专利名称：一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电网系统管理技术领域，具体地，涉及一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统。
背景技术：
目前，在风资源条件较好的地区设立测风塔，并长时间对距测风塔10m、30m、50m、 70m和IOOm处测量的风速和风向数据的观测收集，得到一个地区风能情况的变化，然后据此确定该地区的风能资源，为风电场建设提供前期服务。丹麦、德国等发达国家风能主要是分布式接入，测风塔的建设主要目的是评估区域风能资源，为风电场选址提供帮助。国内测风塔的建设和使用，气象部门也都应用于当地风资源的普查以及风电场的选址，并未有其它相关应用。而在测风塔应用于风电超短期预测预报方面，国外考虑到测风塔的建设要花费额外的费用，主要是将已有的测风塔数据应用于预测模型中，还没有对测风塔进行一个网络的规划和优化，未开展相关的研究。国内外对风资源的研究上，多集中于大尺度全国乃至全球的风资源评估，或小尺度的风电场微观选址、单个测风塔选址的研究工作，而区域内风资源中尺度的风资源评估， 针对风电基地的测风网络建设的相关工作并不多见。随着全国范围内风电基地的建设，部分风电场周边也建设了单个测风塔，以用于观测记录风况。但针对整个风电基地中尺度层面上，进行实时风况观测、记录及应用的情况之前还未有。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在实时性差、数据量小、精确度低与应用范围小等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，以实现实时性好、数据量大、精确度高与应用范围广的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与所述多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个实时测风塔的中心站。进一步地，所述中心站包括中心计算机与公网终端，所述中心计算机通过公网终端与多个实时测风塔系统通信连接。进一步地，在所述多个实时测风塔系统中，每个测风塔系统至少包括用于与中心站进行通信的遥测站，用于为各用电设备供电的电源模块，以及用于采集风况的测风塔及风速、风向采集设备；
所述中心计算机通过公网终端，与每个遥测站通信连接；所述测风塔及电源模块，分别与遥测站连接。
进一步地，每个测风塔系统，至少还包括本地通信串口，所述本地通信串口与遥测站连接。进一步地，每个遥测站，至少包括设在实时测风塔的数据采集器、GPRS模块与天线；所述数据采集器、GPRS模块与天线依次连接，并通过公网终端与中心站通信连接；所述电源模块与数据采集器连接。进一步地，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计及模拟适配器。进一步地，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计及模拟适配器，以及连接在模拟适配器上的温度计。进一步地，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计及模拟适配器，以及连接在所述模拟适配器上的气压计。进一步地，所述电源模块，至少包括蓄电池和太阳能电池系统；所述太阳能电池系统，包括依次与数据采集器连接的太阳能电池板与电源稳压器。优选地，所述数据采集器的型号为ACS300-MM。本发明所述实施例的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个实时测风塔的中心站；可以实现覆盖某一大型风电基地的实时测风网络需要， 实现当地风况的定时监测，并通过GPRS等通信方式，实现实时风况的监测与统计，并应用于风电超短期预测预报系统的数据支撑；从而可以克服现有技术中实时性差、数据量小、精确度低与应用范围小的缺陷，以实现实时性好、数据量大、精确度高与应用范围广的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1为根据本发明千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统中实时测风塔系统的结构示意图2为根据本发明千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统的工作原理示意图； 图3为根据本发明千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统实施例中风速日变化曲线示意图4为根据本发明千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统实施例中某风电基地风电场及测风塔位置示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下
