CN114793374A - 盲区风力发电机通信系统、方法和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了盲区风力发电机通信系统、方法和介质,通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线,利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机,这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过全向电线将至少一个通信设备延伸覆盖后的通信网络,而至少一个通信设备基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信,这样就能实现智能化控制,以及及时回传监测数据。
Description
技术领域
本发明涉及盲区风力发电厂通信技术领域,尤其是涉及盲区风力发电机通信系统、方法和介质。
背景技术
绿色电力是人类社会发展必然选择的清洁能源,电能作为一种优质的二次能源,已经成为全球经济、人类社会、工农业生产中不可或缺的能源之一,是我国数字经济建设的重要支撑。
而其中风力发电是我国重要的新能源发电方式,但是用于风力发电的风力发电机大多部署在高海拔地区,由于通信网络的建设难度较大,因此目前仍存在较多处于通信盲区的风力发电机,这就导致运维难度大、监测数据难以及时反馈。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供盲区风力发电机通信系统、方法和介质,以解决盲区风力发电机通信困难的问题。
一种盲区风力发电机通信系统,所述盲区风力发电机通信系统包括:基站、网关、相控阵天线、全向电线及至少一个通信设备;
所述基站,用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络;其中,所述网络覆盖范围内的区域部署有所述网关及所述相控阵天线;
所述相控阵天线通过所述网关接入所述通信网络,用于将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区风力发电机;其中,所述盲区风力发电机位于所述网络覆盖范围内的区域之外;
所述全向电线,部署于所述盲区风力发电机上,通过微波与所述相控阵天线建立通信链路,以接入延伸覆盖后的通信网络;
所述至少一个通信设备,部署于所述盲区风力发电机上,与所述全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信。
在其中一个实施例中,所述基站为5G基站,用于通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区风力发电机的通信提供切片服务。
在其中一个实施例中,所述相控阵天线为固定式相控阵天线,所述固定式相控阵天线固定部署于所述网络覆盖范围内的区域中的任意一个位置。
根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,
当n个盲区风力发电机与所述网络覆盖范围的距离大于预设距离时,第i相控阵天线还部署于第i盲区风力发电机上,i\i n\l eft[1,n-1\r i ght],通过所述网关接入所述通信网络,用于将所述通信网络延伸覆盖至所述n个盲区风力发电机;其中,第i盲区风力发电机中的i越大,距离所述网络覆盖范围越远;
第d全向电线部署于第d盲区风力发电机上,d\i n\l eft[1,n\r i ght],通过微波与第d-1相控阵天线建立通信链路,且第1全向电线通过微波与第1相控阵天线建立通信链路,以使得n个盲区风力发电机上的所有全向电线接入延伸覆盖后的通信网络;
部署于第d个盲区风力发电机上的至少一个通信设备,与第d全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信。
根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,所述至少一个通信设备包括多种传感器、摄像头及自动控制设备,用于通过所述多种传感器监测风力发电机环境信息,通过所述摄像头回传实时监测视频,及通过所述自动控制设备监测电网信息;其中,所述风力发电机环境信息包括温度、湿度及风力。
一种盲区风力发电机通信方法,应用于上述盲区风力发电机通信系统,所述方法,包括:
向网络覆盖范围内的区域提供通信网络,并通过所述相控阵天线将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区风力发电机;
通过所述全向电线将所述至少一个通信设备接入延伸覆盖后的通信网络,并控制接入的至少一个通信设备与所述基站进行通信。
在其中一个实施例中,所述方法,还包括:通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区风力发电机的通信提供切片服务。
在其中一个实施例中,所述方法,还包括:通过所述多种传感器监测风力发电机环境信息,通过所述摄像头回传实时监测视频,及通过所述自动控制设备监测电网信息。
一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行上述盲区风力发电机通信方法的步骤。
本发明提供了盲区风力发电机通信系统、方法和介质,通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线,利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机,这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过全向电线将至少一个通信设备延伸覆盖后的通信网络,而至少一个通信设备基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信,这样就能实现智能化控制,以及及时回传监测数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中:
