基于Zigbee技术的风力发电变压器远程监控系统的制作方法

本发明涉及风力发电变压器监控技术领域，尤其涉及基于zigbee技术的风力发电变压器远程监控系统。

背景技术：

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kw，其中，陆地上风能储量约2.53亿kw，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kw，共计10亿kw。而2003年底全国电力装机约5.67亿kw。

风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。

国家能源局2015年9月21日发布数据显示，到2015年7月底，纳入海上风电开发建设方案的项目已建成投产2个、装机容量6.1万千瓦，核准在建9个、装机容量170.2万千瓦，核准待建6个，装机容量154万千瓦。这与2014年末国家能源局《全国海上风电开发建设方案（2014-2016）》规划的总装机容量1053万千瓦的44个项目相距甚远。为此，国家能源局要求，进一步做好海上风电开发建设工作，加快推动海上风电发展

而风力发电站一般不均匀地分布在一定地区内，变压器个数较多，且分布较为杂散，近距离监控费力费时。因此，需要提出并建立有效地风力发电变压器的远程监控系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了基于zigbee技术的风力发电变压器远程监控系统，采用zigbee网状网络分布结构建立了风力发电变压器监控系统，解决了传统监控网络功耗大、复杂程度高的技术问题，达到了以网状结构灵活地、有效地监控风力发电变压器工况，且网络系统成本小并具有自组织能力的技术效果；采用以单片机单元、电子传感器、全自动控制为核心变压器自动控制技术方法，解决了风力发电变压器手动控制的危险、低效、耗时耗力的技术问题，达到了远控监控、控制方式简单方便、耗时少、工作效率高的技术效果；采用了gprs网络、internet网络和zigbee网络三者交互传输信息的技术设计，解决了单一网络局限性等技术问题，达到了监控员可通过任一网络对风力发电变压器进行多方面、多角度监控的技术效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括zigbee网络、gprs网络、internet网络、监控手机和控制平台；zigbee网络连接在gprs网络上，gprs网络一侧与internet网络交互，gprs网络另一侧与监控手机无线连接，控制平台连接在internet网络上；

zigbee网络包括一个zigbee网关、若干个zigbee收发模块和若干个变压器控制终端；所述的zigbee网关一侧连接在gprs网络上，所述的zigbee网关另一侧可无线连接若干个zigbee收发模块；一个zigbee收发模块一侧可无线连接另一个zigbee收发模块，一个zigbee收发模块另一侧可连接多个变压器控制终端；

变压器控制终端包括受控变压器和终端控制单元；终端控制单元一侧连接zigbee收发模块；终端控制单元另一侧连接受控变压器；

进一步优化本技术方案，所述的zigbee网络内呈网状网络分布结构；

进一步优化本技术方案，所述的终端控制单元包括单片机单元、电源模块、信号处理单元、断路器控制电路和电机控制电路；信号处理单元的输入端连接有电压传感器、温度传感器和气压传感器，信号处理单元的输出端连接在单片机单元的i/o口上；断路器控制电路的输出端连接控制有断路器，断路控制器电路的输入端连接单片机单元上；电机控制电路的输出端连接有油泵，电机控制电路的输入端连接在单片机单元上；单片机单元的输入端连接有控制键盘，单片机单元的输出端连接有工作指示灯和显示屏；

进一步优化本技术方案，所述的电源模块包括变压电路tr1、整流桥brige1和78l05芯片；电源模块输入端连接在受控变压器的输出端上；电源模块的输出端供电连接单片机单元、信号处理单元、工作指示灯、显示屏和油泵；

进一步优化本技术方案，所述的zigbee收发模块包括zigbee通信模块和信号放大电路；zigbee通信模块一侧连接在单片机单元的i/o口上；zigbee通信模块另一侧连接信号放大电路；

