CN203490822U - 一种实时测风塔信号的卫星传输系统 - Google Patents

一种实时测风塔信号的卫星传输系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种实时测风塔信号的卫星传输系统,包括安装在测风塔上的测风组件、电源组件、数据采集器和卫星组件,设置在地面上的地面控制中心和测风数据中心站,以及设置在测风数据中心站的中心站终端;所述测风组件、电源组件和卫星组件,分别与数据采集器连接;所述地面控制中心和中心站终端,分别与卫星组件连接。本实用新型所述实时测风塔信号的卫星传输系统,可以克服现有技术中受通信条件影响大、适用范围受限和可靠性依赖通信信号等缺陷,以实现不受本地移动通信条件限制、全境覆盖和传输可靠性好的优点。

Description

一种实时测风塔信号的卫星传输系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及风力发电技术领域,具体地,涉及一种实时测风塔信号的卫星传输系统。
背景技术
[0002] 目前,在风资源条件较好的地区设立测风塔,并长时间对距测风塔10m、30m、50m和70m处测量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。
[0003] 例如,参见图1,千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统,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测风塔的中心站。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,本地通信串口与遥测站连接。参见图1,该千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统使用的设备,主要包括测风计11、12、13,温度计2,气压计3,蓄电池5,太阳能电池板6,电源稳压器7,天线8,数据采集器9,GPRS模块10,本地通信串口 11,以及模拟适配器41、42、43。
[0004] 图1显示的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统,涉及风资源监测网络建设,属于电网系统技术领域,应用于风电预测的风能监测及风能资源获取,是针对千万千瓦级的大规模风电基地,适用于场址连成片的大型风电基地;涉及的大规模风电基地布局,结合测风塔距离风电场的建设标准,以及上下游效应效果,完成测风塔的合理布局,以达到风电基地测风需要。
[0005] 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向中心站发送GPRS流量方式之外,还能通过GSM短信方式,向中心站发送数据。
[0006] 中心站与实时风资源监测网络中的测风塔距离多为1000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。同时,实时测风塔还配备有蓄电池和太阳能电池板,用以为数据采集器及GPRS模块等供电,以保障仪器设备的正常运行。
[0007] 可见,现有的风电基地实时风资源网络管理系统中,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。
[0008] 北斗卫星导航系统,是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),是除美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部分、北斗用户终端三部分组成。北斗卫星能覆盖我国全境及周边地区。可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位、通讯、授时服务。
[0009] 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,分别是北斗定位卫星、地面控制中心、北斗用户终端,空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体,是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星导航、定位、通信系统。随着2003年5月25日“北斗一号”系统的第3颗卫星成功发射升空,“北斗一号”系统已经开始全面为各种用户提供稳定和可靠的应用。
[0010] 北斗导航系统在国际电信联盟登记的频段为卫星无线电定位业务频段,上行为L频段(频率1610〜1626.5MHz),下行为S频段(频率2483.5〜2500MHz)。其定位精度可达100 (ns)的同步精度。北斗一代系统的出站信号包括由中心控制系统经卫星至用户机的信道传输和信息在信道中的传输方式两部分。
[0011] 北斗卫星通讯系统的数据通信实时性强,数据传输快捷,一次发送时间大约为ls,接收终端在几秒钟之内就可以接收到发送端传输的数据,实时性比较强。系统容量大并发能力强,可以同时处理30万用户的申请;数据传输快捷,发送一包数据用时约为Is;功能强大,具有定位和授时功能。发展前景广阔,随着北斗二代的建设,北斗系统发展成为具有全球导航能力的卫星定位系统,定位体制也将变为垂直定位,而且通信终端的性能也将逐步提闻。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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方式已无法完成信号的传输工作。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。人工取数的方式,显然无法满足风资源实时监测和风电超短期预测的需要。
