无线通信技术在风电机组中的应用

无线通信技术在风电机组中的应用

孙发宝

身份证号：371482199001122010 山东省禹城市邮编251200

摘要:本文作者结合自身工作实践杜无线通信技术在风电领域的应用及其发展方向进行阐述。主要介绍了当前的风电机组内部的三大通信协议以及无线通信技术的三大技术趋势、发展前景。

关键词:风电;混合通信;传感网络;无线测控网

1研究无线通信技术在风电机组中的应用的意义

自1992年9月联合国环境与发展会议上《联合国气候变化框架公约》的制定，到1997年12月《京都议定书》的通过，再到哥本哈根会议的召开，人类已经越发清楚地认识到环境问题的重要性和紧迫性。

近些年来,我国对于能效与环保问题的关注度不断提高，并实施了多项激励措施以推动绿色可持续的电力产业发展。得益于国家的积极支持,我国的风力发电领域取得了显著进步并在规模上持续增长。然而相比较起欧美等地的发达地区来说,我国内的风能技术还处于初  级阶段，需要继续加强研究及开发工作。

现阶段,大部分中国风能发电厂采用的是传统的以光纤或者RS232为基础的有线连接模式。然而,这样的方法要求安装过程线路复杂,对于那些位于偏远地区的风能发电厂来说,通常需要持续运行很长时间,所以一旦遇到线路老化的问题,修复就变得非常棘手。此外,当风能发电厂需要添加新的风力发电机时,有线的网络扩展也可能受到限制。相较而言,利用无线通讯技术构建风能发电厂的网络能够有效地解决问题。首先,不会被线路所约束,避免了因线路老化而导致的麻烦,并且搭建起来更加方便,更易于维修。其次,网络拓展能力强,只需新增无线通讯设备就能实现网络节点的扩充。因此,深入探讨风能发电厂的无线网络组建技术不仅有助于减少其网络建设的难度与维护工作量,还能降低其建造成本,这对中国的风能产业的发展和社会的长久稳定有着重要的影响。

2无线网络规划设计原则

在进行网络规划设计的过程中,除了要全面考虑项目需求的各种条件外,还必须遵循以下的设计准则。

2.1可靠性原则

对于网络架构来说,其稳定性和安全性至关重要。为了提高网络体系的冗余度,可以在两个方向上着手:一是通过提升设备节点的冗余程度;二是增强通讯线路的冗余性能。然而,当致力于提升网络系统的可靠性同时,也需考虑到构建该系统的费用支出。有时为实现冗余度的增长,可能不得不投入更多的资金购买额外的设备或者选择价格更为昂贵的具有自我冗余保护机制的产品。所以,在设计网络方案的时候,要充分权衡可靠性和成本的关系,力求获得最佳的效果。

2.2安全性原则

为了保护系统的完整性和防止任何恶意攻击,需要确保网络具备强大的加密功能、灵活方便的权限设置机制。尽管随着IEEE802.11i标准的发布,WLAN的安全性能得到提升,但若网络安全策略设计不好好合理,仍然可能面临信息泄漏及非法侵入的风险。

2.3先进性原则

构建无线本地区域网络的过程中,需要运用现有的前沿且稳定的网络理念、科技手段及工具来提升整个网络的功能,保证所有节点的通讯处理能力足够强大,并为未来的进步预留出充裕的可能性。在选择领先的技术时,必须同步考虑到其稳定程度及其是否符合规范化要求,强化网络间的交互性、一致性、易于维修和扩增的能力。那些尚处于初级阶段或未达到标准的商品和服务可能会在某些方面表现优异,但在不久后有可能被取代,从而增加了网络管理的复杂度。

