一种基于5G网络的风电控制系统的制作方法

一种基于5g网络的风电控制系统
技术领域
1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于5g网络的风电控制系统。


背景技术：

2.风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力。
3.现有的风电控制系统在使用时，不能根据外界的环境情况进行动态调整网络的传输，并且不能对风电的运行进行高效的监测和预警，导致风电控制系统的运行效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于5g网络的风电控制系统，解决以下技术问题：如何解决现有方案中风电控制系统运行效果不佳的技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于5g网络的风电控制系统，包括环境模块、运行模块、通信模块和控制中心；环境模块包含固定单元和流动单元，固定单元用于获取风电设备的位置信息；流动单元用于获取风电设备的环境信息；运行模块用于获取风电设备的运行信息，对风电设备的运行进行监测，得到环境分析集和预警分析集；通信模块包含有线通信单元和无线通信单元；有线通信单元包含以太网交换机、双绞线和主控制器等等；无线通信单元包含5g基站；有线通信单元和无线通信单元均用于对风电设备运行时的各项数据进行传输；控制中心根据环境分析集对风电设备的有线通信和无线通信自动进行切换，根据环境分析集中的第二运行信号启动有线通信，使得有线通信和无线通信同时运行，在预设的时长后，切断无线通信的运行，使得有线通信独立运行，避免通信方式切换时造成数据丢包，消除外界环境对风电设备的通信造成的干扰，以及根据预警分析集对风电设备的运行进行预警。
7.进一步地，还包括存储模块和提示模块；存储模块包含第一存储单元、第二存储单元和第三存储单元，第一存储单元用于对采集的各项数据进行存储；第二存储单元用于对处理和计算的各项数据进行存储；第三存储单元用于存储预设的各项数据；提示模块用于对风力设备的运行进行预警和提示。
8.进一步地，获取风电设备的位置信息的具体步骤包括：获取风电设备的分布坐标，根据分布坐标获取对应的分布类型并标记为fl；设定不同的分布类型均对应一个不同的分类关联值，将风电设备的分布类型与所有的分布类型进行匹配获取对应的分类关联值并标记为f1；获取风电设备的最低点和最高点，将最低点设为原点，根据预设的风力方向和测量距离建立立体监测区域；将立体监测区域与各项数据分类组合，得到位置信息。
9.进一步地，获取风电设备的环境信息的具体步骤包括：风电设备运行时，获取立体监测区域内的监测风向、监测风力、监测气压、监测温度和监测湿度，将监测风向标记为fx；设定不同的监测风向均对应一个不同的风向预设值，将立体监测区域内获取的监测风向与预设的所有监测风向进行匹配获取对应的风向预设值并标记为j1；分别对监测风力、监测
气压、监测温度和监测湿度进行取值和标记，将监测风力标记为j2；将监测气压标记为j3；将监测温度标记为j4；将监测湿度标记为j5；将标记的各项数据分类组合，得到环境信息；根据位置信息和环境信息获取风力设备的环境系数。
10.进一步地，获取风电设备的运行信息的具体步骤包括：风电设备运行时，获取风电设备的风轮转速、电机转速和发电功率，分别对风轮转速、电机转速和发电功率进行取值和标记，将风轮转速标记为y1；将电机转速标记为y2；将发电功率标记为y3；将标记的各项数据分类组合，得到运行信息；根据环境系数和运行信息获取风力设备的运监值。
11.进一步地，根据位置信息和环境信息获取风力设备的环境系数，包括：获取位置信息和环境信息中的各项数据并进行归一化处理取值，利用公式wx＝f1
×
(a1
×
sg+a2
×
sc
×
ss+0.2331)计算获取风力设备的位置系数；其中，a1和a2表示为不同的比例系数，sg表示为风力设备的高度，sc表示为风力设备中扇叶的长度，ss表示为风力设备中扇叶的数量；
12.根据位置系数通过公式计算获取风力设备的环境系数；其中，b1、b2、b3、b4和b5表示为不同的比例系数；对环境系数进行分析，得到环境分析集。
13.进一步地，对环境系数进行分析的具体步骤包括：获取预设的环境阈值并标记为p1；将环境系数与环境阈值进行对比判断，若hx≤p1，则生成第一运行信号；若hx＞p1，则生成第二运行信号；第一运行信号和第二运行信号构成环境分析集；根据第二运行信号调整风电设备的通信方式。
14.进一步地，根据环境系数和运行信息获取风力设备的运监值，包括：获取运行信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，根据环境系数通过公式计算获取风力设备的运监值；其中，c1和c2表示为不同的比例系数；对运监值进行分析，得到预警分析集。
15.进一步地，对运监值进行分析的具体步骤包括：获取风力设备的标准运监值并标记为p2；将运监值与标准运监值进行对比判断，若yj≤p2，则生成第一监测信号；若yj＞p2，则生成第二监测信号；第一监测信号和第二监测信号构成预警分析集；根据第二监测信号对风力设备的运行进行预警和提示。