图1为一个实施例中当盲区风力发电机与网络覆盖范围距离较近时,盲区风力发电机通信系统的示意图;
图2为一个实施例中当盲区风力发电机与网络覆盖范围距离较远时,盲区风力发电机通信系统的示意图;
图3为一个实施例中盲区风力发电机通信方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
绿色电力是人类社会发展必然选择的清洁能源,电能作为一种优质的二次能源,已经成为全球经济、人类社会、工农业生产中不可或缺的能源之一,是我国数字经济建设的重要支撑。
而其中风力发电是我国重要的新能源发电方式,但是用于风力发电的风力发电机大多部署在高海拔地区,由于通信网络的建设难度较大,因此目前仍存在较多处于通信盲区的风力发电机,这就导致运维难度大、监测数据难以及时反馈。针对该情况,提出了以下解决方案。
如图1所示,图1为一个实施例中盲区风力发电机通信系统的示意图,该盲区风力发电机通信系统包括:基站100、网关(未示出)、相控阵天线200、全向电线300及至少一个通信设备400。该盲区风力发电机通信系统可将网络延伸覆盖至离网络覆盖范围较近的盲区风力发电机500,并通过接入网络的至少一个通信设备300来与盲区风力发电机500进行通信。
其中,在该盲区风力发电机通信系统中,各个组件实现如下功能:
本实施例中的基站,用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络。
具体的来说,基站是无线电台站的一种形式,是指在一定的无线电覆盖区中,通过通信交换中心,与终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站可用来保证终端可以随时随地保持着有网络,但基站的网络覆盖范围有限,4G基站的覆盖半径约为1-3公里,5G基站的覆盖半径仅为几百米。如图1所示,网络覆盖范围也即圆圈所指示的范围。
在基于提供的通信网络传输前向信号时,也即主动与至少一个通信设备进行通信时,首先,核心网侧的控制信号、语音呼叫信号或携带数据业务信息的信号通过通信网络发送到基站;其次,这些信号在基站侧经过基带和射频处理,然后通过射频馈线送到天线上进行发射;最后,终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波,然后解调出属于自己的信号。而传输反向信号时,也即获取至少一个通信设备的通信数据时,与前向流程方向相反,但原理相似。
本实施例中的网关及相控阵天线部署于网络覆盖范围内的区域,相控阵天线通过网关接入通信网络,用于将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机。
具体的来说,网关又称网间连接器、协议转换器,是一种充当转换重任的计算机系统或设备。网关在网络层以上实现网络互连,使用在不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间。本实施例中,网关部署于网络覆盖范围内的区域,用于将相控阵天线接入网络。
相控阵天线则是组装在一起的天线阵元的集合,其基本功能是发射和接收无线电波:发射时,把高频电流转换为电磁波;接收时,把电滋波转换为高频电流。
本实施例中,相控阵天线可选用固定式相控阵天线,该固定式相控阵天线固定部署于网络覆盖范围内的区域中的任意一个位置。通常来说,一般部署于相对较高的位置,这样网络延伸的效果更佳,例如建筑物顶端。
相控阵天线对通信网络进行延伸覆盖取决于天线增益。而天线增益是在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣宽度越窄,副瓣宽度越小,增益越高。
我们可以通过阵因子来计算相控阵波束宽度θBW,计算公式为:
其中,k为波束宽度因子,λ是波长,N是线性阵元数,d为阵元间距,θ0是扫描角,也就是波束指向方向。
可以看出当天线口径(Nd)越大,也就是阵元数越多,阵元间距越大,波束越窄;也可以理解为线阵越长,波束宽度就越窄,天线增益就越大。
随着扫描角度θ0的增大,波束宽度会变宽,扫描角正负60度时,其余弦值为1/2,相比于0度时增大了一倍;随着扫描角度的增加,不仅仅是波束宽度会恶化,天线增益也会恶化。通常一般不大于正负60度。
还可以看出在天线口径不变的情况下,波长越长,波束宽度越大;因此更适合使用波长短的更高频段,以便获得更窄的波束。
通过设计,本实施例中的相控阵天线通信网络延伸覆盖至20公里外的盲区风力发电机,也即上文提及到的盲区风力发电机离网络覆盖范围较近的情况。
本实施例中的全向电线,部署于盲区风力发电机上,通过微波与相控阵天线建立通信链路,以接入延伸覆盖后的通信网络;
具体的来说,全向电线具有覆盖范围大的特点,在水平方向图上表现为360°都均匀辐射,具有无方向性。在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束,一般情况下波瓣宽度越小,增益越大。因此,将全向电线部署于盲区风力发电机上相对较高处的位置,便能很好的与相控阵天线建立通信链路。
微波的频段为300MHz-3000GHz,因为微波链路有更高的可用带宽,可传输视频画面,它所采用的高带宽和高增益天线抗干扰性能良好,因此选用微波建立通信链路。
本实施例中的至少一个通信设备,部署于盲区风力发电机上,与全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与基站进行通信。
具体的来说,该至少一个通信设备包括多种传感器、摄像头及自动控制设备,可通过多种传感器监测风力发电机环境信息,该风力发电机环境信息包括温度、湿度及风力;也可通过摄像头回传实时监测视频;及通过自动控制设备监测电网信息。因通信设备接入了网络,后端控制中心便可实时获取到风力发电机环境信息、监测视频及其他电网信息,实现电网信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能。