11、12、13_风速计或风向计；2-温度计；3-气压计；41、42、43_模拟适配器；5-蓄电池； 6-太阳能电池板；7-电源稳压器；8-天线；9-数据采集器；10-GPRS模块；11-本地通信串口 ；12-中心计算机；13-公网终端。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。根据本发明实施例，如图1-图4所示，提供了一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统。如图1和图2所示，本实施例包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统， 以及与所述多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个实时测风塔系统的中心站。其中，中心站包括中心计算机12与公网终端13，中心计算机通过公网终端与多个实时测风塔系统通信连接。在上述多个实时测风塔系统中，每个测风塔系统至少包括用于与中心站进行通信的遥测站，用于为各用电设备供电的电源模块，用于采集风况的测风塔，以及用于实现本地通信的本地通信串口 ；中心计算机12通过公网终端13，与每个遥测站通信连接；测风塔及电源模块分别与遥测站连接，本地通信串口 11与遥测站连接。在上述实施例中，每个遥测站，至少包括设在实时测风塔的数据采集器(如型号为 ACS300-MM的数据采集器)9、GPRS模块10与天线8 ；数据采集器9、GPRS模块10与天线8 依次连接，并通过公网终端13与中心站通信连接；电源模块与数据采集器9连接。电源模块，至少包括蓄电池5和太阳能电池系统；太阳能电池系统，包括依次与数据采集器连接的太阳能电池板6与电源稳压器7。在上述实施例中，测风塔至少包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计(如风速计或风向计11)及模拟适配器(如模拟适配器41)。在上述实施例中，测风塔至少还可以包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计(如风速计或风向计12)及模拟适配器⑶卩模拟适配器42)，以及连接在模拟适配器(如模拟适配器42)上的温度计2。在上述实施例中，测风塔至少还可以包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计(如风速计或风向计13)及模拟适配器⑶卩模拟适配器43)，以及连接在模拟适配器(如模拟适配器43)上的气压计。上述实施例的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，涉及风资源监测网络建设，属于电网系统技术领域，应用于风电预测的风能监测及风能资源获取，是针对千万千瓦级的大规模风电基地，适用于场址连成片的大型风电基地；涉及的大规模风电基地布局，结合测风塔距离风电场的建设标准，以及上下游效应效果，完成测风塔的合理布局，以达到风电基地测风需要；该测风网络布局，进行测风塔的实时改造，以使测风塔能达到定时(如每5分钟)进行一次实时风况的采集及监测，并通过GPRS模块等通信方式传至中心站。该千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，可以应用到实时测风数据于风电超短期预测预报系统，完成测风塔周围风电场的风电超短期预测；同时实时测风数据应用于风能预测预报系统，完成风能预测的校验工作，应用于对当地风况的监测，便于运行人员对当地风况的实时掌握。这种针对整个风电基地中尺度层面上进行实时的风况观测、记录及应用，在国内应属首次。下面以酒泉风电基地为例，对上述实施例的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统的具体实施，进行举例说明。例如，上述实施例的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，可以结合酒泉千万千瓦级大规模风电基地的规划范围，通过上下游效应等分析，结合测风塔距离风电场的建设标准，完成对酒泉一期风电场的测风网络建设，并通过所规划的测风塔进行实时改造，完成了大规模风电基地的实时风资源网络系统建设。本发明实现了覆盖酒泉地区一期风电基地的实时测风网络建设，实现了每5分钟进行一次当地风况的实时监测，并通过 GPRS等通信方式，实现了实时风况的监测与统计，并应用于风电超短期预测预报系统的几个方面。在现有技术中，原有测风塔应用于所选地区风况普查及已建风电场的后评估工作，单一的测风塔只能提供某点的实际风况情况，也顶多推算出某一定区域内的风资源情况，以用于风电场的建设。