基于無(wú)線通信的風(fēng)電站監(jiān)控

　1 現(xiàn)狀及需求分析

　　隨著傳統(tǒng)石化能源的逐漸枯竭和低碳經(jīng)濟(jì)的興起，人類對(duì)風(fēng)能等可再生能源的利用越來(lái)越重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也逐步發(fā)展起來(lái)。

　　當(dāng)前，風(fēng)電機(jī)組的分布比較分散，監(jiān)控參數(shù)也比較多，而一般風(fēng)能資源豐富的地區(qū)都比較偏遠(yuǎn)，而且基礎(chǔ)設(shè)施也不完善，這就給風(fēng)力機(jī)組的監(jiān)控提出了新的課題。

　　為充分有效地利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，快速診斷系統(tǒng)故障，提高風(fēng)電站運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，本文介紹一種基于GPRS通信技術(shù)的風(fēng)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。GPRS通信技術(shù)同時(shí)具有組網(wǎng)方便、建設(shè)和維護(hù)成本低、通信可靠迅速等優(yōu)點(diǎn)，是本監(jiān)控系統(tǒng)的理想通信方案。

　　2 系統(tǒng)組成

　　風(fēng)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控中心三個(gè)部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控部分安裝在每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的控制柜內(nèi)，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控能夠?qū)υ擄L(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理；數(shù)據(jù)傳輸部分將現(xiàn)場(chǎng)采樣的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心服務(wù)器；監(jiān)控中心部分是根據(jù)實(shí)際需要分布在不同地點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，該中心目前一般通過(guò)光纖或ADSL撥號(hào)等通信方式接入互聯(lián)網(wǎng)。

　　2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控部分

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控部分由EPC工控主板和風(fēng)電站監(jiān)控模塊組成，風(fēng)電站監(jiān)控模塊由主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)三大部分組成。

EPC 系列工控主板是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的基于ARM處理器的工控機(jī)主板，預(yù)裝正版Microsoft Windows CE 5.0、 Monta Vista Realtime Linux或VxWorks操作系統(tǒng)。如圖2所示，EPC系列工控主板板載2路CAN總線控制器、1路 10/100 M自適應(yīng)以太網(wǎng)適配器、3路RS-232串口，2路RS-485接口，支持TFT/STN液晶屏顯示，并具有VGA顯示器接口及LVDS液晶接口。EPC系列工控機(jī)主板可在-40 ℃~+85 ℃寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，滿足工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的各種應(yīng)用需求。

　　借助于EPC系列工控主板的強(qiáng)大功能，風(fēng)電站監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組各參數(shù)的采集與控制：電網(wǎng)參數(shù)、氣象參數(shù)、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)、變槳控制、發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制和管理等。

　　2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

　　根據(jù)目前的實(shí)際情況，數(shù)據(jù)傳輸部分選擇無(wú)線GPRS方式。

　　通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。簡(jiǎn)單地說(shuō)，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，其方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)。GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，是介于第二代數(shù)字通信和第三代分組型移動(dòng)業(yè)務(wù)之間的一種技術(shù)，所以通常稱為2.5G。使用GPRS方式傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)先通過(guò)移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到移動(dòng)公司的路由器，然后路由到與互聯(lián)網(wǎng)相連的監(jiān)控中心服務(wù)器上。

　　GPRS具有傳輸速度快(其理論傳輸速率為171.2 kb/s)、永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于高速數(shù)據(jù)應(yīng)用，還易于升級(jí)到基于3G的數(shù)據(jù)傳輸方式，是一種理想的數(shù)據(jù)傳輸方式。

　　本監(jiān)控系統(tǒng)中采用的GPRS通信模塊是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司出品的ZWG-21A 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，其外觀如圖3所示。

　　該設(shè)備提供全透明串行數(shù)據(jù)通道，讓您的設(shè)備輕松實(shí)現(xiàn)與Internet的無(wú)線連接，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無(wú)線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式?？稍诠I(yè)級(jí)溫度范圍 (-15 ℃~+60 ℃)內(nèi)穩(wěn)定工作，可應(yīng)用于工業(yè)控制、現(xiàn)場(chǎng)通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能儀表、電力系統(tǒng)、交通管理、氣象檢測(cè)、水處理、環(huán)境監(jiān)控、金融證券、煤礦、石油等各種行業(yè)。

