必要的趋势，因此新一代组网结构设计也必须考虑这一要求。

发明内容

针对现有风电场远程监控系统存在的不足，本发明目的是提供一种风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法，其特征在于，由分组测量控制模块（101）、ZigBee近距离无线模块（102）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、3G/GPRS远程无线通讯模块（105）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）构成。

通过风力发电机组分组测量控制模块（101）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）构成四个层次的组网节点；并分别通过有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线方式组网。

所述的分组测量控制模块（101）负责采集风电场现场处的工作参数，这些参数包括，气象参数：风速、风向、湿度和环境温度；机械参数：齿轮箱振动状况，塔架和机舱振动状况，低、高速轴的振动状况；状态参数：偏航状态、变浆状态、塔架状态；风力发电机组参数：发电机温度，各相电压、电流、功率，总有功功率、总无功功率、功率因数、发电量和频率；线方式将其汇总，进行近距离的集中数据采集和控制；一个分组测量控制模块连接若干传感器和控制执行机构。

分组测量控制模块（101）与ZigBee近距离无线模块（102）相连，具有唯一的ID；对应一套风力发电机组有若干个分组测量控制模块（101）。

分组测量控制模块（101）应具有AD转换通道、DA转换通道、开关量IO接口、ModBus总线接口、RS232/RS485通讯接口，以兼容多种输入输出通讯方式。

数据集中分析处理模块（103）与一个ZigBee近距离无线模块（102）和一个3G/GPRS远程无线通讯模块（105）相连，对应一套风力发电机组有一个数据集中分析处理模块（103），用于将ZigBee近距离无线模块（102）传输来的采集信号集中分析处理，并通过3G/GPRS远程无线通讯模块（105）向本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）传输。

视频监视子系统（104）由视频摄像机、视频控制终端构成，并通过有线方式连接到数据集中分析处理模块（103）；或直接通过3G或GPRS无线的方式连接到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）。

数据集中分析处理模块（103）通过3G/GPRS无线通信模块（105）与本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）相连，将现场运行数据或视频、图像信息实时上传，并接收本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）发来的控制或参数设置信息。

从传感器到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）分别由有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线构成信号传输的网络通道，可以根据建设和监视控制需要，通过绑定ID的设置灵活的改变对应关系、增加或减少需要测量控制的参数数量，改变网络的拓扑结构。

本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）之间可通过光纤等有线网络连接，也可通过3G/GPRS远程无线连接，构成四层式无线网络拓扑结构；或在不需要本地控制中心（106）时，通过3G/GPRS远程无线，每套风力发电机组对应的数据集中分析处理模块（103）直接与电网远程调度中心（107）通讯，构成三层式无线网络拓扑结构。

附图说明

图1为系统总体结构框图。

图2为系统对应一个机组的结构框图。

具体实施方式

图1为系统总体结构框图，如图所示，本系统由分组测量控制模块（101）、ZigBee近距离无线模块（102）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、3G/GPRS远程无线通讯模块（105）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）构成。通过风力发电机组分组测量控制模块（101）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）构成四个层次的组网节点；并分别通过有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线方式组网。

所述的分组测量控制模块（101）负责采集风电场现场处的工作参数，这些参数包括，气象参数：风速、风向、湿度和环境温度；风力发电机组参数：风轮转速、发动机转速、发电机线圈温度、齿轮箱油温度、齿轮箱前后轴承温度、齿轮箱振动、液压系统油温、油压、油位、机舱振动、塔架振动、低、高速轴振动、偏航状态；控制参数包括：发电机的启动、停止，功率输出的高低等需要控制的各种参数。根据被测传感器和控制执行机构的远近，采用有线方式将其汇总，进行近距离的集中数据采集和控制；一个分组测量控制模块连接若干传感器和控制执行机构。

分组测量控制模块（101）与ZigBee近距离无线模块（102）相连，具有唯一的ID；对应一套风力发电机组有若干个分组测量控制模块（101）。分组测量控制模块（101）应具有AD转换通道、DA转换通道、开关量IO接口、ModBus总线接口、RS232/RS485通讯接口，以兼容多种输入输出通讯方式。