[0015] 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,现有技术无法解决此种情况。
[0016] 在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术中至少存在受通信条件影响大、适用范围受限和可靠性依赖通信信号等缺陷。实用新型内容
[0017] 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卫星传输系统,以实现不受本地移动通信条件限制、全境覆盖和传输可靠性好的优点。
[0018] 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卫星传输系统,包括安装在测风塔上的测风组件、电源组件、数据采集器和卫星组件,设置在地面上的地面控制中心和测风数据中心站,以及设置在测风数据中心站的中心站终端;所述测风组件、电源组件和卫星组件,分别与数据采集器连接;所述地面控制中心和中心站终端,分别与卫星组件连接。
[0019] 进一步地,以上所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,还包括设置在测风塔上、且连接在所述测风组件与数据采集器之间的模拟适配器。
[0020] 进一步地,以上所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,还包括与所述数据采集器连接的RS232串行数据接口。
[0021] 进一步地,所述卫星组件,包括分别与所述地面控制中心和中心站终端连接的卫星终端,以及分别与所述卫星终端、电源组件和数据采集器连接的数据传输终端。
[0022] 进一步地,所述卫星终端,具体为北斗卫星终端;和/或,所述数据传输终端,具体为北斗BDG-MF-06型数据传输终端。
[0023] 进一步地,所述测风组件,包括分别与所述数据采集器连接的风速仪、风向仪、温度计和气压计中的任意多种。
[0024] 进一步地,所述电源组件,包括分别与所述数据采集器连接的蓄电池和/或太阳能电池板,以及分别与所述蓄电池和/或太阳能电池板连接的电源稳压器。
[0025] 进一步地,所述数据采集器的型号具体包括ACS300-MM。
[0026] 本发明各实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,由于包括安装在测风塔上的测风组件、电源组件、数据采集器和卫星组件,设置在地面上的地面控制中心和测风数据中心站,以及设置在测风数据中心站的中心站终端;测风组件、电源组件和卫星组件,分别与数据采集器连接;地面控制中心和中心站终端,分别与卫星终端连接;可以实现偏远地区(无移动信号地区或移动信号较弱)的实时风资源监测问题;从而可以克服现有技术中受通信条件影响大、适用范围受限和可靠性依赖通信信号等缺陷,以实现不受本地移动通信条件限制、全境覆盖和传输可靠性好的优点。
[0027] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
[0028] 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
[0029] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0030] 图1为千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统的工作原理示意图;
[0031] 图2为实时测风塔信号的卫星传输系统的工作原理示意图。
[0032] 结合附图,本实用新型实施例中附图标记如下:
[0033] 11、12、13_测风计;2_温度计;3_气压计;5_蓄电池;6_太阳能电池板;7_电源稳压器;8-天线;9_数据采集器;IO-GPRS模块;11-本地通信串口 ;41、42、43_模拟适配器。具体实施方式
[0034] 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。
[0035] 现有的实时风资源监测系统,实时测风塔与中心站之间的数据传输,是基于移动运营商所提供的网络,而地处偏远的戈壁、草原等地区,由于人烟稀少,移动运营商的基站并未覆盖或少覆盖,致使现有个别偏远的测风塔与中心站之间的通信存在延时及中断的现象发生。而随着风电基地的持续建设,新的风电场将更加远离市区及县城,地理位置将更加偏僻,如果不建设新的移动基站,将无法解决新风电场周围的实时风资源监测的需要。
[0036] 为了解决上述偏远地区(无移动信号地区或移动信号较弱)的实时风资源监测问题,根据本发明实施例,提供了一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统及方法,实时测风塔使用卫星传输方式进行信号的传输。
[0037] 如图2所示,本实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,包括安装在测风塔上的测风组件、电源组件、数据采集器和卫星组件,设置在地面上的地面控制中心和测风数据中心站,以及设置在测风数据中心站的中心站终端;测风组件、电源组件和卫星组件,分别与数据采集器连接;地面控制中心和中心站终端,分别与卫星组件连接;还包括设置在测风塔上、且连接在测风组件与数据采集器之间的模拟适配器,还包括与数据采集器连接的RS232串行数据接口。
