基于无线网络的分散式风电场综合监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，该系统包括客服层、web层和数据层，客服层包括中央监控系统和远程监控系统，远程监控系统通过（VPN）虚拟专用网络连接中央监控系统；web层为应用服务器。本实用新型能够远程及时了解风力发电机组的运行数据，机组机械状态信息，及时处理风力发电机组运行故障，提前计划风力发电机组机械部件的维护和更换。
【专利说明】基于无线网络的分散式风电场综合监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及分散式风力发电场数据采集和传输，以及风功率预测及无功优化调节等数据处理功能模块，为一种分散式风电场综合监控系统。
【背景技术】
[0002]我国内陆广泛存在着大量的分散式风能资源，在规模化集中开发大型风电场的同时，合理利用分散式风能资源，因地制宜地发展分散式风电，就地并入配电网，可以充分开发利用风能资源，实现节能减排。分散式风电利用将成为我国风电发展的一个重要方向。分散式风电是指位于负荷中心附近，装机规模小，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入当地电网进行消纳的风电。分散式风电场中，风电机组一般分布面积广，有线通信方式，势必增加布线费用，且当风电场需要改建或扩容时，过多的通信线路会占用很多空间，造成线路铺设困难等问题。
[0003]风电场的监控系统大多功能比较简单，只能够实现数据的浏览，生成一些简单的报表，能够提供历史数据查询，有的可以实现故障追忆，这些功能只能做到事后的分析与处理，给风电场的运营维护带来很大的不便，不能够有足够的信息来进行计划性的安排维护工作，随着风电场建设的不断推进，规模不断扩大，对风电场远程监控系统的要求也日益增多，简单的风电场监控系统已经不能够满足要求。
[0004]现有风电场的监控设备都是采用独立监控系统，监控后台要分别从多数接收处理多个监控终端传来的数据信息，并对应需设置多种监控接收端，资源占用大，处理繁琐。
【发明内容】
[0005]实用新型目的:本实用新型提供了一种基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，本实用新型的目的是解决现有的有些通讯方式会造成分散式风电场铺设线路困难的问题，现有的风电场监控系统功能单一，不能满足要求的问题，分散的监控设备浪费资源和处理繁琐的问题。
[0006]技术方案:本实用新型是通过以下技术方案来实现的:
[0007]基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，其特征在于:该系统包括客服层、web层和数据层。客服层包括中央监控系统和远程监控系统，远程监控系统通过(VPN)虚拟专用网络连接中央监控系统；web层为应用服务器；数据层包括数据服务器、ZigBee协调器、ZigBee终端设备、风力发电机组主控PLC、风力发电机组在线状态监测传感器和测风塔信息采集终端；ZigBee终端设备分为三部，风力发电机组主控PLC连接其中的一部ZigBee终端设备，风力发电机组在线状态监测传感器通过数据采集前置端连接至第二部ZigBee终端设备，测风塔信息采集终端连接至第三部ZigBee终端设备，三部ZigBee终端设备均连接至ZigBee协调器，ZigBee协调器通过3G无线模块连接至数据服务器；数据服务器和应用服务器均连接至中央监控系统。
[0008]应用服务器包括风力发电机组数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器，风力发电机数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器均连接至中央监控系统。
[0009]优点及效果:本实用新型能够远程及时了解风力发电机组的运行数据，机组机械状态信息，及时处理风力发电机组运行故障，提前计划风力发电机组机械部件的维护和更换。由一台数据服务器集中采集处理数据，多台应用服务器对应不同的客户端请求，由于风功率预测，无功优化调节的数据处理方法和机制各不相同，所以采用不同的应用服务器分别处理相关信息，可以有效提高数据处理的效率，使客户查看风机实时数据和状态的同时，可以完成风功率预测及无功优化调节的工作。
[0010]【专利附图】
【附图说明】:
[0011]图1为本实用新型结构示意图
[0012]图2为本实用新型在风电场的设置示意图
[0013]图3为本实用新型的逻辑结构图。
[0014]【具体实施方式】:下面结合附图对本实用新型做进一步的描述:
[0015]如图1所示，本实用新型提供一种基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，该系统包括客服层、web层和数据层。客服层包括中央监控系统和远程监控系统，远程监控系统通过(VPN)虚拟专用网络连接中央监控系统；web层为应用服务器；数据层包括数据服务器、ZigBee协调器、ZigBee终端设备、风力发电机组主控PLC、风力发电机组在线状态监测传感器和测风塔信息采集终端；ZigBee终端设备分为三部，风力发电机组主控PLC连接其中的一部ZigBee终端设备，风力发电机组在线状态监测传感器通过数据采集前置端连接至第二部ZigBee终端设备，测风塔信息采集终端连接至第三部ZigBee终端设备，三部ZigBee终端设备均连接至ZigBee协调器，ZigBee协调器通过3G无线模块连接至数据服务器；数据服务器和应用服务器均连接至中央监控系统。
[0016]应用服务器包括风力发电机组数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器，风力发电机组数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器均连接至中央监控系统。
