無線通信技術在風電機組中的應用

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摘要:本文概述了無線通信技術在風電領域的應用及其發(fā)展方向。介紹了當前的風電機組內(nèi)部的三大通信協(xié)議。闡述并探討了風電領域無線通信技術的三大技術趨勢及其前景。

關鍵詞:風電;混合通信;傳感網(wǎng)絡;無線測控網(wǎng)

一、風電機組內(nèi)部通信協(xié)議

風電機組內(nèi)部控制系統(tǒng)主要涉及到風速傳感器、風向傳感器、溫度濕度傳感器；輪轂中的各類傳感器通過滑環(huán)連入機艙的主控柜中，機艙與塔底控制柜以以太光纖的形式連接，最后由塔底控制柜接入遠程通信系統(tǒng)。PROFIBUS是開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。速度可在9.6kbps~12Mbps內(nèi)選擇且所有連接到總線上的裝置均具有相同的速度。廣泛用于制造業(yè)自動化、流程自動化和交通電力等其他領域自動化[1]。RS485是一個定義平衡數(shù)字多點系統(tǒng)中的驅(qū)動器和接收器的電氣特性的標準。該標準由電信行業(yè)協(xié)會和電子工業(yè)聯(lián)盟定義。智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成熟而發(fā)展起來的，智能儀表已經(jīng)基本壟斷了包括風電在內(nèi)的眾多工業(yè)領域。TCP/IP中文名為傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡上的所有通信設備，尤其是主機之間的數(shù)據(jù)往來格式，也是英特網(wǎng)的基礎協(xié)議。廣泛的用于民用和工業(yè)有線通信之中。

二、主要研究技術方向

2.1有線無線混合通信

隨著大型風電場和海上風力發(fā)電的建設，風電場監(jiān)控系統(tǒng)需要采用大容量、可遠距離傳輸并具有高可靠性和安全性的風電場通信系統(tǒng)。考慮到有線介質(zhì)不可預知的破壞性和現(xiàn)場及時維修的不方便，可以采用基于以太網(wǎng)和無線測控網(wǎng)的大型綜合風電場監(jiān)控系統(tǒng)，以提高風電場的安全性和穩(wěn)定性。對于就地監(jiān)控和中央監(jiān)控之間的通信，采用光纖以太網(wǎng)和無線測控網(wǎng)的混合方式。風電場風機數(shù)目多，數(shù)據(jù)量大，可以采用光纖以太網(wǎng)總線式拓撲結(jié)構，其中標準10Mbps以太網(wǎng)比傳統(tǒng)方式傳輸速率高幾個數(shù)量級，非常適合于大量參數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸。一般地，30臺機組的風電場，網(wǎng)絡流量為800kbps，而IEEE802.11支持的帶寬為54Mbit/s。在中央室可以監(jiān)視到所有風機運行狀況，并可以調(diào)用存儲的數(shù)據(jù)信息進行更全面地分析，從而從整體上預測風速和控制風機的運行狀況，并發(fā)出運行指令。

2.2地面無線測控網(wǎng)

地面無線測控網(wǎng)是雙向數(shù)據(jù)、定位測控無線通信網(wǎng)。它由一個網(wǎng)絡控制中心、多個無線基站和終端組成，形成了一個覆蓋全境的地面無線測控公共服務平臺，可滿足軍地用戶對雙向數(shù)據(jù)傳輸、移動定位、遙感測控的通信需求。地面無線測控網(wǎng)的兩個最大功能，就是雙向數(shù)據(jù)傳輸功能和定位功能，并且由于是專網(wǎng)專用，因此具有其他類似系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢[2]：(1)具有獨立的自用地面通信網(wǎng)，其上行鏈路數(shù)據(jù)通信訊號源,既是通信信息傳輸?shù)妮d體，又是定位測控的目標源，不依附任何其他網(wǎng)絡，保證了可靠與暢通。(2)我國本土自主建設、獨立運營，安全性高。

2.3無線傳感網(wǎng)絡

ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。風電齒輪箱的無線監(jiān)控系統(tǒng)有多個終端傳感器模塊、多個路由器節(jié)點，和多個協(xié)調(diào)器節(jié)點。它們都需要通過無線通信方式交互信息，短距離的無線通信方式最適合這個監(jiān)控系統(tǒng)。而Zigbee的低功耗也大大降低了維護成本，兩節(jié)五號電池支持長達兩年的使用時間。WirelessHART是一種過程自動化應用領域的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡通信協(xié)議。它給HART協(xié)議增添了無線功能，同時保持了與現(xiàn)有HART設備、命令和工具的兼容性。支持過程和控制值的單向、自發(fā)性的通知、臨時請求，以及大型數(shù)據(jù)集的自動分塊傳輸。功能和速率可以根據(jù)應用定制，進一步降低能耗。

三、結(jié)論

考慮到大型風電場對可靠性的要求，預防有線傳輸?shù)牟豢深A知的破壞，有線和無線傳輸?shù)慕Y(jié)合將成為風電場通信的趨勢。地面無線測控網(wǎng)作為我國專有的雙向數(shù)據(jù)傳輸和定位的測控無線通信網(wǎng)，可以和已有的光纖以太網(wǎng)結(jié)合，構建完善的風電場通信系統(tǒng)。而在風電領域中使用無線傳感網(wǎng)絡，不僅可以增加機組的整體可靠性，也能降低運維成本，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]么繼強,顧戰(zhàn)松.基于PROFIBUS通訊技術的風力發(fā)電變槳系統(tǒng)的研究[J].中國科技博覽，2009(9):211-211.

[2]楊寧,李平,楊旭紅.地面無線測控網(wǎng)在電力巡檢中的應用分析[J].上海電力學院學報:自然科學版，2009，25(1):23-25.

作者:李煒明 單位:青海黃河水電公司共和風力發(fā)電分公司茶卡風電場