风电机舱消防自动测控及应急系统的制作方法

本发明涉及消防监控领域，具体涉及风电机舱消防自动测控及应急系统。

背景技术：

风力发电主要依靠风力发电机组及其控制系统来实现。风力发电机组及其主控制系统都是安装在距离地面达60米以上的风力发电塔筒顶端的机舱内，整个机舱堪称是风力发电机组的心脏和大脑。由于风力发电机运行时会产生较高热量，在散热发生不畅，或机组发生故障使产生热量高于散热能力时，则积热会使机组迅速温升，如果温升不能及时发现并予以制止，当温度超过电机耐热点时，轻者将导致风力发电机或控制系统发生故障，齿轮箱内的齿轮油也有可能发生外漏。重者将引燃机舱内的电缆或控制系统电器中、已经外漏的齿轮油等可燃物，造成火情发生。相关技术中，正在运行的风力发电机组中，基本都缺乏对机舱内安全进行主动自动测控与消防的应急装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供风电机舱消防自动测控及应急系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了风电机舱消防自动测控及应急系统，包括风电机舱环境监测无线传感器网络、控制中心、风电机组控制模块、应急执行模块和消防模块；所述的风电机舱环境监测无线传感器网络用于采集风电机舱内包括温度、烟雾浓度和氧气浓度的环境数据，所述的控制中心用于根据环境数据控制风电机组控制模块、应急执行模块和消防模块工作，其中风电机组控制模块、消防模块和应急执行模块皆无线连接控制中心，风电机组控制模块用于控制风电机组的供电和启停，所述的消防模块用于根据控制中心的指令驱动二氧化碳气体灭火，所述的应急执行模块用于接收控制中心的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况。

优选地，所述控制中心包括中央处理单元、用于存储环境数据的存储器、接收中央处理单元指令的驱动单元和显示单元、发送信息至中央处理单元的信号处理单元和输入单元。

优选地，所述消防模块包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、驱动管道，当控制中心根据环境数据判断出火灾发生后，对氮气驱动器瓶上的电磁阀发出开启信号，驱动气瓶内的氮气通过驱动管道打开二氧化碳高压气瓶的平头阀，使二氧化碳气体迅速自动喷出，由气体输送管输送进入机舱内进行灭火。

本发明的有益效果为：结合无线传感器网络技术，在风电厂运行时管理距离长、范围广，机组分布较为分散，机舱位置环境特殊以及高空特殊环境和无人值守等现状下，实现对风电机舱内环境数据的实时采集，将采集后的环境数据通过控制中心处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构连接框图；

图2是本发明一个实施例的控制中心的结构连接框图。

附图标记：

风电机舱环境监测无线传感器网络1、控制中心2、风电机组控制模块3、应急执行模块4、消防模块5、中央处理单元10、存储器20、驱动单元30、显示单元40、信号处理单元50、输入单元60。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的风电机舱消防自动测控及应急系统，包括风电机舱环境监测无线传感器网络1、控制中心2、风电机组控制模块3、应急执行模块4、消防模块5；所述的风电机舱环境监测无线传感器网络1用于采集风电机舱内包括温度、烟雾浓度和氧气浓度的环境数据，所述的控制中心2用于根据环境数据控制风电机组控制模块3、应急执行模块4和消防模块5工作，其中风电机组控制模块3、消防模块5和应急执行模块4皆无线连接控制中心2，风电机组控制模块3用于控制风电机组的供电和启停，所述的消防模块5用于根据控制中心2的指令驱动二氧化碳气体灭火，所述的应急执行模块4用于接收控制中心2的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况。

优选地，所述控制中心2包括用于存储环境数据的存储器20、接收中央处理单元10指令的驱动单元30和显示单元40、发送信息至中央处理单元10的信号处理单元50和输入单元60。

优选地，所述消防模块5包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、驱动管道，当控制中心2根据环境数据判断出火灾发生后，对氮气驱动器瓶上的电磁阀发出开启信号，驱动气瓶内的氮气通过驱动管道打开二氧化碳高压气瓶的平头阀，使二氧化碳气体迅速自动喷出，由气体输送管输送进入机舱内进行灭火。

在一个实施例中，所述的风电机舱环境监测无线传感器网络1包括部署于风电机舱内的风电机舱环境数据采集节点，还包括基站，风电机舱环境数据采集节点用于采集风电机舱环境数据，并将风电机舱环境数据通过单跳或者多跳的形式发送至基站，基站汇聚各风电机舱环境数据采集节点发送的风电机舱环境数据后，将汇聚的风电机舱环境数据上传至数据控制中心2。

本发明上述实施例结合无线传感器网络技术，在风电厂运行时管理距离长、范围广，机组分布较为分散，机舱位置环境特殊以及高空特殊环境和无人值守等现状下，实现对风电机舱内环境数据的实时采集，将采集后的环境数据通过控制中心2处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。