进一步优化本技术方案，所述的电压传感器安装在受控变压器的电能输入端和电能输出端上；温度传感器安装在受控变压器的绕组上；气压传感器安装在受控变压器的内部；

进一步优化本技术方案，所述的断路器安装在受控变压器的电能输入端上；油泵安装在受控变压器的油箱中；

进一步优化本技术方案，所述的信号处理单元包括滤波放大电路、模拟信号通道、a/d转换电路和时钟电路；模拟信号通道的输入端可连接若干个滤波放大电路，模拟信号通道的输出端连接有缓存器；a/d转换电路的输出端连接在单片机单元的i/o口上，a/d转换电路的输入端连接缓存器的输出端；时钟电路的输出端连接模拟信号通道和a/d转换电路；

进一步优化本技术方案，所述的断路器控制电路包括触发电路和继电器；触发电路的输入端连接在单片机单元上，触发电路的输出端连接控制继电器的线圈；继电器的开关一侧连接电源模块，继电器的开关另一侧连接控制断路器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、使用atmega128系列单片机作为主控单元，集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路,具有极高性能价格比；2、zigbee在可靠性方面采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰。且在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一，因此达到很高的节能效果。在路由方面，zigbee支持可以布置范围很广的网络，并支持多播和广播特性，能够给丰富的应用带来有力的支持；3、系统可远控监控受控变压器的温度、气压以及电压等状况，还可扩充控制变压器的其他状态，并可远程控制器断路、降温等；4、控制单元、受控变压器与远程监控系统三者分工明确，控制结构有效，控制流程精简。

附图说明

图1是本发明网络分布图；

图2是变压器控制终端结构图；

图3是终端控制单元结构图；

图4是信号处理单元结构图；

图5是断路器控制电路结构图；

图6是单片机单元电路结构图；

图7是zigbee模块结构图；

图8是电源模块电路结构图；

图9是电机控制电路结构图；

图10是断路器控制电路结构图。

图中，1、zigbee网络；2、gprs网络；3、internet网络；4、监控手机；5、控制平台；11、zigbee网关；12、zigbee收发模块；13、变压器控制终端；14、受控变压器；15、终端控制单元；101、单片机单元；102、电源模块；103、信号处理单元；104、断路器控制电路；105、电机控制电路；106、电压传感器；107、温度传感器；108、气压传感器；109、控制键盘；110、zigbee通信模块；111、信号放大电路；112、工作指示灯；113、显示屏；114、断路器；115、油泵；116、滤波放大电路；117、模拟信号通道；118、缓存器；119、a/d转换电路；120、时钟电路；121、触发电路；122、继电器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：包括zigbee网络1、gprs网络2、internet网络3、监控手机4和控制平台5；zigbee网络1连接在gprs网络2上，gprs网络2一侧与internet网络3交互，gprs网络2另一侧与监控手机4无线连接，控制平台5连接在internet网络3上；

zigbee网络1包括一个zigbee网关11、若干个zigbee收发模块12和若干个变压器控制终端13；所述的zigbee网关11一侧连接在gprs网络2上，所述的zigbee网关11另一侧可无线连接若干个zigbee收发模块12；一个zigbee收发模块12一侧可无线连接另一个zigbee收发模块12，一个zigbee收发模块12另一侧可连接多个变压器控制终端13；

变压器控制终端13包括受控变压器14和终端控制单元15；终端控制单元15一侧连接zigbee收发模块12；终端控制单元15另一侧连接受控变压器14；

所述的zigbee网络1内呈网状网络分布结构；

所述的终端控制单元15包括单片机单元101、电源模块102、信号处理单元103、断路器控制电路104和电机控制电路105；信号处理单元103的输入端连接有电压传感器106、温度传感器107和气压传感器108，信号处理单元103的输出端连接在单片机单元101的i/o口上；断路器控制电路104的输出端连接控制有断路器114，断路控制器电路的输入端连接单片机单元101上；电机控制电路105的输出端连接有油泵115，电机控制电路105的输入端连接在单片机单元101上；单片机单元101的输入端连接有控制键盘109，单片机单元101的输出端连接有工作指示灯112和显示屏113；

所述的电源模块102包括变压电路tr1、整流桥brige1和78l05芯片；电源模块102输入端连接在受控变压器14的输出端上；电源模块102的输出端供电连接单片机单元101、信号处理单元103、工作指示灯112、显示屏113和油泵115；