16.本发明的有益效果：
17.1、通过环境模块获取风电设备的位置信息和环境信息；通过运行模块获取风电设备的运行信息，对风电设备的运行进行监测，得到环境分析集和预警分析集；通过从不同的方面进行数据采集和处理分析，可以提高数据的多样性，为后续的通信调控和预警提示提供了有效的数据支持，克服了现有方案中采集的数据不全面，导致数据分析的效果不佳的问题；
18.2、通信模块包含有线通信单元和无线通信单元；有线通信单元包含以太网交换机、双绞线和主控制器等等；无线通信单元包含5g基站；有线通信单元和无线通信单元均用于对风电设备运行时的各项数据进行传输；控制中心根据环境分析集调整风电设备的通信方式，以及根据预警分析集对风电设备的运行进行预警；通过对各项数据进行联立计算，可以从不同的方面对风电设备的运行进行监测分析，并对有线通信和无线通信进行动态调
整，使得通信的抗干扰能力和数据传输速率保持最佳，提高了风力设备数据处理的效果；可以及时对异常状态的风电设备进行预警和提示。
附图说明
19.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
20.图1为本发明一种基于5g网络的风电控制系统的模块框图。
21.图2为本发明中存储模块的单元框图。
22.图3为本发明中环境模块的单元框图。
23.图4为本发明中通信模块的单元框图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1
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图4，本发明为一种基于5g网络的风电控制系统，包括环境模块、运行模块、通信模块和控制中心以及存储模块和提示模块；存储模块包含第一存储单元、第二存储单元和第三存储单元，第一存储单元用于对采集的各项数据进行存储，包括但不限于采集的位置信息、环境信息和运行信息；第二存储单元用于对处理和计算的各项数据进行存储；第三存储单元用于存储预设的各项数据，包括但不限于所有的分布类型及其对应的分类关联值，以及所有的监测风向及其对应的风向预设值；提示模块用于对风力设备的运行进行预警和提示；
26.现有的风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网和远程上位机操作员站等部分；现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面。
27.本实施例中，通过对风力设备的所处位置、运行环境以及运行状态进行数据采集和分析，可以实现对风力设备的通信方式进行动态调整以及对风力设备的运行进行预警和提示；其中，基于外部的环境因素对风力设备的通信方式进行调整，本实施例中的通信方式包含有线通信和无线通信，有线通信为现有方案的线缆通信，包括但不限于通过双绞线和光纤进行通信，其优点是抗干扰能力强；而无线通信为5g网络通信，其优点是数据传输速率更快，但抗干扰能力相比于双绞线和光纤较弱；本技术通过对有线通信和无线通信进行动态调整，使得抗干扰能力和数据传输速率保持最佳，提高了风力设备数据处理的效果。
28.环境模块包含固定单元和流动单元，固定单元用于获取风电设备的位置信息，风电设备可以为风机以及风力发电机组；具体的步骤包括：获取风电设备的分布坐标，根据分布坐标获取对应的分布类型并标记为fl；设定不同的分布类型均对应一个不同的分类关联值，将风电设备的分布类型与所有的分布类型进行匹配获取对应的分类关联值并标记为f1；获取风电设备的最低点和最高点，将最低点设为原点，根据预设的风力方向和测量距离建立立体监测区域；将立体监测区域与各项数据分类组合，得到位置信息。
29.本实施例中，分布坐标可以通过经度和纬度进行表示，风电设备安装在风能资源丰富的地区，分布类型是指风电设备分布的环境类型，包括但不限于平原、海岸或者山区等等，平原对应的分类关联值可以为3.5；海岸对应的分类关联值可以为2.5；山区对应的分类关联值可以为1.5；不同的分布类型影响数据的传输，因此对该数据进行采集和处理，可以提高数据分析的准确性；风力方向可以通过风向标获取；风电设备的竖直方向可以设为z轴，风电设备受到风力的方向可以设为x轴，y轴可以基于z轴和x轴进行设定；测量距离可以根据风电设备的高度进行预设，比如设定为10m；
30.流动单元用于获取风电设备的环境信息；具体的步骤包括：风电设备运行时，获取立体监测区域内的监测风向、监测风力、监测气压、监测温度和监测湿度；各项数据可以通过各类传感器获取，包括但不限于风速传感器、气压传感器、温度传感器和湿度传感器；将监测风向标记为fx；设定不同的监测风向均对应一个不同的风向预设值，将立体监测区域内获取的监测风向与预设的所有监测风向进行匹配获取对应的风向预设值并标记为j1；分别对监测风力、监测气压、监测温度和监测湿度进行取值和标记，将监测风力标记为j2；将监测气压标记为j3；将监测温度标记为j4；将监测湿度标记为j5；将标记的各项数据分类组合，得到环境信息；其中，所有监测风向均预设有一个对应的风向预设值，例如，监测风向包括但不限于东风、西风、南风、北风、东北风等等，均提前预设一个对应的风向预设值，东风可以为预设的主力风向，东风对应的风向预设值可以为10，西风对应的风向预设值可以为8，东北风对应的风向预设值可以为7等等；
