引言

 

分布式发电系统以其分散性、多样性、灵活性、清洁性等优点，发展得越来越成熟。分布式发电系统已广泛连接到大型电网系统。由于分布式发电本身没有很强的连接性，从电网安全的角度来看，与传统电网的集中、密集、强网架结构相比，分布式发电系统对电网本身的依赖性较小。当电网出现故障时，分布式发电可以单独运行，支撑分布式发电系统下的重要负荷供电，有效支撑电网结构向更加灵活多样的方向发展。我国风力资源雄厚，但分布不均匀，西北和海上风电资源特别丰富，而内陆平原地区相对贫乏。因此，面对风力发电系统的约束，如何通过信息技术和智能技术管理风力发电系统，实现统一监控和运行维护已成为当前研究的热点。大量分布式发电电源接入给电力系统带来的调度控制困难、电网运行的安全性和可靠性等问题也逐渐显现。由于地理位置分布广泛，对通信和数据采集系统的要求也相应增加，也给分布式发电设备的运行和维护带来了巨大的挑战，对系统的运行和控制提出了更高的要求。

 

1.风力发电系统网络结构的构成

 

从网络相关性的角度来看，风力发电分为两部分，一部分是与发电生产相关的生产过程控制、监控系统和相关的企业运营决策信息系统，另一部分是与电网并网业务相关的控制区、控制区和电力调度系统。虽然风力发电、输电、变压器、配电、用电由不同的公司经营，其网络规模、规模和用户复杂性和专业不同，但涉及传感、控制、调和生产调度、办公运营部门，因此从整体上看，无论是风电场还是电网公司网络业务系统，都可以参考工业控制系统普遍参考模型对具体业务之间的逻辑进行分层理解。从调度的角度看，风力发电系统的网络结构分为涉网和非涉网两部分。控制网络生产范围的系统由风场控制系统和基于风场集中控制中心电力监控运行决策的典型跨物理区域分布式工业监控系统组成。这些系统与电力并网的电力调度没有直接的网络耦合关系，以下简称非涉网区域。与电力调度并网相关的系统包括远动子站、AVC子站、宝信子站等与电网中变电站相关的子系统，属于国家能源局《电力监控系统安全防护总体方案》定义的控制区域，以下简称网络相关区域。

 

风力发电监控系统现场无线网络平台设计

 

2.1风机状态监测功能的实现

 

本系统的风机状态监测功能包括单台风机状态监测、风机故障报警、风机部件监测等。以风机故障报警功能为例，介绍了其实现功能的方法。为了最大限度地减少风机故障造成的损失，系统增加了故障预警模块。在实时收集风机运行参数并掌握设备运行状态的前提下，将实时参数与系统中存储的设定值进行比较。如果实时参数超过设定值，系统会自动标记并跟踪异常值，并发出声光报警，提醒设备管理人员进行维护处理。风机运行过程中的所有故障均显示在运行故障窗口，并以故障表的形式顺序显示。根据故障表提供的信息，设备管理人员可以了解故障代码、故障类型、风扇、风场和故障的具体内容，为故障维护计划的制定和故障维护处理提供依据。对于实时报警事件，根据其来源和特点，可分为多种类型，如操作事项、系统事件、操作记录事件等。报警事件发生后，根据报警内容的不同进行差异化处理。例如，对于有独立实时报警窗口的，可以通过窗口详细显示报警时间的内容、时间等信息，并提示设备管理人员；对于图片闪烁报警，监控设备处于报警状态，当设备维修人员处理故障时，报警灯自动停止闪烁。此外，还有语音报警、光字牌显示报警等。

 

2.2数据接口模块

 

由于系统需要实现远程控制和报警功能，在选择单片机时需要满足预处理电路和RS-232接口信号的功能芯片，因此C8051F350芯片用于智能监控系统的硬件中央处理器。C8051F350单片机功能包括中央信号处理、RS-232信号输入输出、LCD信号输出、预处理电路等基本控制电路等。风电场的控制需要收集温度、冷却液位、润滑液位、湿度、振动率、电压值、电流等相关信息，因此需要安装传感器来收集这些数据。采集的数据通过各种模拟开关进行分类后，通过增益放大器组加强信号，然后通过低通滤波器传输到C8051F350单片机。CPU处理后的数据通过RS-232接口通过4G/5G模块通过无线网络信号发送到控制中心，实现数据采集功能。反向数据接收是由控制中心向风电场发送和执行信息，从而实现远程控制的功能。

 

2.3网关

 

1)网络控制功能:负责整个网络的维护，定期发送网络控制命令，使网络终端实现时钟同步。2)信道选择:网关初始化时，根据可用信道表扫描获取每个信道的质量，确定网络工作信道；在网络工作过程中，定期动态检测工作信道的质量，发现干扰，通知全网动态切换工作信道。3)网络数据采集:定期或按需发送网络数据采集指令，要求网络终端上报节点网络信息，接收和总结各终端节点的信号强度、链路质量、路由信息等。，并为上位机提供数据。4)业务数据采集:根据上位机的要求，收集各终端节点的位置信息和传感器信息。5)中继功能:网关具有中继功能，可为其他节点转发数据。

 

2.4ZigBee无线传感网络设计

 

从结构上讲，Zigbee无线网络技术由网络节点和路由节点组成。该系统将配备成熟的3g/4g网络技术与Zigbee路由端连接，实现远程传输功能。Zigbee通过Coee-ordinator（协调员）管理终端设备，形成MESH网络拓扑，实现“多级跳跃”的高性能网络结构。一方面是为了确保系统的稳定性，另一方面也是为了控制网络服务的成本。虽然5G网络效率更高，但成本和速率都有明显的浪费。

 

结语

 

风电场风机分布广泛，增加了运行维护成本和监督难度。远程集中监控系统可将分布在不同地区的所有风电场、风机和配套设备纳入同一监控系统，实现全过程和动态监控。借助前端数据采集程序，系统实时获取每台风机的运行信息，然后通过通信系统将数据传输到中心站，在数据汇总分析的基础上实现远程监控。发现故障后，可及时报警，提供详细的故障信息，为故障维护提供依据。下一步，继续研究异常工况智能自诊断、故障3D显示、移动终端开发等方面，进一步提高远程集中监控系统的应用效果。