CN103247158B - 实时测风塔信号的wifi传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时测风塔信号的wifi传输装置，包括风速仪、风向仪、温度计、气压计、数据采集器、蓄电池、太阳能电池板、第一无线AP、第二无线AP和串口服务器，所述风速仪、风向仪、温度计、气压计测量的数据经数据采集器采集后，经数据采集器的本地通信串口传输至串口服务器，串口服务器对采集的信号进行转换后传输给第一无线AP，所述第一无线AP通过wifi信号传输给第二无线AP，所述第二无线AP将采集信号传输至中心服务器，所述蓄电池为传输装置提供直流电源，所述太阳能电池板为蓄电池充电。以实现实时测风塔采集的数据能够实时的准备的传输给中心服务器的优点。

Description

实时测风塔信号的wifi传输装置

技术领域

本发明具体地涉及一种实时测风塔信号的wifi传输装置。

背景技术

目前，在风资源条件较好的地区设立测风塔，并长时间对测风塔10m、30m、50m、70m、90和100m高度处的风速和风向数据的观测收集，得到一个地区风能情况的变化，然后据此确定该地区的风能资源，为风电场建设提供前期服务。

一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，是包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个风电基地的中心站。每个测风塔系统至少包括用于与中心站进行通信的遥测站，用于为各用电设备供电的电源模块，以及用于采集风电基地风况的测风塔。中心计算机通过移动通讯供应商提供的通道，如GPRS流量方式或GSM短信方式，与每个遥测站通信连接；测风塔及电源模块，分别与遥测站连接。每个测风塔系统，至少还包括本地通信串口。无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达100km）、高速（可达百Mbps）无线组网。

根据TechnologyReview报导，Intel计划推出乡村联机平台(RuralConnectivityPlatform,RCP)，以wifi天线传送信号，并重新改写wifi信号传送时的通讯协议，避免确认传送时需传送多余的数据，使得wifi信号发射后能传送到60公里外的地方，数据传输速度约每秒6.5MB。

更重要的是，RCP不仅造价便宜，且不耗电，2或3次联机只会耗去约5或6瓦的电力，而wifi传输信号的最远记录为382公里！这是最近由一位名为Pietrosemoli的科学家带领他的研究小组共同创造的最新世界记录。他们利用价值60美元(三百多元人民币)的Linksys无线路由器通过英特尔的远距离wifi无线传输技术，成功地接收到了来自382公里外的速度为3Mbps的数据流。而此前的世界纪录为310公里。因地球的表面是曲面的，而无线wifi必须是要直线传输的，超过一百公里无线网络的信号就已会被地表挡住需要将两个无线wifi建设的高度正好可以跨过地表的曲面。

而现有的实时风资源监测网络中，测风塔的数据采集器每秒通过收集10米、30米、50米、70米、90米、100米高层的风速风向信息，得出每分钟的测风塔所在地不同层次的风速、风向情况，同时通过GPRS模块向中心站发送测风塔所测数据。GPRS模块除了能把测风数据通过GPRS流量方式向中心站发送之外，还能通过GSM短信方式，向中心站发送数据。

中心站与实时风资源监测网络中的测风塔距离多为几百公里及以上，实时测风塔GPRS模块实际是向最近的移动运营商的信号塔发送测风数据，信号塔接收到测风数据后，再通过移动运营商的网络传输至中心站附近的信号塔，最终通过此信号塔发出测风数据，中心站得以接收测风数据。

现在实时测风塔与中心站的测风数据传输方法只有GPRS或GSM两种方式，且此两种方式都依赖于移动运营商。

但风电基地多位于偏远草原戈壁等地区，以酒泉风电基地为例，现有的部分风电场距离最近的瓜州县都有100多公里，后续建设的酒泉风电基地二期，绝大多数风电场距离瓜州县有200至300公里。风电场都处于无人的戈壁地区，移动运营商都未在此处建立移动基塔，部分地区处于手机无信号的状态。

现有的实时测风塔中，个别测风塔距离最近的移动基塔有10至15公里，在实时测风塔处，移动信号十分微弱，存在时有时无的情况发生。个别地处偏远的实时测风塔，与中心站的通信无法达到实时性的要求，存在延时2、3小时至24小时的情况。实时性的无法保障，使得个别偏远实时测风塔发挥不了应有的作用，无法为风电预测及风资源监测提供数据支撑。

在酒泉风电基地二期的地理范围内，由于距离临近的移动基站已超过20公里，GPRS和GSM方式已无法完成数据的传输工作。酒泉风电基地二期附近由于此条件所限，将很难找到合适的位置建设实时测风塔。

现有的二期的地理范围内的测风塔都为常规测风塔，测风记录频率为10分钟一次，且取数方式为人工现场取数或每天发送两次数据包。人工取数以及每天发送两次数据的方式，显然无法满足风资源实时监测和风电超短期预测的需要。