3风电机组内部通信协议

对于大型的风力发电机的核心部分而言,其内的调控体系主要是指对各种环境参数如空气流速、方向及温湿度的感知元件(例如:气压计)所构成的一套完整的反馈机制。这些数据会经主导单元——也就是位于机器主体部位的核心操纵室收集后并传递至遥远的通讯网络之中去。PROFIBUS是一种独立而不受制造厂商影响的标准化的场域网路协议,它可以根据需要调整为从每秒钟九千六百次的数据交换率一直提升到大约十二兆赫兹的水准上，并且所有的联网单位都具备同样的处理能力范围。此种技术被普遍应用到了诸多的产业自动化场景当中。比如机械加工业或者过程管理等等方面。同时还涵盖了一些其他的范畴，像交通运输或电力的调度等方面的情况也同样适用这种方式来实现智能化操作的目的。TCP/IP是被用于网络上所有通信设备的一个协议,它被用在众多工业领域,包括电力领域。尤其是主机间的数据交换方式,也构成了英特网的基本协议。这种协议在民用和工业有线通信领域中得到了广泛应用。

4主要研究技术方向

4.1有线无线混合通信

随着大型风电站和海上风能发电的建立,需要使用大规模、可进行远程传输且具备高度稳定性的风电场监控系统。

风电场通信系统的安全性可以考虑,鉴于有线介质无法预测的破坏力和现场维修的不便利性,可以选择基于以太网的方式。

大型综合风电场的监控系统,结合了网络和无线测控网络,旨在增强风电场的安全性与稳定性。这种系统对于地面监控和中央监控具有重要作用。

通信方式的选择,采用光纤以太网与无线测控网相结合的模式。由于风电场中风机数量众多且数据量庞大,因此可以使用光纤以太网进行连接。

采用总线型架构的设计,其标准的10Mbps以太网相较传统的模式具有数个等级的速度提升,这对于大量的参数数据的传递极为适用。通常情况下,三十部设备组成的风力发电站,网络使用量约为800kbps,然而IEEE802.11能够承载的最大带宽可达54Mbit/s。因此,在控制中心可实时监控所有的风机运作情况,同时能利用储存的数据资料做进一步深入的研究,进而对整个系统做出准确的风速预估，发出操作命令控制风机的运作情况。

4.2地面无线测控网

地面无线测控网是一种双向信息与定位测控的无线通讯网络。该网络包括一个网络管理中心、若干个无线基地台及终端设备,共同构建了全国范围内的地面无线测控共享平台,能够满足军事及民用客户对于双向数据传递、移动定位以及遥感测控的需求。地面无线测控网的主要两大特性在于它的双向数据传送能力和定位能力,这得益于它是专门为特定用途而设计的,所以拥有其它相似系统的无法相比的优点:

(1)具备自主的地面上层通信网络,同时也是作为通信信息的传输平台和定位测控的目标来源,没有依赖任何其他网络,确保了信息的可靠性和流畅性。

(2)我国在本土自主建设、独立运营,安全性高。

4.3无线传感网络

作为一种微型且节能的长距通讯方法, ZigBee 技术的优势在于它的远端操作能力及较低的数据处理速度等特性上。这种模式特别适用于对环境监测的需求中,因为该种类型的技术能够被集成到各类电子产品当中去。对于需要实时收集信息的智能电网管理来说,Wi-Fi是最理想的选择;然而由于能源消耗过大等问题存在于 Wi-Fi 中,因此更倾向选择具有较小能量需求并且可提供两年以上续航能力的 Wireless HARt 和 zigbe e来替代之。

结论

鉴于大型风电场对稳定性的需求,为了防止无法预见的有线传输损坏,将有线和无线传输相结合将会形成新的风电场模式。随着通信技术的进步,地面无线测控网作为我国独有的双向数据传输和定位的测控无线通信网络,可以与现有的光纤以太网相结合,建立起完备的风电场通讯系统。而在风电行业中采用无线传感网络,不仅能提高整个机组的可靠性,也将推动其发展。

性能还可以减少运营成本,具备广大的应用潜力。

参考文献：

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