而短期及超短期风电预测预报系统，需要间隔5分钟的实时风资源数据，而现有的测风塔除了采集的间隔为10分钟之外，另外每天只上传两次风况数据， 绝大多数测风塔为风资源普查确定风电场场址所用，此测风塔都位于风电场内部，所测数据会受到风机尾流影响，不能满足风电预测预报所用要求。而单个风电场外所建测风塔由于独立性和缺乏统一规划，未形成网络，不能直接为风电预测预报提供支撑。酒泉风电基地是我国八个千万千瓦级风电基地其中之一，也是第一个实施建设的千万千瓦级风电基地。酒泉风电基地截至目前，已经完成装机560万千瓦，预计于2015年前达到1400万装机，到2020年达到2000万风电装机。本发明实施例即是针对千万千瓦级大规模风电基地，进行实时风资源监测及获取。原有的风电场都为单一风电场，装机容量在 5万至10万之间，且风电场之间在地域上并未在一起。而酒泉千万千瓦级风电基地，各10 万和20万风电场同处于一个大区域之内，彼此相连，风电场之间间距最小只有500米。针对这么密集成片的大规模风电基地，进行的实时风能网络建设还未曾有过。原有都是只针对单一风电场或是数个风电场，进行风能监测，而本发明实施例是针对成片区域，彼此相连的风电场进行的实时风资源监测网络建设，所以千万千瓦级大规模风电基地是本发明实施例的特点之一。风资源监测与获取是通过测风塔及其上面的风速风向传感器，获取测风塔10、30、 50,70米、100米等层高的每10分钟风速风向平均值。测风塔每10分钟记录一次各层的平均风况信息，并记录于测风塔的存储器中，每天两次通过邮件发送至用户处，或由人工定期前往测风塔进行取数。此种方法只能完成对测风塔所在地区的风况普查和了解，无法达到实时风况获取的要求，也就无法满足风电超短期预测预报系统对实时风况的要求。而通过对测风塔进行改造，加装相应的设备，实现测风塔每5分钟测得一次风况信息，并及时上传至用户端，并及时进行测风数据应用。一套完整的实时测风塔改造系统由数据采集器、传感器、电源设备，通讯设备组成。数据采集器使用南瑞公司研发的ACS300-MM，传感器使用测风塔上现有的风速风向计， 电源设备包括蓄电池和太阳能板，中间配有过充过放保护器，通讯设备可以使用公网终端 (如GPRS终端)。这样，参见图1，可以通过测风计、温度计、气压计每一秒钟测量一次环境风速、风向温度、气压等大气量，现有的测风塔上都安装有测风计、温度计、气压计，但普通的测风塔上通过模拟适配器，只能得出10分钟的风速、风向、温度、气压等平均值，并且记录于测风塔的相关存储设备中，每天两次通过邮件发送至客户终端。通过改造，加装了 ACS300-MM设备之后，可以把酒泉测风塔上每秒测量的风速、风向等环境值，进行5分钟平均，算出测风塔上各层5分钟平均的风速、风向值，并通过GPRS 模块和天线，走移动通信网络，发送至兰州风电中心终端，并进行记录于应用。为了能让ACS300-MM及GPRS模块正常运行，需要对其进行供电，在改造的测风塔上加装了蓄电池及太阳能电池板，用以对系统供电。经过改造，测风塔由原来每天发送两次测风数据，改成每5分钟发送一次实时数据，以用于风电超短期预测预报系统。已改造的测风塔通过GPRS通信模块，每5分钟发送一次测风数据，发送需用时1 秒左右，在发送完测风数据之后，数据采集器进入到休眠状态，以减少电能的消耗。已改造的23座测风塔每5分钟同中心站进行通讯，已通讯成功的测风塔同中心站进行数据传输， 其余测风塔暂时等待，每一时刻中心站只能接受一座测风塔的实时测风数据。图2中所示的遥测站即为酒泉地区改造的测风塔，现已完成23座测风塔的改造工作，23座测风塔已改为每5分钟一次的实时测风塔。测风塔的数据通过GPRS模块，再经过移动的公网发送至兰州风电技术中心的终端，并储存于中心计算机中，并应用于风电超短期预测预报系统。通过实时改造，测风塔达到风电超短期预测预报的需要，所以实时风资源数据的监测与获取是本发明实施例的特点之二。针对现有的酒泉风电基地一期建设，为了完成对酒泉风电基地一期的风电超短期预测预报覆盖，为酒泉风电基地一期超短期预测预报提供实时测风数据，针对酒泉风电基地一期的布局规划，从现有的测风塔中挑选了 23座测风塔，完成了实时改造，以达到对酒泉风电基地一期的风资源网络建设。进行实时改造的测风塔的选取的条件如下⑴改造的测风塔在风电场的外围，不在风电场内部，测风数据不会受到风机尾流效应的影响；⑵通过上下游效应等分析，确定了酒泉地区测风塔与风电场之间的间距，以达到测风塔同风电场较好的相关性；⑶测风塔应在风电场及风电基地的上风向，或与风电场主风向平行的位置上；现有23座测风塔已基本满足现有风电场的超短期风电预测预报的需要；测风塔及风电基地的分布参见图4。图4为酒泉地区和白银所改造测风塔的具体位置图，从图4中可见，对于酒泉风电基地一期的规划布局(图4中绿色部分)，所改造的测风塔，已基本可以覆盖酒泉风电基地一期所有风电场的实时测风需要。