可见,上述盲区风力发电机通信系统通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线,利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机,这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过微波与至少一个通信设备建立无线通信链路,利用至少一个通信设备实现盲区风力发电机的智能化快速通信,这样就能实现电网的智能化控制、立体化通信,以及及时回传电网的监测数据。
在一个具体实施例中,上述基站为5G基站,用于通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区风力发电机的通信提供切片服务。
具体的来说,切片服务,就是把5G网络分成“很多片”,每一片满足不同的需求。为了实现网络切片,网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)是先决条件。本质上讲,所谓NFV,就是将网络中的专用设备的软硬件功能(比如核心网中的网络节点和策略与计费规则功能单元,无线接入网中的数字单元)转移到虚拟主机(VirtualMachines,VMs)上。这些虚拟主机是基于行业标准的商用服务器,它们是商用现成产品,低成本且安装简便。简单的说,就是用基于行业标准的服务器、存储和网络设备,来取代网络中的专用的网元设备。
网络经过功能虚拟化后,无线接入网部分叫边缘云(Edge Cloud),而核心网部分叫核心云(Core Cloud)。边缘云中的VMs和核心云中的VMs,通过软件定义网络(SoftwareDefined Network,SDN)互联互通。
这样,网络采用NFV和SDN后,执行切片就非常容易了,像切面包一样水平将网络“切”成多个虚拟子网络(片)。由于切片服务能提供较高水准的网络带宽、时延、连接能力、数据安全隔离及定制网服务的能力,因此可以进一步开展电网信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等工作。
当然上文阐述的都是当盲区风力发电机与网络覆盖范围距离较近时,盲区风力发电机通信系统的部署情况。而当n个盲区风力发电机与网络覆盖范围的距离大于预设距离时,也即大于20公里时,上文的盲区风力发电机通信系统便存在通信困难的情况,因此在一个具体实施例中,还对盲区风力发电机通信系统做进一定的调整,具体为:
第i相控阵天线还部署于第i盲区风力发电机上,i∈[1,n-1],通过网关接入通信网络,用于将通信网络延伸覆盖至n个盲区风力发电机;其中,第i盲区风力发电机中的i越大,距离网络覆盖范围越远。
第d全向电线部署于第d盲区风力发电机上,d∈[1,n[,通过微波与第d-1相控阵天线建立通信链路,且第1全向电线通过微波与第1相控阵天线建立通信链路,以使得n个盲区风力发电机上的所有全向电线接入延伸覆盖后的通信网络;
部署于第d个盲区风力发电机上的至少一个通信设备,与第d全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与基站进行通信。
示例性的,结合附图2的内容进行说明就是:假设n=3,只有第1相控阵天线210还部署于第1盲区风力发电机510上,第2相控阵天线220还部署于第2盲区风力发电机520上,第3盲区风力发电机530上不部署相控阵天线;第1盲区风力发电机510、第2盲区风力发电机520、第3盲区风力发电机530距离初始的网络覆盖范围逐渐变远。
第1全向电线310部署于第1盲区风力发电机510上,第2全向电线320部署于第2盲区风力发电机520上,第3全向电线330部署于第3盲区风力发电机530上;第1全向电线310通过微波与第1相控阵天线210建立通信链路,当d=2时,第2全向电线320通过微波与第1相控阵天线210建立通信链路,同理当d=3时,第3全向电线330通过微波与第2相控阵天线220建立通信链路,这样3个盲区风力发电机上的所有全向电线便可接入延伸覆盖后的通信网络。
当d=1时,部署于第1个盲区风力发电机上的至少一个通信设备,与第1全向电线310的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与基站进行通信.其余通信设备同理,就不再赘述。
这样就能基于额外部署于盲区风力发电机上的相控阵天线,实现更远距离的网络延伸。且基于相控阵天线网络延伸的特点,结合具体盲区风力发电机的数量来最少的部署相控阵天线,减少部署的难度,及降低部署成本。
如图2所示,还提出了一种盲区风力发电机通信方法,应用于上述盲区风力发电机通信系统,该方法,包括:
步骤202,向网络覆盖范围内的区域提供通信网络,并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机。
步骤204,通过全向电线将至少一个通信设备接入延伸覆盖后的通信网络,并控制接入的至少一个通信设备与基站进行通信。
在其中一个实施例中,方法,还包括:通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区风力发电机的通信提供切片服务。
在其中一个实施例中,方法,还包括:通过多种传感器监测风力发电机环境信息,通过摄像头回传实时监测视频,及通过自动控制设备监测电网信息。
一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤:向网络覆盖范围内的区域提供通信网络,并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区风力发电机。
通过全向电线将至少一个通信设备接入延伸覆盖后的通信网络,并控制接入的至少一个通信设备与基站进行通信。
在其中一个实施例中,还执行:通过延伸覆盖后的5G通信网络为盲区风力发电机的通信提供切片服务。
在其中一个实施例中,还执行:通过多种传感器监测风力发电机环境信息,通过摄像头回传实时监测视频,及通过自动控制设备监测电网信息。