图2为系统对应一个机组的结构框图，根据被测传感器和控制执行机构的远近，将气象参数传感器组和相应的控制执行机构、机械参数传感器组传感器组和相应的控制执行机构、风力发电机参数传感器组和相应的控制执行机构、状态参数传感器组和相应的控制执行机构分别与一个分组测量控制模块（101）连接，分组测量控制模块（101）负责采集对应的工作参数。

ZigBee近距离无线模块（102）负责连接其负责区域的分组测量控制模块（101）和数据集中处理模块（103）。ZigBee具有自组网功能，即使某个无线连接断开了，路由功能可以自动避开已经断开的网络而寻找一条新的路径，这就极大地提高了网络的可靠性。

视频监视子系统（104）用于采集风电场中需要重点监测对象工作的工作状态，由视频摄像机、视频控制终端构成，并通过有线方式连接到数据集中分析处理模块（103）；或直接通过3G或GPRS无线的方式连接到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）。

数据集中分析处理模块（103）负责将ZigBee近距离无线模块（102）传输来的采集信号集中分析处理，并通过3G/GPRS远程无线通讯模块（105）向本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）传输。数据集中分析处理模块（103）与一个ZigBee近距离无线模块（102）和一个3G/GPRS远程无线通讯模块（105）相连，对应一套风力发电机组有一个数据集中分析处理模块（103）。

从图2可看出从传感器到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）分别由有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线构成信号传输的网络通道，可以根据建设和监视控制需要，通过绑定ID的设置灵活的改变对应关系、增加或减少需要测量控制的参数数量，改变网络的拓扑结构。本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）之间可通过光纤等有线网络连接，也可通过3G/GPRS远程无线连接，构成四层式无线网络拓扑结构；或在不需要本地控制中心（106）时，通过3G/GPRS远程无线，每套风力发电机组对应的数据集中分析处理模块（103）直接与电网远程调度中心（107）通讯，构成三层式无线网络拓扑结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.风电场远程无线实时监控变拓扑结构组网方法，其特征在于，该方法通过风力发电机组分组测量控制模块（101）、数据集中分析处理模块（103）、视频监视子系统（104）、本地控制中心（106）和电网远程调度控制中心（107）构成四个层次的组网节点；并分别通过有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线方式组网。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的分组测量控制模块（101）具有AD转换通道、DA转换通道、开关量IO接口、ModBus总线接口、RS232/RS485通讯接口，以兼容多种输入输出通讯方式；根据被测传感器和控制执行机构的远近，采用有线方式将其汇总，进行近距离的集中数据采集和控制；一个分组测量控制模块连接若干传感器和控制执行机构。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的分组测量控制模块（101）与ZigBee近距离无线模块（102）相连，具有唯一的ID；对应一套风力发电机组有若干个分组测量控制模块（101）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的数据集中分析处理模块（103）与一个ZigBee近距离无线模块（102）和一个3G/GPRS远程无线通讯模块（105）相连，对应一套风力发电机组有一个数据集中分析处理模块（103）。

5.根据权利要求3、4所述的方法，其特征在于所述的一套风力发电机组对应的一个数据集中分析处理模块（103）与该机组对应的若干个分组测量控制模块（101），通过各自连接的ZigBee模块构成的近距离无线网络，采用一对多的方式实时交换数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的视频监视子系统（104）由视频摄像机、视频控制终端构成，并通过有线方式连接到数据集中分析处理模块（103）；或直接通过3G或GPRS无线的方式连接到本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的数据集中分析处理模块（103）通过3G/GPRS无线通信模块（105）与本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）相连，将现场运行数据或视频、图像信息实时上传，并接收本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）发来的控制或参数设置信息。

8.根据权利要求1、2、5、6所述的方法，其特征在于从传感器到本地控制中心（107）或电网远程调度中心（106）分别由有线、ZigBee近距离无线、3G/GPRS远程无线构成信号传输的网络通道，可以根据建设和监视控制需要，通过绑定ID的设置，灵活的改变对应关系、增加或减少需要测量控制的参数数量，改变网络的拓扑结构。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述本地控制中心（106）或电网远程调度中心（107）之间可通过光纤等有线网络连接，也可通过3G/GPRS远程无线连接，构成四层式无线网络拓扑结构；或在不需要本地控制中心（106）时，通过3G/GPRS远程无线，每套风力发电机组对应的数据集中分析处理模块（103）直接与电网远程调度中心（107）通讯，构成三层式无线网络拓扑结构。