在一个实施例中，风电机舱环境数据采集节点与基站为多跳距离时，通过多跳的形式将风电机舱环境数据发送至基站，具体包括：

(1)风电机舱环境数据采集节点确定自身通信范围内的其他风电机舱环境数据采集节点，并将该其他风电机舱环境数据采集节点视为备选节点；

(2)按照下列公式计算各备选节点的转发能力值，风电机舱环境数据采集节点选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点：

式中，hij表示第j个备选节点作为风电机舱环境数据采集节点i下一跳节点的转发能力值，dij表示风电机舱环境数据采集节点i与其第j个备选节点之间的距离，li表示风电机舱环境数据采集节点i的通信半径，qi、qi0分别表示风电机舱环境数据采集节点i的当前剩余能量、初始能量，qj、qj0分别表示所述第j个备选节点的当前剩余能量、初始能量，θij表示风电机舱环境数据采集节点i到基站的连线与风电机舱环境数据采集节点i到所述第j个备选节点的连线的夹角，g1、g2、g3为设定的权重因子。

本实施例基于风电机舱环境数据采集节点间距离、剩余能量以及风电机舱环境数据采集节点与基站之间的夹角关系三个因素设计了转发能力值的计算公式，利用转发能力值来衡量备选节点当选为风电机舱环境数据采集节点的下一跳节点的概率，从中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点，使得在风电机舱环境数据采集节点的自身能量充足时，风电机舱环境数据采集节点的风电机舱环境数据传输更加具有方向性，在风电机舱环境数据采集节点能量不充足时，更倾向于选择距离自身较近的备选节点，以减少自身发送风电机舱环境数据的能耗，从而保障风电机舱环境数据传输的稳定性，有利于降低风电机舱环境数据采集节点间传输风电机舱环境数据的能量。

在一个实施例中，风电机舱环境数据采集节点向下一跳节点发送风电机舱环境数据时，调整自己的发射功率为：

式中，pεζ为风电机舱环境数据采集节点ε向下一跳节点ζ发送风电机舱环境数据时的发射功率，pmin为设定风电机舱环境数据采集节点的最小功率，dεζ表示风电机舱环境数据采集节点ε与其下一跳节点ζ之间的距离，lε-min表示风电机舱环境数据采集节点ε的功率设置为pmin时的通信半径，为风电机舱环境数据采集节点ε的最大发射功率，为设定的调节因子，设定取值范围为(0.5,1)；f(dεζ,lε-min)为设定的取值函数，当dεζ≥lε-min时，(dεζ,lε-min)＝1，当dεζ<lε-min时，(dεζ,lε-min)＝0。

本实施例在确定风电机舱环境数据采集节点向下一跳节点发送风电机舱环境数据时的发射功率时，以风电机舱环境数据采集节点到下一跳节点间的距离与设定为最小功率时的通信半径之间的差值作为功率调整的幅度，相对以最大发射功率发送风电机舱环境数据，能够在保证风电机舱环境数据可靠传输的前提下尽量节省风电机舱环境数据发送的能量，从而降低风电机舱环境监测无线传感器网络1的数据收集能量成本。

在一个实施例中，当风电机舱环境数据采集节点的下一跳节点死亡时，进行风电机舱环境数据传输路径修复，具体包括：

(1)设风电机舱环境数据采集节点为α，其下一跳节点为β，β的下一跳节点为γ，α、β、γ的邻居节点交集为sαβγ，定义邻居节点为位于风电机舱环境数据采集节点通信范围内的其他风电机舱环境数据采集节点，当β因故死亡时，若sαβγ不为空集，则风电机舱环境数据采集节点α在sαβγ中选择概率值最大的一个邻居节点用于替换β，重新连接断掉的风电机舱环境数据传输路径；

(2)若sαβγ为空集，则风电机舱环境数据采集节点α在γ的邻居节点集合中选择概率值最大的一个邻居节点用于替换β，重新连接断掉的风电机舱环境数据传输路径；

其中，定义概率值的计算公式为：

式中，we表示邻居节点e的概率值，ηe表示当前将邻居节点e作为下一跳节点的风电机舱环境数据采集节点数目，re表示邻居节点e具有的邻居节点数目，qαe表示邻居节点e作为风电机舱环境数据采集节点α下一跳节点的转发能力值；n为参与概率值计算的邻居节点数目，当sαβγ不为空集时，n表示sαβγ中的邻居节点个数，当sαβγ为空集时，n表示γ的邻居节点集合中的邻居节点个数；μ1、μ2为设定的权重系数。

本实施例设定了基于死亡节点的路径修复策略，该策略使风电机舱环境数据采集节点在死亡节点周围的邻居节点中以概率值寻找最优的替代节点，使得在风电机舱环境数据采集节点的下一跳节点死亡时能够快速修复风电机舱环境数据采集节点到基站之间的风电机舱环境数据传输路径，确保风电机舱环境数据传输的稳定性，减少再次寻找最优风电机舱环境数据传输路径的时间，有益于节省风电机舱环境数据采集节点重建风电机舱环境数据传输路径的能量，降低风电机舱环境监测无线传感器网络1的能耗。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。