31.根据位置信息和环境信息获取风力设备的环境系数，获取位置信息和环境信息中的各项数据并进行归一化处理取值，利用公式wx＝f1
×
(a1
×
sg+a2
×
sc
×
ss+0.2331)计算获取风力设备的位置系数；其中，a1和a2表示为不同的比例系数，可以均大于零，sg表示为风力设备的高度，sc表示为风力设备中扇叶的长度，ss表示为风力设备中扇叶的数量；
32.本实施例中，通过计算将固定单元采集的各项数据建立联系，便于对风力设备的数据信息方面进行整体分析；分布坐标对应的分布类型、风力设备的高度、扇叶的长度以及扇叶的数量均会影响风力设备的发电，因此通过将各项数据进行联立计算，可以对不同分布位置的不同尺寸的风力设备进行整体分析；
33.根据位置系数通过公式计算获取风力设备的环境系数；其中，b1、b2、b3、b4和b5表示为不同的比例系数，可以均大于零；
34.本实施例中，通过计算将流动单元采集的各项数据建立联系，便于对风力设备的环境方面进行整体分析，在获取的风力设备的位置系数基础上，进一步对风力设备运行时的各项数据进行联立计算，风向预设值j1和监测风力j2的强度均与风力相关，属于同一类数据，监测气压j3、监测温度j4和监测湿度j5均为风力设备运行时的环境数据，属于同一类数据，以上各项的数据均会对风力设备的运行造成影响，因此，将相同类的数据进行计算并联立，实现对风力设备运行时的情况进行整体分析；
35.对环境系数进行分析，获取预设的环境阈值并标记为p1；将环境系数与环境阈值进行对比判断，若hx≤p1，则生成第一运行信号；若hx＞p1，则生成第二运行信号；第一运行信号和第二运行信号构成环境分析集；根据第二运行信号调整风电设备的通信方式；
36.其中，环境阈值基于风力设备运行的大数据进行设定；第一运行信号表示风力设备的运行没有受到外界环境的影响不需要调整通信方式；第二运行信号表示风力设备的运行受到外界环境的影响需要调整通信方式；风力设备运行的默认通信方式为无线通信，调整通信方式即将无线通信调整为有线通信；无线通信和有线通信同时部署安装。
37.根据第二运行信号调整风电设备的通信方式的具体步骤包括：
38.根据第二运行信号启动有线通信，使得有线通信和无线通信同时运行，在预设的时长后，切断无线通信的运行，使得有线通信独立运行，消除外界环境对风电设备的通信造成的干扰；预设的时长可以为80s；
39.其中，在预设的时长后保持有线通信和无线通信同时运行，避免有线通信刚启动就切断无线通信，导致通信切断时造成数据丢失，而在预设的时长内使得启动的有线通信与无线通信保持通信同步。
40.运行模块用于获取风电设备的运行信息，具体步骤包括：风电设备运行时，获取风电设备的风轮转速、电机转速和发电功率，分别对风轮转速、电机转速和发电功率进行取值和标记，将风轮转速标记为y1；将电机转速标记为y2；将发电功率标记为y3；将标记的各项数据分类组合，得到运行信息；其中，通过对风电设备运行时的各项数据进行采集，为后续风电设备运行的监测提供了支持，可以及时对异常状态的风电设备进行预警和提示；
41.根据环境系数和运行信息获取风力设备的运监值，包括：获取运行信息中标记的各项数据并进行归一化处理和取值，根据环境系数通过公式计算获取风力设备的运监值；其中，c1和c2表示为不同的比例系数，c1和c2的取值范围均可以为(0,1)；通过对环境方面以及风力设备运行方面进行数据计算，使得各项数据之间建立联系，可以整体分析风力设备的运行状态是否正常；
42.其中，上述的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量的数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。
43.对运监值进行分析，获取风力设备的标准运监值并标记为p2；将运监值与标准运监值进行对比判断，若yj≤p2，则生成第一监测信号；若yj＞p2，则生成第二监测信号；第一监测信号和第二监测信号构成预警分析集；根据第二监测信号对风力设备的运行进行预警和提示；
44.其中，第一监测信号表示风力设备运行的状态正常；第二监测信号表示风力设备运行的状态异常，通过预警和提示及时查找出故障，提高了风力设备的使用效果。
45.通信模块包含有线通信单元和无线通信单元；有线通信单元包含以太网交换机、双绞线和主控制器等等；无线通信单元包含5g基站，5g基站实现的5g网络通信可以基于现有的5g通信技术方案；有线通信单元和无线通信单元均用于对风电设备运行时的各项数据进行传输；
46.控制中心根据环境分析集实现对风电设备的通信方式进行调整，以及根据预警分析集对风电设备的运行进行预警。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；
可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对应本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。