完成了对风电基地一期各风电场的周围实时风况数据的测取，便可根据结合实时测风数据，进行各风电场风电超短期预测预报。在图4中，绿颜色的为已建风电场，圆圈为已改造的实时测风塔，从图4中可见，实时测风塔已基本覆盖于酒泉风电基地一期周围，基本满足酒泉风电基地一期的实时测风监测的需要，完成了酒泉风电基地一期风资源网络的建设。针对大规模风电基地，对风电基地整体布局考虑的风资源网络系统建设是本发明实施例的特点之三。测风数据从外网传至内网三区的风电超短期预测预报系统中，并记录于风电超短期预测预报数据库中，以用于风电超短期预测预报系统中，对测风塔临近风电场的超短期预测。超短期预测预报中，风电场如没有临近的实时测风塔，将无法进行超短期预测预报。超短期预测预报系统应用统计方法，建立起实时测风数据与风电出力对应关系，再结合实时测风数据，进行0 4小时的超短期风电预测预报。另外在风能预测系统中，对17座实时测风塔及34座风电场设置了预报节点。风能预测首先对数值天气预报进行降尺度处理，在降尺度处理时选择此51个点作为预测节点，对降尺度之后的风况预测结果与实际测风塔数据进行对比，以校正风能预测结果，以提高风能预测的精度。具体参见下面的表一与表二。表一
权利要求
1.一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与所述多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个实时测风塔的中心站。
2.根据权利要求1所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述中心站包括中心计算机与公网终端，所述中心计算机通过公网终端与多个实时测风塔系统通信连接。
3.根据权利要求1或2所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，在所述多个实时测风塔系统中，每个测风塔系统至少包括用于与中心站进行通信的遥测站，用于为各用电设备供电的电源模块，以及用于采集风况的测风塔及风速、风向采集设备；所述中心计算机通过公网终端，与每个遥测站通信连接；所述测风塔及电源模块，分别与遥测站连接。
4.根据权利要求3所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，每个测风塔系统，至少还包括本地通信串口，所述本地通信串口与遥测站连接。
5.根据权利要求4所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，每个遥测站，至少包括设在实时测风塔的数据采集器、GPRS模块与天线；所述数据采集器、GPRS模块与天线依次连接，并通过公网终端与中心站通信连接；所述电源模块与数据采集器连接。
6.根据权利要求5所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的风速计、风向计及模拟适配器。
7.根据权利要求5所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的测风计及模拟适配器，以及连接在所述模拟适配器上的温度计。
8.根据权利要求5所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述测风塔，至少包括依次与数据采集器连接的测风计及模拟适配器，以及连接在所述模拟适配器上的气压计。
9.根据权利要求4所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述电源模块，至少包括蓄电池和太阳能电池系统；所述太阳能电池系统，包括依次与数据采集器连接的太阳能电池板与电源稳压器。
10.根据权利要求4所述的千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，其特征在于，所述数据采集器的型号为ACS300-MM。
全文摘要
本发明公开了一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与所述多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个实时测风塔的中心站。本发明所述千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，可以克服现有技术中实时性差、数据量少、精确度低与应用范围小等缺陷，以实现实时性好、数据量大、精确度高与应用范围广的优点。
文档编号H04L12/24GK102571442SQ201210017519
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者刘光途, 汪宁渤, 王定美, 赵龙, 路亮, 马彦宏, 马明 申请人:甘肃省电力公司风电技术中心