[0038] 其中,上述卫星组件,包括分别与地面控制中心和中心站终端连接的卫星终端,以及分别与卫星终端、电源组件和数据采集器连接的数据传输终端。卫星终端,具体为北斗卫星终端;和/或,数据传输终端,具体为北斗BDG-MF-06型数据传输终端。
[0039] 上述测风组件,包括分别与数据采集器连接的风速仪、风向仪、温度计和气压计中的任意多种。电源组件,包括分别与数据采集器连接的蓄电池和/或太阳能电池板,以及分别与蓄电池和/或太阳能电池板连接的电源稳压器。数据采集器的型号具体包括ACS300-MM。
[0040] 上述实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,基于现有的实时测风塔系统(参见图1),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、RS232串行数据接
口、卫星终端。
[0041] 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RS232串行数据接口与北斗BDG-MF-06型数据传输终端相连,BDG-MF-06型数据传输终端采用码分多址直接扩频序列调制,扩频伪码采用周期伪随机序列,发送频率为L波段,将数据传输至北斗卫星,北斗卫星将数据转换为C波段,再将数据发送至神州天鸿民用中心,民用中心再将分析处理后的数据发送至北斗卫星,再经卫星转换为S波段,发送至地面终端(测风数据中心站)服务器,并使数据得以应用。BDG-MF-06型数据传输终端的供电,可以直接采用蓄电池提供的24V DC。
[0042] 上述实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,把原有实时测风塔由GPRS或GSM传输方式,改为卫星传输方式,能实现我国境内所有地区测风塔信号传输问题,从而解决偏远地区移动信号没有或很差条件下的实时风资源监测及测风数据的传输。保留实时测风塔的GPRS模块,以待日后移动信号覆盖后可便捷进行传输模式的转换和选择。BDG-MF-06型数据传输终端为北斗一体化小型终端,具有防水、抗腐蚀、抗盐雾强的特点。
[0043] 北斗卫星系统具有点对点双向数据传输方式。它是数据报告方式,以数据包的形式传输,一次发送共有210个字节,一般用户一次最多可发送IlObytes信息。测站终端发送采用码分多址直接扩频序列调制,扩频伪码采用周期伪随机序列,发送频率为L波段,通过卫星转换为C波段由地面站接收,由神州天鸿民用中心站处理后发到卫星,再经卫星转换为S波段由测站终端或指挥型终端接收,完成一次点对点的通信。反向发送过程亦然。
[0044] 在北斗卫星通信点对点方式中,还有一种通播的方式。即在一个用户群(用户系统)中,将一个作为主站(中心站)的终端设备号码写入本群中其它测站的终端设备的映像地址中,当此中心站作通播方式发送时,则群中的所有使用同一波束的测站都能同时收到此信息。此功能可以用作系统的广播回执,即在系统的一次定时报后一定时间内,将收到系统中的测站和未收到的测站的信息广播出去,未收到自报信息的测站则再次发送信息,从而提高了系统的畅通率,同时也减少了系统中心站的发送次数。通过此方法,数据中心站可根据实时测风塔数据上传的情况,对未上传或上传中途丢包的测风塔进行数据补传,以达到数据记录的完整。
[0045] 北斗卫星测站终端是在其后端设备的控制指令下发送数据报告的,它在收到后端设备的发送数据报告指令后,直接向卫星发送信息,其信道编码与调制方式为码分多址即CDMA方式,利用冗余编码方法使得入站数量达到200站/每秒,以5分钟收集全部站点数据计算此类用户理论上可容纳6万测站用户,所以其信道容量极大。目前此类用户数量仅为800个左右,可以不考虑信道拥挤问题。
[0046] 目前,通过北斗卫星的地面中心和神州天鸿民用服务中心站的服务系统,用户从测站发送数据到用户中心站接收到数据一般只需3到5秒,最长时间为10秒,系统的时效很快。神州天鸿系统所提供的精确授时功能,可以为测站及中心站提供精确的时间信息,以保证整个测报系统的时钟同步。
[0047] 北斗卫星系统与海事卫星C系统用于水情自动测报系统传输的比较:
[0048] ⑴卫星:两个卫星系统都有两颗星覆盖中国,但是海事卫星在太平洋上的卫星只能覆盖中国的东部地区,目前国内主要使用的是印度洋上的那颗。另外,使用海事卫星系统的用户系统的一个主站(中心站)的一台卫星终端设备只能接收通过同一颗卫星传输信息的测站,如系统内的测站需要使用两个卫星,用户中心站就需要两台卫星终端设备对应接收不同卫星转发的信息。而北斗卫星系统的用户可以任意使用两颗卫星的四个波束传输信息,中心站只需一台卫星终端设备。
[0049] ⑵通信信道:海事卫星C系统采用的是TDMA (时分多址),一帧8.64秒分28个时隙,按侦听随机抢发的方式发送,一般系统要求10分钟时间收齐全部测站信息,十分钟共有69个8.64秒,1944个时隙。按S-ALOHA信道最大利用率(0.368)计算,约可传输715个数据包。一般来说,一个TDMA信令信道,在10分钟内最多有效传输715个测站(每个测站一次发一包)的数据。目前海事卫星北京地面站已经扩充了一个信令信道,也就是说系统容量可以扩大一倍,在十分中内最多有效传输1431个测站的信息。但目前北京地面站约有800个测站运行。另外,北斗卫星系统对用户没有一颗星或波束的限制,中心站和系统内的测站可以使用不同的卫星和不同的波束,也就是说,只要测站或中心站能看到任何一颗北斗卫星就可以在一个系统内工作而不需要增加另外的通信终端。北斗卫星系统的通信容量也按系统总容量的30% (10分钟)考虑,可容纳4万个测站。而海事卫星的测站和中心站必须在同一颗卫星上通信,就是说,如果一个系统内的测站不能在同一颗卫星上发送数据,则必须使用两套卫星终端接收信息。
