基于無(wú)線(xiàn)通信的風(fēng)電站監控

　1 現狀及需求分析

　　隨著(zhù)傳統石化能源的逐漸枯竭和低碳經(jīng)濟的興起，人類(lèi)對風(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)。

　　當前，風(fēng)電機組的分布比較分散，監控參數也比較多，而一般風(fēng)能資源豐富的地區都比較偏遠，而且基礎設施也不完善，這就給風(fēng)力機組的監控提出了新的課題。

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

　　2 系統組成

　　風(fēng)電遠程監控系統結構如圖1所示，主要由現場(chǎng)監控、數據傳輸、監控中心三個(gè)部分組成?，F場(chǎng)監控部分安裝在每臺風(fēng)力發(fā)電機塔筒的控制柜內，每臺風(fēng)力發(fā)電機的現場(chǎng)監控能夠對該風(fēng)力發(fā)電機的運行狀態(tài)進(jìn)行監控，并對采樣的數據進(jìn)行初步的處理；數據傳輸部分將現場(chǎng)采樣的數據發(fā)送到遠程監控中心服務(wù)器；監控中心部分是根據實(shí)際需要分布在不同地點(diǎn)的遠程監控服務(wù)器，該中心目前一般通過(guò)光纖或ADSL撥號等通信方式接入互聯(lián)網(wǎng)。

　　2.1 現場(chǎng)監控部分

現場(chǎng)監控部分由EPC工控主板和風(fēng)電站監控模塊組成，風(fēng)電站監控模塊由主控系統、變槳控制系統、變頻器系統三大部分組成。

EPC 系列工控主板是廣州致遠電子有限公司開(kāi)發(fā)的基于A(yíng)RM處理器的工控機主板，預裝正版Microsoft Windows CE 5.0、 Monta Vista Realtime Linux或VxWorks操作系統。如圖2所示，EPC系列工控主板板載2路CAN總線(xiàn)控制器、1路 10/100 M自適應以太網(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系列工控機主板可在-40 ℃~+85 ℃寬溫度范圍內穩定工作，滿(mǎn)足工業(yè)級產(chǎn)品的各種應用需求。

　　借助于EPC系列工控主板的強大功能，風(fēng)電站監控模塊實(shí)現了對機組各參數的采集與控制：電網(wǎng)參數、氣象參數、機組狀態(tài)參數、變槳控制、發(fā)電機運行控制和管理等。

　　2.2 數據傳輸部分

　　根據目前的實(shí)際情況，數據傳輸部分選擇無(wú)線(xiàn)GPRS方式。

　　通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是一種基于GSM系統的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。簡(jiǎn)單地說(shuō)，GPRS是一項高速數據處理的技術(shù)，其方法是以“分組”的形式傳送數據。GPRS是在GSM基礎上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，是介于第二代數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(chēng)為2.5G。使用GPRS方式傳輸時(shí)，數據先通過(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)、永遠在線(xiàn)、按流量計費等優(yōu)點(diǎn)。對于高速數據應用，還易于升級到基于3G的數據傳輸方式，是一種理想的數據傳輸方式。

　　本監控系統中采用的GPRS通信模塊是廣州致遠電子有限公司出品的ZWG-21A 無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備，其外觀(guān)如圖3所示。

　　該設備提供全透明串行數據通道，讓您的設備輕松實(shí)現與Internet的無(wú)線(xiàn)連接，可以方便地實(shí)現遠程、無(wú)線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )化的通信方式?？稍诠I(yè)級溫度范圍 (-15 ℃~+60 ℃)內穩定工作，可應用于工業(yè)控制、現場(chǎng)通信、遠程監控、智能儀表、電力系統、交通管理、氣象檢測、水處理、環(huán)境監控、金融證券、煤礦、石油等各種行業(yè)。

　　ZWG-21A產(chǎn)品特性如下：

　　大緩存區設計(收發(fā)各1 462×70 B)，采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區使用效率；最多可緩存3 100幀數據(每幀64 B)，適合小數據幀快速連續傳輸；每幀最長(cháng)可設置為1 460 B（緩存140 幀），適合大數據量連續傳輸；使用工業(yè)級GPRS模塊，內嵌可靠協(xié)議棧；數據全透明傳輸，用戶(hù)無(wú)需了解復雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議；支持數據中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪(fǎng)問(wèn)；支持備用數據中心；支持APN虛擬專(zhuān)網(wǎng)業(yè)務(wù)；支持數據中心虛擬串口功能，無(wú)縫銜接現有上位機軟件；支持斷線(xiàn)自動(dòng)重連功能；具有連接時(shí)機可控功能，節約流量；支持本地和遠程圖形化界面配置與維護；支持短信息配置與維護；支持串口配置和USB接口配置；支持本地和遠程固件升級；多重軟硬件可靠設計，復合式看門(mén)狗技術(shù)，使設備安全運行。

　　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)電機組運行的各種參數傳送到遠程監控中心，同時(shí)將監控中心下發(fā)的各種指令傳送到EPC工控主板，完成對風(fēng)電機組的控制。

　　2.3 遠程監控中心

　　(1)接入方式

　　遠程監控中心的作用是接收各個(gè)風(fēng)電站的運行數據，監控其運行狀態(tài)，保存其運行數據。遠程監控中心必須接入Internet網(wǎng)絡(luò )才能夠進(jìn)行通信。

　　遠程監控中心接入方式有以下方案可以選擇：

　　方案一：ADSL撥號上網(wǎng)。ADSL技術(shù)利用現有的一對電話(huà)銅線(xiàn)，為用戶(hù)提供上、下行非對稱(chēng)的傳輸速率。ADSL接入技術(shù)的速率可達到上行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(hù)提供10 Mb/s～1 000 Mb/s的高速帶寬，可直接匯接到CHINANET骨干結點(diǎn)。主要適用于商業(yè)集團用戶(hù)和智能化小區局域網(wǎng)。

　　(2)軟件功能

　　遠程監控中心應該支持常見(jiàn)的OPC通信方式以及動(dòng)態(tài)庫DLL通信方式。

　　遠程監控中心應該能夠處理顯示以下各種參數：氣象參數、機組的運行數據、機組狀態(tài)參數、電網(wǎng)參數、電網(wǎng)故障、各機組運行過(guò)程中發(fā)生的故障等。

　　遠程監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(mén)、維護部門(mén)等不同用戶(hù)提供有針對性的報表，方便進(jìn)行管理。

　　(3)設備配置

　　監控中心開(kāi)始運行后，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的默認配置，將數據中心主站域名或者IP地址設置為監控中心的域名或者IP地址，將數據中心主站端口號設置為監控中心所監聽(tīng)的端口號，連接模式選擇為 “建立TCP連接”，設置完畢之后，ZWG- 21A就能夠主動(dòng)連接監控中心，建立TCP連接。如圖4就是監控系統運行的一種可能情況，請注意圖中目標IP地址和目標PORT與服務(wù)器軟件的對應關(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)展對于當前遇到的污染嚴重、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)的監控層面做了一些有益的探討。