基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統的製作方法

2023-05-12 04:10:56

基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，該系統包括客服層、web層和數據層，客服層包括中央監控系統和遠程監控系統，遠程監控系統通過（VPN）虛擬專用網絡連接中央監控系統；web層為應用伺服器。本實用新型能夠遠程及時了解風力發電機組的運行數據，機組機械狀態信息，及時處理風力發電機組運行故障，提前計劃風力發電機組機械部件的維護和更換。
【專利說明】基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及分散式風力發電場數據採集和傳輸，以及風功率預測及無功優化調節等數據處理功能模塊，為一種分散式風電場綜合監控系統。
【背景技術】
[0002]我國內陸廣泛存在著大量的分散式風能資源，在規模化集中開發大型風電場的同時，合理利用分散式風能資源，因地制宜地發展分散式風電，就地併入配電網，可以充分開發利用風能資源，實現節能減排。分散式風電利用將成為我國風電發展的一個重要方向。分散式風電是指位於負荷中心附近，裝機規模小，不以大規模遠距離輸送電力為目的，所產生的電力就近接入當地電網進行消納的風電。分散式風電場中，風電機組一般分布面積廣，有線通信方式，勢必增加布線費用，且當風電場需要改建或擴容時，過多的通信線路會佔用很多空間，造成線路鋪設困難等問題。
[0003]風電場的監控系統大多功能比較簡單，只能夠實現數據的瀏覽，生成一些簡單的報表，能夠提供歷史數據查詢，有的可以實現故障追憶，這些功能只能做到事後的分析與處理，給風電場的運營維護帶來很大的不便，不能夠有足夠的信息來進行計劃性的安排維護工作，隨著風電場建設的不斷推進，規模不斷擴大，對風電場遠程監控系統的要求也日益增多，簡單的風電場監控系統已經不能夠滿足要求。
[0004]現有風電場的監控設備都是採用獨立監控系統，監控後臺要分別從多數接收處理多個監控終端傳來的數據信息，並對應需設置多種監控接收端，資源佔用大，處理繁瑣。