[0050] ⑶通信时效:海事卫星点对点通信,从发到接收传输一次信息约3到5分钟。北斗卫星点对点通信,从发到接收传输一次信息约3到5秒。
[0051 ] ⑷信息长度:海事卫星发送一次一包为8个字节,二包为20个字节,一般气象信息每次需要二包,所以前面所说的通信容量还要减半。北斗卫星发送一次一般可有100个字节。
[0052] 上述实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,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方式改为卫星通讯方式,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。
[0053] 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。通过该实时测风塔信号的卫星传输系统,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超过20公里,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。通过该实时测风塔信号的卫星传输系统,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;实时测风塔的信号传输除了 GPRS和卫星传输方式之外,还可以通过wifi无线传输,以及扩频卫星传输的方式。
[0054] 上述实施例的实时测风塔信号的卫星传输系统,在原有实时测风塔(参见图1)的基础之上,ACS300MM通过RS232接口方式与卫星传输终端相连,把测风数据传至BDG-MF-06卫星传输终端,卫星传输终端再将数据发至北斗卫星,北斗卫星在接收到数据后将数据发至地面控制中心(神州天鸿数据中心),在地面控制中心将对数据进行分析处理工作,处理完之后由地面控制中心返回至北斗卫星,再经北斗卫星发送至中心站终端,并存储于中心站服务器中,以用于生产服务。
[0055] 由于采用卫星传输方式,测风塔的数据传输将完全不受当地移动运营商信号情况的限制,也不受地形地貌的限制。选取偏远地区,移动信号无法覆盖地区的测风塔,将其改造成实时测风塔,再加装北斗卫星地面传输终端,以实现偏远地区测风塔的风资源数据监测采集的目的。
[0056] 综上所述,本发明上述各实施例的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统及方法,通过北斗卫星通讯方式,实时测风塔把测得的风况数据发送至北斗卫星,北斗卫星再将数据转至地面控制中心,地面控制中心再将数据发送至测风数据中心站。这里,使用卫星作为传输媒介,实时测风塔建设位置将不受限,通过这种传输方法,能够解决偏远测风塔的数据传输问题。
[0057] 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 (8)

1.一种实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,包括安装在测风塔上的测风组件、电源组件、数据采集器和卫星组件,设置在地面上的地面控制中心和测风数据中心站,以及设置在测风数据中心站的中心站终端;所述测风组件、电源组件和卫星组件,分别与数据采集器连接;所述地面控制中心和中心站终端,分别与卫星组件连接。
2.根据权利要求1所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,还包括设置在测风塔上、且连接在所述测风组件与数据采集器之间的模拟适配器。
3.根据权利要求1所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,还包括与所述数据采集器连接的RS232串行数据接口。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,所述卫星组件,包括分别与所述地面控制中心和中心站终端连接的卫星终端,以及分别与所述卫星终端、电源组件和数据采集器连接的数据传输终端。
5.根据权利要求4所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,所述卫星终端,具体为北斗卫星终端;和/或,所述数据传输终端,具体为北斗BDG-MF-06型数据传输终端。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,所述测风组件,包括分别与所述数据采集器连接的风速仪、风向仪、温度计和气压计中的任意多种。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,所述电源组件,包括分别与所述数据采集器连接的蓄电池和/或太阳能电池板,以及分别与所述蓄电池和/或太阳能电池板连接的电源稳压器。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的实时测风塔信号的卫星传输系统,其特征在于,所述数据采集器的型号具体包括ACS300-MM。
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