　　ZWG-21A產(chǎn)品特性如下：

　　大緩存區(qū)設(shè)計(jì)(收發(fā)各1 462×70 B)，采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區(qū)使用效率；最多可緩存3 100幀數(shù)據(jù)(每幀64 B)，適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸；每幀最長(zhǎng)可設(shè)置為1 460 B（緩存140 幀），適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸；使用工業(yè)級(jí)GPRS模塊，內(nèi)嵌可靠協(xié)議棧；數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶無(wú)需了解復(fù)雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議；支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪問(wèn)；支持備用數(shù)據(jù)中心；支持APN虛擬專網(wǎng)業(yè)務(wù)；支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無(wú)縫銜接現(xiàn)有上位機(jī)軟件；支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連功能；具有連接時(shí)機(jī)可控功能，節(jié)約流量；支持本地和遠(yuǎn)程圖形化界面配置與維護(hù)；支持短信息配置與維護(hù)；支持串口配置和USB接口配置；支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí)；多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，復(fù)合式看門狗技術(shù)，使設(shè)備安全運(yùn)行。

　　ZWG-21A與EPC系列工控主板通過(guò)RS-232C方式進(jìn)行通信。ZWG-21A將EPC系列工控主板采集到的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的各種參數(shù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，同時(shí)將監(jiān)控中心下發(fā)的各種指令傳送到EPC工控主板，完成對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制。

　　2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

　　(1)接入方式

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的作用是接收各個(gè)風(fēng)電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，保存其運(yùn)行數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心必須接入Internet網(wǎng)絡(luò)才能夠進(jìn)行通信。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接入方式有以下方案可以選擇：

　　方案一：ADSL撥號(hào)上網(wǎng)。ADSL技術(shù)利用現(xiàn)有的一對(duì)電話銅線，為用戶提供上、下行非對(duì)稱的傳輸速率。ADSL接入技術(shù)的速率可達(dá)到上行1 Mb/s/下行8 Mb/s，速度非?？?。

　　方案二：光纖連接上網(wǎng)。光纖接入能夠確保向用戶提供10 Mb/s～1 000 Mb/s的高速帶寬，可直接匯接到CHINANET骨干結(jié)點(diǎn)。主要適用于商業(yè)集團(tuán)用戶和智能化小區(qū)局域網(wǎng)。

　　(2)軟件功能

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)該支持常見的OPC通信方式以及動(dòng)態(tài)庫(kù)DLL通信方式。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)該能夠處理顯示以下各種參數(shù)：氣象參數(shù)、機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)故障、各機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障等。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心要能夠進(jìn)行技術(shù)分析，為管理層、技術(shù)部門、維護(hù)部門等不同用戶提供有針對(duì)性的報(bào)表，方便進(jìn)行管理。

　　(3)設(shè)備配置

　　監(jiān)控中心開始運(yùn)行后，就可以接受來(lái)自ZWG-21A的連接了。首先使用“DTU配置工具”修改ZWG-21A的默認(rèn)配置，將數(shù)據(jù)中心主站域名或者IP地址設(shè)置為監(jiān)控中心的域名或者IP地址，將數(shù)據(jù)中心主站端口號(hào)設(shè)置為監(jiān)控中心所監(jiān)聽的端口號(hào)，連接模式選擇為 “建立TCP連接”，設(shè)置完畢之后，ZWG- 21A就能夠主動(dòng)連接監(jiān)控中心，建立TCP連接。如圖4就是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的一種可能情況，請(qǐng)注意圖中目標(biāo)IP地址和目標(biāo)PORT與服務(wù)器軟件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　風(fēng)電技術(shù)是一種綠色無(wú)污染的可再生能源，其技術(shù)的發(fā)展對(duì)于當(dāng)前遇到的污染嚴(yán)重、極端天氣頻發(fā)等各種問(wèn)題是一種從根本上的解決之道。本文在風(fēng)電技術(shù)的監(jiān)控層面做了一些有益的探討。