所述的zigbee收发模块12包括zigbee通信模块110和信号放大电路111；zigbee通信模块110一侧连接在单片机单元101的i/o口上；zigbee通信模块110另一侧连接信号放大电路111；

所述的电压传感器106安装在受控变压器14的电能输入端和电能输出端上；温度传感器107安装在受控变压器14的绕组上；气压传感器108安装在受控变压器14的内部；

所述的断路器114安装在受控变压器14的电能输入端上；油泵115安装在受控变压器14的油箱中；

所述的信号处理单元103包括滤波放大电路116、模拟信号通道117、a/d转换电路119和时钟电路120；模拟信号通道117的输入端可连接若干个滤波放大电路116，模拟信号通道117的输出端连接有缓存器118；a/d转换电路119的输出端连接在单片机单元101的i/o口上，a/d转换电路119的输入端连接缓存器118的输出端；时钟电路120的输出端连接模拟信号通道117和a/d转换电路119；

所述的断路器控制电路104包括触发电路121和继电器122；触发电路121的输入端连接在单片机单元101上，触发电路121的输出端连接控制继电器122的线圈；继电器122的开关一侧连接电源模块102，继电器122的开关另一侧连接控制断路器114。

如图1，本发明的主要创新结构再于使用zigbee网络1结构搭建了风力发电变压器的监控系统；针对于风力发电变压器分布结构复杂的问题，每一台受控变压器14上连接一个zigbee收发模块12，zigbee收发模块12之间可互相通信，则使用zigbee网状分布网络结构，可使相邻的受控变压器14之间互相通信，最终通过这种递接网状结构传输至zigbee网关11中，并与grps网络和internet网络3交互，即监控人员可通过internet网、gprs网络2、zigbee网络1中的任意一者连接并监控本系统，监控方式简单、方便、有效；

图2中，本系统中的变压器控制终端13主要通过终端控制单元15对受控变压器14进行监测和控制，并连接zigbee收发模块12连接在控制网络上，实现远程无线监控；

图3为终端控制单元15的结构示意图，终端控制单元15以单片机单元101为核心，其先通过信号处理单元103接收来自各个传感器的传感信号，并分析判断受控变压器14的状态；其次，通过显示屏113和工作指示灯112显示受控变压器14的状态，并通过断路器控制电路104控制与受控变压器14相连的断路器114，通过电机控制电路105控制安装在受控变压器14中的油泵115的状态，来实现对受控变压器14的控制；这里值得说明的是，本系统不仅仅局限于对断路器114或是油泵115的控制，还可扩展对变压器其他状态的控制；最后，单片机单元101通过连接zigbee通信模块110使变压器控制终端13连接在zigbee网络1上，实现远程监控；

图4为信号处理单元103的结构示意图，信号处理单元103包括通过接收来自电压传感器106、温度传感器107和气压传感器108的检测信号，并经过滤波、方法、缓存、a/d转换等信号处理，最终发生至单片机单元101分析；其中，图中的时钟电路120将时钟信号发生至a/d转换电路119和模拟信号通道117中，以此保证信号的同步；

同样的，图5为断路器控制电路104的结构示意图，单片机单元101通过触发电路121控制继电器122，进而控制断路器114的方式，来控制受控变压器14的通断电状态，通过这种方式实现强弱电的隔离，保证控制系统的安全性；

图6为单片机单元101的结构示意图，单片机单元101采用atmega128系统，其集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路,具有极高性能价格比，大大增加本系统的适用性；图7为zigbee通信模块110的电路结构图，zigbee通信模块110保证了本系统有效的网络远程监控，是本系统的核心单元；

图8和图9分别为电源模块102和电机控制电路105的结构示意图，电源模块102通过变压、整流、稳压、滤波后为各个低压电路、芯片提供稳定电压，保证了系统有效的运行；而电机控制电路105通过pwm控制方式实现对油泵115的转速控制，控制方式简单有效。图10为断路器控制电路104的结构图示意图，断路器控制电路104控制ne555触发电路121与继电器122双重控制，控制方式简单有效，实现了良好的强弱电隔离。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。