【發明內容】

[0005]實用新型目的:本實用新型提供了一種基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，本實用新型的目的是解決現有的有些通訊方式會造成分散式風電場鋪設線路困難的問題，現有的風電場監控系統功能單一，不能滿足要求的問題，分散的監控設備浪費資源和處理繁瑣的問題。
[0006]技術方案:本實用新型是通過以下技術方案來實現的:
[0007]基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，其特徵在於:該系統包括客服層、web層和數據層。客服層包括中央監控系統和遠程監控系統，遠程監控系統通過(VPN)虛擬專用網絡連接中央監控系統；web層為應用伺服器；數據層包括數據伺服器、ZigBee協調器、ZigBee終端設備、風力發電機組主控PLC、風力發電機組在線狀態監測傳感器和測風塔信息採集終端；ZigBee終端設備分為三部，風力發電機組主控PLC連接其中的一部ZigBee終端設備，風力發電機組在線狀態監測傳感器通過數據採集前置端連接至第二部ZigBee終端設備，測風塔信息採集終端連接至第三部ZigBee終端設備，三部ZigBee終端設備均連接至ZigBee協調器，ZigBee協調器通過3G無線模塊連接至數據伺服器；數據伺服器和應用伺服器均連接至中央監控系統。
[0008]應用伺服器包括風力發電機組數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器，風力發電機數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器均連接至中央監控系統。
[0009]優點及效果:本實用新型能夠遠程及時了解風力發電機組的運行數據，機組機械狀態信息，及時處理風力發電機組運行故障，提前計劃風力發電機組機械部件的維護和更換。由一臺數據伺服器集中採集處理數據，多臺應用伺服器對應不同的客戶端請求，由於風功率預測，無功優化調節的數據處理方法和機制各不相同，所以採用不同的應用伺服器分別處理相關信息，可以有效提高數據處理的效率，使客戶查看風機實時數據和狀態的同時，可以完成風功率預測及無功優化調節的工作。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本實用新型結構示意圖
[0012]圖2為本實用新型在風電場的設置示意圖
[0013]圖3為本實用新型的邏輯結構圖。
[0014]【具體實施方式】:下面結合附圖對本實用新型做進一步的描述:
[0015]如圖1所示，本實用新型提供一種基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，該系統包括客服層、web層和數據層。客服層包括中央監控系統和遠程監控系統，遠程監控系統通過(VPN)虛擬專用網絡連接中央監控系統；web層為應用伺服器；數據層包括數據伺服器、ZigBee協調器、ZigBee終端設備、風力發電機組主控PLC、風力發電機組在線狀態監測傳感器和測風塔信息採集終端；ZigBee終端設備分為三部，風力發電機組主控PLC連接其中的一部ZigBee終端設備，風力發電機組在線狀態監測傳感器通過數據採集前置端連接至第二部ZigBee終端設備，測風塔信息採集終端連接至第三部ZigBee終端設備，三部ZigBee終端設備均連接至ZigBee協調器，ZigBee協調器通過3G無線模塊連接至數據伺服器；數據伺服器和應用伺服器均連接至中央監控系統。
[0016]應用伺服器包括風力發電機組數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器，風力發電機組數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器均連接至中央監控系統。
[0017]風力發電機組主控PLC，風力發電機組在線狀態監測傳感器，測風塔信息採集終端等組成的數據採集終端從風電場內獲取主要風電設備的實時運行數據和狀態，然後經由ZigBee和3G無線網絡到達風電場中央監控系，通過數據伺服器的數據處理，利用不同的應用伺服器得到不同的應用需求，最後通過VPN (虛擬專用網絡)到達遠程監控系統。由於數據的雙向傳輸，風電場中央監控系統可根據需要向風電場下發相應的控制指令。
[0018]本實用新型優選設有四臺應用伺服器，分別為風力發電機組數據處理應用伺服器，主要處理風電場現場實時數據，能夠在監控系統的界面上以報表，查詢，生成曲線，列印的形式供工作人員使用；在線狀態監測數據處理應用伺服器，主要使風機的運行狀態能夠在監控系統上進行圖形化顯示，起到故障報警的作用；風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器主要通過測風塔數據和風力發電機組的PLC採集的數據進行風電場短期和超短期風電場出力預測以及對電網進行無功優化調節，控制電壓水平和降低有功損耗等，從而改善電能質量。[0019]網絡的搭建:遠程監控區域網和各個風電場監控系統區域網由VPN (虛擬專用網絡)連接，構成一個廣域網，形成一個地理上分散的大型SCADA系統。ZigBee和3G無線網絡將各個風電場內的風電機組和風電場監控系統連接起來，並經由VPN (虛擬專用網絡)連入風電場遠程監控系統的區域網。
[0020]網絡的結構:如圖2所示，本風電場的監控系統分為三層:由VPN (虛擬專用網絡)與遠程監控系統組成系統頂層；由風電場場級中央監控系統與場級ZigBee和3G無線網絡組成場級監控層；由風力發電機組，相關風電設備，測風塔等組成的數據採集獲取基礎層。系統採用B/S(瀏覽器/伺服器)架構，允許多用戶訪問，風電場用戶可以在任一臺與區域網連接的用戶端通過標準的網絡瀏覽器訪問系統。遠程用戶登錄VPN (虛擬專用網絡)客戶端後即可以WEB形式訪問系統的用戶界面。系統通過在公共網絡上搭建私有的VPN (虛擬專用網絡)，使風場的私有數據得到安全保障。各通訊節點要配置防火牆。
[0021]數據的傳輸和處理:風電場內每一颱風電機都對應一個ZigBee節點,風力發電機組主控PLC，風力發電機組在線狀態監測傳感器，測風塔信息採集終端等對風機的信號進行採集。傳感器的SPI接口與ZigBee終端節點相連，然後ZigBee終端節點通過ZigBee協議將採集到的信號發送給ZigBee協調器，協調器是整個ZigBee網絡的管理員，負責管理ZigBee終端節點及與3G無線模塊進行通訊。所有的信號通過USB接口經3G網絡上傳到風電場中央監控系統後，供工作人員進行分析和查詢。
[0022]風機的監控:如圖3所示，通過ZigBee和3G無線網絡，風電場的實時數據和運行狀態上傳到風電場的中央監控系統，監控平臺的數據分析和數據管理服務將對數據進行管理，使工作人員可以方便的查詢，列印報表等；同時繪圖報表工具將上傳的風機運行狀態繪製曲線，直方圖等，供工作人員查詢對比風機的運行情況；故障報警服務將對產生故障的設備以特殊符號顯示的方法進行故障報警。
[0023]風功率預測:通過測風塔數據採集系統，風電機組主控PLC，風功率預測伺服器從數據伺服器調用風速，風向等信息，進行風電場0-4小時超短期，0-72小時短期風電場功率預測，並將計算的結果返回給中央監控系統的界面。依據風功率日前預測結果，中央監控系統可制定發電相關計劃，並發送至遠程監控系統，供後者制定全局優化方案；結合超短期風功率預測，中央監控系統也可進行閉環的發電控制與電壓控制。
[0024]無功優化調節:通過風電機組主控PLC採集風電場風速，每颱風機定子側電壓、定子電阻、勵磁感抗、相角和每颱風機的出口的有功功率，無功功率等數據，然後通過ZigBee和3G無線網絡上傳到中央監控系統的數據伺服器，在滿足所有指定約束前提下，通過無功優化調節伺服器使系統的一個或多個性能指標達到最優，進行無功調節，從而控制電壓水平和降低有功損耗等，改善電能質量。
[0025]本實用新型利用ZigBee網絡實現風電場當地各個傳感器單元對風機的數據狀態信息採集，同時利用3G網絡實現監控系統與風電場間的雙向數據傳輸。ZigBee網絡與3G網絡二者功能互補，各展所長，不僅能實現無線測控任務，還成功克服了目前有線測控系統的諸多缺陷。
【權利要求】
1.基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，其特徵在於:該系統包括客服層、Web層和數據層，客服層包括中央監控系統和遠程監控系統，遠程監控系統通過(VPN)虛擬專用網絡連接中央監控系統；web層為應用伺服器；數據層包括數據伺服器、ZigBee協調器、ZigBee終端設備、風力發電機組主控PLC、風力發電機組在線狀態監測傳感器和測風塔信息採集終端；ZigBee終端設備分為三部，風力發電機組主控PLC連接其中的一部ZigBee終端設備，風力發電機組在線狀態監測傳感器通過數據採集前置端連接至第二部ZigBee終端設備，測風塔信息採集終端連接至第三部ZigBee終端設備，三部ZigBee終端設備均連接至ZigBee協調器，ZigBee協調器通過3G無線模塊連接至數據伺服器；數據伺服器和應用伺服器均連接至中央監控系統。
2.根據權利要求1所述的基於無線網絡的分散式風電場綜合監控系統，其特徵在於:應用伺服器包括風力發電機組數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器，風力發電機數據處理應用伺服器、在線狀態監測數據處理應用伺服器、風功率預測伺服器和無功優化調節應用伺服器均連接至中央監控系統。
【文檔編號】G05B19/418GK203405705SQ201320353133
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】邢作霞, 王剛, 田豔豐, 薛海龍, 張釗, 李賀, 姜立兵, 張保華 申請人:瀋陽工業大學