需要说明的是,上述盲区风力发电机通信方法、装置、设备及计算机可读存储介质属于一个总的发明构思,盲区风力发电机通信方法、装置、设备及计算机可读存储介质实施例中的内容可相互适用。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种盲区风力发电机通信系统,其特征在于,所述盲区风力发电机通信系统包括:基站、网关、相控阵天线、全向电线及至少一个通信设备;
所述基站,用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络;其中,所述网络覆盖范围内的区域部署有所述网关及所述相控阵天线;
所述相控阵天线通过所述网关接入所述通信网络,用于将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区风力发电机;其中,所述盲区风力发电机位于所述网络覆盖范围内的区域之外;
所述全向电线,部署于所述盲区风力发电机上,通过微波与所述相控阵天线建立通信链路,以接入延伸覆盖后的通信网络;
所述至少一个通信设备,部署于所述盲区风力发电机上,与所述全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信。
2.根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,其特征在于,所述基站为5G基站,用于通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区风力发电机的通信提供切片服务。
3.根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,其特征在于,所述相控阵天线为固定式相控阵天线,所述固定式相控阵天线固定部署于所述网络覆盖范围内的区域中的任意一个位置。
4.根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,其特征在于,所述至少一个通信设备包括多种传感器、摄像头及自动控制设备,用于通过所述多种传感器监测风力发电机环境信息,通过所述摄像头回传实时监测视频,及通过所述自动控制设备监测电网信息;其中,所述风力发电机环境信息包括温度、湿度及风力。
5.根据权利要求1所述的盲区风力发电机通信系统,其特征在于,
当n个盲区风力发电机与所述网络覆盖范围的距离大于预设距离时,第i相控阵天线还部署于第i盲区风力发电机上,i∈[1,n-1],通过所述网关接入所述通信网络,用于将所述通信网络延伸覆盖至所述n个盲区风力发电机;其中,第i盲区风力发电机中的i越大,距离所述网络覆盖范围越远;
第d全向电线部署于第d盲区风力发电机上,d∈[1,n],通过微波与第d-1相控阵天线建立通信链路,且第1全向电线通过微波与第1相控阵天线建立通信链路,以使得n个盲区风力发电机上的所有全向电线接入延伸覆盖后的通信网络;
部署于第d个盲区风力发电机上的至少一个通信设备,与第d全向电线的中央控制单元连接,以接入延伸覆盖后的通信网络,用于基于覆盖后的通信网络与所述基站进行通信。
6.一种盲区风力发电机通信方法,其特征在于,应用于如权利要求1-5所述的盲区风力发电机通信系统,所述方法,包括:
向网络覆盖范围内的区域提供通信网络,并通过所述相控阵天线将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区风力发电机;
通过所述全向电线将所述至少一个通信设备接入延伸覆盖后的通信网络,并控制接入的至少一个通信设备与所述基站进行通信。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述方法,还包括:通过延伸覆盖后的5G通信网络为所述盲区风力发电机的通信提供切片服务。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述方法,还包括:通过所述多种传感器监测风力发电机环境信息,通过所述摄像头回传实时监测视频,及通过所述自动控制设备监测电网信息。
9.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求6所述方法的步骤。
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CN202210371974.5A CN114793374A (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 盲区风力发电机通信系统、方法和介质 |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101132216A (zh) * | 2006-08-23 | 2008-02-27 | 北京邦讯技术有限公司 | 一种基于scdma微波直放站的通信方法及其微波直放站 |
CN102591312A (zh) * | 2012-03-15 | 2012-07-18 | 陈万志 | 一种风力发电机组远程实时监控的无线通信系统及方法 |
US20140315577A1 (en) * | 2012-01-26 | 2014-10-23 | Fujitsu Limited | Communication method, communication terminal, and base station apparatus |
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2022
- 2022-04-11 CN CN202210371974.5A patent/CN114793374A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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Title |
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王成: "大型风电场监控系统无线网络设计研究", 《信息科技II辑》, no. 04, pages 2 * |
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