由于移动运营商的基站覆盖限制，致使在偏远的戈壁、草原等人烟稀少地区，无GPRS和GSM信号服务，致使在上述地区无法建设实时测风塔，用以监测这些无人地区的实时风况。

而我国风电基地多位于北方一线，部分地区即为少人的荒漠、戈壁、草原和林原。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种实时测风塔信号的wifi传输装置，以实现实时测风塔采集的数据能够实时的准确的传输给中心站服务器的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种实时测风塔信号的wifi传输装置，包括风速仪、风向仪、温度计、气压计、数据采集器、蓄电池、太阳能电池板、第一无线AP、第二无线AP和串口服务器，所述风速仪、风向仪、温度计、气压计测量的数据经数据采集器采集后，经数据采集器的本地通信串口传输至串口服务器，串口服务器对采集的信号进行转换后，转换为以太网信号，传输给第一无线AP，所述第一无线AP通过wifi信号传输给第二无线AP，所述第二无线AP将采集的以太网信号，通过就近地的网络，传输至中心站服务器，所述蓄电池为传输装置提供直流电源，所述太阳能电池板为蓄电池充电。

进一步的，所述蓄电池与第一无线AP之间，串联逆变器和POE适配器，所述逆变器将蓄电池或太阳能电池板的直流电转换为交流电后，经POE适配器转换为第一无线AP适合的直流电。

进一步的，所述蓄电池提供12V的直流电，被POE适配器转换为适合第一无线AP使用的48V直流电。

进一步的，所述第一无线AP和第二无线AP安装需严格对准，通过第一无线AP所在的测风塔与第二无线AP所在的接收站的经纬度关系和罗盘进行对准。

进一步的，所述数据采集器采用ACS300-MM芯片，所述串口服务器采用JetPort5601，所述第一无线AP和第二无线APJetWave2610。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过把风资源监测网络中的实时测风塔信号传输方式，由GPRS方式改为wifi无线传输方式，使得实时测风塔所测得实时数据传输，不再仅仅依赖移动运营商所建设的信号基站。改变了实时测风塔对移动运营商的依赖，有效拓展实时测风塔建设的地理范围。达到了实时测风塔采集的数据能够实时准确的传输给中心站服务器的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的实时测风塔信号的wifi传输装置原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种实时测风塔信号的wifi传输装置，包括风速仪、风向仪、温度计、气压计、数据采集器、蓄电池、太阳能电池板、第一无线AP、第二无线AP和串口服务器，风速仪、风向仪、温度计、气压计测量的数据经数据采集器采集后，经数据采集器的本地通信串口传输至串口服务器，串口服务器对采集的信号进行转换后传输给第一无线AP，第一无线AP通过wifi信号传输给第二无线AP，第二无线AP将采集信号通过本地网络，传输至中心站服务器，蓄电池为传输装置提供直流电源，所述太阳能电池板为蓄电池充电。

其中蓄电池与第一无线AP之间，串联逆变器和POE适配器，逆变器将蓄电池或太阳能电池板的直流电转换为交流电后，经POE适配器转换为第一无线AP适合的直流电。蓄电池提供12V的直流电，被POE适配器转换为适合第一无线AP使用的48V直流电。第一无线AP和第二无线AP安装需严格对准，通过第一无线AP所在的测风塔与第二无线AP所在的接收站的经纬度关系和罗盘进行对准。数据采集器采用ACS300-MM芯片，串口服务器采用JetPort5601，第一无线AP和第二无线APJetWave2610。

具体实施如下：结合现有的风电基地发展规划，依据风电基地规划建设图纸，结合风电基地所在区域的主风向情况，以及上下游效应分析结果等因素，在风电基地主风向上游来风方向建设100米高实时测风塔，依照当地上下游效应情况，可间隔10至30公里建设数根实时测风塔。

在建设的实时测风塔时，应适当考虑实时测风塔距离最近风电场中控室或升压站的距离，以及中间是否有高山及高大建筑物遮挡。实时测风塔距离中控室的距离最好在100公里以内，同时中间如有高山或高大建筑物，可在高山或高大建筑物上建立一个wifi中继站，用以信号的中转。

实时测风塔系统，包括常规测风塔上的风速仪、风向仪、温度计、气压计、模拟适配器，以及实时测风塔上的数据采集器（ACS300-MM）、蓄电池、太阳能电池板、电源稳压器。

通过风速仪、风向仪测得风况，再通过数据采集器计算出每分钟或5分钟的平均风况，通过本地通信串口与串口服务器JetPort5601相连，串口服务器JetPort5601将数据采集器ACS300MM采集的RS485信号转换为以太网信号，然后通过以太网线连接到第一无线AP上，第一无线AP通过wifi技术将这些信号传输到20~100公里以外的接收站，接收站的第二无线AP可直接连接到服务器，或连接到交换机，接收站的第二无线AP接收到信号后，传输至接收站的交换机或服务器，最后通过接收站的网络传输至1000公里以外的中心站服务器上。

