無線通信技術在風電機組中的應用

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摘要:本文概述了無線通信技術在風電領域的應用及其發(fā)展方向。介紹了當前的風電機組內部的三大通信協議。闡述并探討了風電領域無線通信技術的三大技術趨勢及其前景。

關鍵詞:風電;混合通信;傳感網絡;無線測控網

一、風電機組內部通信協議

風電機組內部控制系統主要涉及到風速傳感器、風向傳感器、溫度濕度傳感器；輪轂中的各類傳感器通過滑環(huán)連入機艙的主控柜中，機艙與塔底控制柜以以太光纖的形式連接，最后由塔底控制柜接入遠程通信系統。PROFIBUS是開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。速度可在9.6kbps~12Mbps內選擇且所有連接到總線上的裝置均具有相同的速度。廣泛用于制造業(yè)自動化、流程自動化和交通電力等其他領域自動化[1]。RS485是一個定義平衡數字多點系統中的驅動器和接收器的電氣特性的標準。該標準由電信行業(yè)協會和電子工業(yè)聯盟定義。智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成熟而發(fā)展起來的，智能儀表已經基本壟斷了包括風電在內的眾多工業(yè)領域。TCP/IP中文名為傳輸控制協議/互聯網絡協議，它規(guī)范了網絡上的所有通信設備，尤其是主機之間的數據往來格式，也是英特網的基礎協議。廣泛的用于民用和工業(yè)有線通信之中。

二、主要研究技術方向

2.1有線無線混合通信

隨著大型風電場和海上風力發(fā)電的建設，風電場監(jiān)控系統需要采用大容量、可遠距離傳輸并具有高可靠性和安全性的風電場通信系統?？紤]到有線介質不可預知的破壞性和現場及時維修的不方便，可以采用基于以太網和無線測控網的大型綜合風電場監(jiān)控系統，以提高風電場的安全性和穩(wěn)定性。對于就地監(jiān)控和中央監(jiān)控之間的通信，采用光纖以太網和無線測控網的混合方式。風電場風機數目多，數據量大，可以采用光纖以太網總線式拓撲結構，其中標準10Mbps以太網比傳統方式傳輸速率高幾個數量級，非常適合于大量參數數據的傳輸。一般地，30臺機組的風電場，網絡流量為800kbps，而IEEE802.11支持的帶寬為54Mbit/s。在中央室可以監(jiān)視到所有風機運行狀況，并可以調用存儲的數據信息進行更全面地分析，從而從整體上預測風速和控制風機的運行狀況，并發(fā)出運行指令。

2.2地面無線測控網

地面無線測控網是雙向數據、定位測控無線通信網。它由一個網絡控制中心、多個無線基站和終端組成，形成了一個覆蓋全境的地面無線測控公共服務平臺，可滿足軍地用戶對雙向數據傳輸、移動定位、遙感測控的通信需求。地面無線測控網的兩個最大功能，就是雙向數據傳輸功能和定位功能，并且由于是專網專用，因此具有其他類似系統不可比擬的優(yōu)勢[2]：(1)具有獨立的自用地面通信網，其上行鏈路數據通信訊號源,既是通信信息傳輸的載體，又是定位測控的目標源，不依附任何其他網絡，保證了可靠與暢通。(2)我國本土自主建設、獨立運營，安全性高。

2.3無線傳感網絡

ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。風電齒輪箱的無線監(jiān)控系統有多個終端傳感器模塊、多個路由器節(jié)點，和多個協調器節(jié)點。它們都需要通過無線通信方式交互信息，短距離的無線通信方式最適合這個監(jiān)控系統。而Zigbee的低功耗也大大降低了維護成本，兩節(jié)五號電池支持長達兩年的使用時間。WirelessHART是一種過程自動化應用領域的無線網狀網絡通信協議。它給HART協議增添了無線功能，同時保持了與現有HART設備、命令和工具的兼容性。支持過程和控制值的單向、自發(fā)性的通知、臨時請求，以及大型數據集的自動分塊傳輸。功能和速率可以根據應用定制，進一步降低能耗。

三、結論

考慮到大型風電場對可靠性的要求，預防有線傳輸的不可預知的破壞，有線和無線傳輸的結合將成為風電場通信的趨勢。地面無線測控網作為我國專有的雙向數據傳輸和定位的測控無線通信網，可以和已有的光纖以太網結合，構建完善的風電場通信系統。而在風電領域中使用無線傳感網絡，不僅可以增加機組的整體可靠性，也能降低運維成本，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]么繼強,顧戰(zhàn)松.基于PROFIBUS通訊技術的風力發(fā)電變槳系統的研究[J].中國科技博覽，2009(9):211-211.

[2]楊寧,李平,楊旭紅.地面無線測控網在電力巡檢中的應用分析[J].上海電力學院學報:自然科學版，2009，25(1):23-25.

作者:李煒明 單位:青海黃河水電公司共和風力發(fā)電分公司茶卡風電場