[0017]风力发电机组主控PLC，风力发电机组在线状态监测传感器，测风塔信息采集终端等组成的数据采集终端从风电场内获取主要风电设备的实时运行数据和状态，然后经由ZigBee和3G无线网络到达风电场中央监控系，通过数据服务器的数据处理，利用不同的应用服务器得到不同的应用需求，最后通过VPN (虚拟专用网络)到达远程监控系统。由于数据的双向传输，风电场中央监控系统可根据需要向风电场下发相应的控制指令。
[0018]本实用新型优选设有四台应用服务器，分别为风力发电机组数据处理应用服务器，主要处理风电场现场实时数据，能够在监控系统的界面上以报表，查询，生成曲线，打印的形式供工作人员使用；在线状态监测数据处理应用服务器，主要使风机的运行状态能够在监控系统上进行图形化显示，起到故障报警的作用；风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器主要通过测风塔数据和风力发电机组的PLC采集的数据进行风电场短期和超短期风电场出力预测以及对电网进行无功优化调节，控制电压水平和降低有功损耗等，从而改善电能质量。[0019]网络的搭建:远程监控局域网和各个风电场监控系统局域网由VPN (虚拟专用网络)连接，构成一个广域网，形成一个地理上分散的大型SCADA系统。ZigBee和3G无线网络将各个风电场内的风电机组和风电场监控系统连接起来，并经由VPN (虚拟专用网络)连入风电场远程监控系统的局域网。
[0020]网络的结构:如图2所示，本风电场的监控系统分为三层:由VPN (虚拟专用网络)与远程监控系统组成系统顶层；由风电场场级中央监控系统与场级ZigBee和3G无线网络组成场级监控层；由风力发电机组，相关风电设备，测风塔等组成的数据采集获取基础层。系统采用B/S(浏览器/服务器)架构，允许多用户访问，风电场用户可以在任一台与局域网连接的用户端通过标准的网络浏览器访问系统。远程用户登录VPN (虚拟专用网络)客户端后即可以WEB形式访问系统的用户界面。系统通过在公共网络上搭建私有的VPN (虚拟专用网络)，使风场的私有数据得到安全保障。各通讯节点要配置防火墙。
[0021]数据的传输和处理:风电场内每一台风电机都对应一个ZigBee节点,风力发电机组主控PLC，风力发电机组在线状态监测传感器，测风塔信息采集终端等对风机的信号进行采集。传感器的SPI接口与ZigBee终端节点相连，然后ZigBee终端节点通过ZigBee协议将采集到的信号发送给ZigBee协调器，协调器是整个ZigBee网络的管理员，负责管理ZigBee终端节点及与3G无线模块进行通讯。所有的信号通过USB接口经3G网络上传到风电场中央监控系统后，供工作人员进行分析和查询。
[0022]风机的监控:如图3所示，通过ZigBee和3G无线网络，风电场的实时数据和运行状态上传到风电场的中央监控系统，监控平台的数据分析和数据管理服务将对数据进行管理，使工作人员可以方便的查询，打印报表等；同时绘图报表工具将上传的风机运行状态绘制曲线，直方图等，供工作人员查询对比风机的运行情况；故障报警服务将对产生故障的设备以特殊符号显示的方法进行故障报警。
[0023]风功率预测:通过测风塔数据采集系统，风电机组主控PLC，风功率预测服务器从数据服务器调用风速，风向等信息，进行风电场0-4小时超短期，0-72小时短期风电场功率预测，并将计算的结果返回给中央监控系统的界面。依据风功率日前预测结果，中央监控系统可制定发电相关计划，并发送至远程监控系统，供后者制定全局优化方案；结合超短期风功率预测，中央监控系统也可进行闭环的发电控制与电压控制。
[0024]无功优化调节:通过风电机组主控PLC采集风电场风速，每台风机定子侧电压、定子电阻、励磁感抗、相角和每台风机的出口的有功功率，无功功率等数据，然后通过ZigBee和3G无线网络上传到中央监控系统的数据服务器，在满足所有指定约束前提下，通过无功优化调节服务器使系统的一个或多个性能指标达到最优，进行无功调节，从而控制电压水平和降低有功损耗等，改善电能质量。
[0025]本实用新型利用ZigBee网络实现风电场当地各个传感器单元对风机的数据状态信息采集，同时利用3G网络实现监控系统与风电场间的双向数据传输。ZigBee网络与3G网络二者功能互补，各展所长，不仅能实现无线测控任务，还成功克服了目前有线测控系统的诸多缺陷。
【权利要求】
1.基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，其特征在于:该系统包括客服层、Web层和数据层，客服层包括中央监控系统和远程监控系统，远程监控系统通过(VPN)虚拟专用网络连接中央监控系统；web层为应用服务器；数据层包括数据服务器、ZigBee协调器、ZigBee终端设备、风力发电机组主控PLC、风力发电机组在线状态监测传感器和测风塔信息采集终端；ZigBee终端设备分为三部，风力发电机组主控PLC连接其中的一部ZigBee终端设备，风力发电机组在线状态监测传感器通过数据采集前置端连接至第二部ZigBee终端设备，测风塔信息采集终端连接至第三部ZigBee终端设备，三部ZigBee终端设备均连接至ZigBee协调器，ZigBee协调器通过3G无线模块连接至数据服务器；数据服务器和应用服务器均连接至中央监控系统。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的分散式风电场综合监控系统，其特征在于:应用服务器包括风力发电机组数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器，风力发电机数据处理应用服务器、在线状态监测数据处理应用服务器、风功率预测服务器和无功优化调节应用服务器均连接至中央监控系统。
【文档编号】G05B19/418GK203405705SQ201320353133
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】邢作霞, 王刚, 田艳丰, 薛海龙, 张钊, 李贺, 姜立兵, 张保华 申请人:沈阳工业大学