接收站可选取最近的风电场的中控室或升压站进行安装，中控室和升压站都有铺设好的光纤通信线路，能够保证数据的网络传输。

串口服务器JetPort5601的供电可以直接采用蓄电池提供的12VDC电，蓄电池可跟实时测风塔上的太阳能电池板相连，由太阳能电池板为蓄电池充电。实时测风塔端安装的第一无线AP由于采用48VDCPOE供电方式，所以前端需要一个逆变器将蓄电池提供的12VDC转换为220VAC，并使用Korenix提供的POE适配器将220VAC转换为POE供电的48VDC，从而解决无线AP的供电问题。接收站的无线AP只需要通过Korenix提供的POE适配器将220VAC转换为POE供电的48VDC即可。

本技术方案中采用的无线wifi设备使用的是JetWave2610，但在使用需注意以下几点:

设备的MaxRFDistance（最远传输距离）参数设定，具有改善传输质量与流量的效果。

无线设备发送端与接收端的LinkRate（连接速率）需相当，单边无线信号好或LinkRate（连接速率）好，并不能达到高流量传输的结果。

NoiseLevel(抗噪声、抗干扰能力)对无线传输影响甚大。但在戈壁、草原地区信号干扰并不十分巨大，所以此点供参考。

SignalLevel(接收讯号灵敏度)对无线传输影响明显。

在LinkRate（连接速率）无法维持在54Mbps的情况下，下调LinkRate（连接速率）到36Mbps，让NoiseLevel(抗噪声、抗干扰能力、SignalLevel(接收讯号灵敏度)…等数值提高，有助于传输质量与流量的提升。

无线设备的功率大小会对传输的距离起到影响作用，但更关键的，无线信号的优化设置将更能决定信号传输的质量和传输速度。

综上所述，本发明还具有以下特点，现有实时测风塔需位于移动信号基站的10至15公里的半径范围内，且现有部分测风塔已由于距移动信号基站较远，出现数据传输延时和中断现象。通过此技术方案，改变实时测风塔的信号传输方式，将可改变现有部分信号延时测风塔的现状，使得其数据传输恢复正常。

同时也可改变距离移动基站20至100公里范围内，无法建立实时测风塔的现状，有效满足风电基地的发展所带来的风资源实时监测的需要。同时可在风电基地主风向上游20至100公里处，选取20、50、80、100公里等处，建立实时测风塔，通过实时测风塔的实时风况数据，结合风能资源上下游效应的分析结果，以应用于风电超短期预测之中，现有的风能资源上下游效应的分析研究中，由于实时测风塔信号传输导致的距离位置的限制，将很大程度的限制上下游效应研究结果的应用。

通过此方案，将改变实时测风塔单一依赖移动运营商的现状，有效拓展实时测风塔建设的地理范围，更便于相关研究的开展和深入，也更便于实时风资源网络的铺设。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (4)

1.一种与偏远草原戈壁地区风电场匹配设置的实时测风塔信号的wifi传输装置，其特征在于，包括风速仪、风向仪、温度计、气压计、数据采集器、蓄电池、太阳能电池板、第一无线AP、第二无线AP和串口服务器，所述风速仪、风向仪、温度计、气压计测量的数据经数据采集器采集后，经数据采集器的本地通信串口传输至串口服务器，串口服务器对采集的信号进行转换后传输给第一无线AP，所述第一无线AP通过wifi信号传输给第二无线AP，所述第二无线AP将采集信号传输至中心服务器，所述蓄电池为传输装置提供直流电源，所述太阳能电池板为蓄电池充电；

通过风速仪、风向仪测得风况，再通过数据采集器计算出每分钟的平均风况，通过本地通信串口与串口服务器相连，串口服务器将数据采集器采集的RS485信号转换为以太网信号，然后通过以太网线连接到第一无线AP上，第一无线AP通过wifi技术将这些信号传输到20~100公里以外的接收站，接收站的第二无线AP直接连接到服务器，或连接到交换机，接收站的第二无线AP接收到信号后，传输至接收站的交换机或服务器，最后通过接收站的网络传输至1000公里以外的中心站服务器上；

所述蓄电池与第一无线AP之间，串联逆变器和POE适配器，所述逆变器将蓄电池或太阳能电池板的直流电转换为交流电后，经POE适配器转换为第一无线AP适合的直流电。

2.根据权利要求1所述的实时测风塔信号的wifi传输装置，其特征在于，所述蓄电池提供12V的直流电，被POE适配器转换为适合第一无线AP使用的48V直流电。

3.根据权利要求1所述的实时测风塔信号的wifi传输装置，其特征在于，所述第一无线AP和第二无线AP安装需严格对准，通过第一无线AP所在的测风塔与第二无线AP所在的接收站的经纬度关系和罗盘进行校准对准。

4.根据权利要求1-3之一所述的实时测风塔信号的wifi传输装置，其特征在于，所述数据采集器采用ACS300-MM芯片，所述串口服务器采用JetPort5601，所述第一无线AP和第二无线AP采用JetWave2610。