风电厂气象数据监测和传输系统硬件设计

智慧风电解决方案

目录

1. 智慧风电概述............................................2

1.1 风电行业背景.........................................3

1.2 智慧风电的定义与发展趋势.............................4

2. 智慧风电解决方案不可或缺的部分..........................5

2.1 信息技术与风电技术融合...............................7

2.2 智能化运维体系.......................................8

2.3 数据分析与预测模型...................................9

3. 智慧风电系统总体架构...................................10

3.1 物理层..............................................12

3.1.1 风电机组........................................13

3.1.2 电缆与集电系统..................................14

3.2 网络层..............................................15

3.2.1 通讯网络........................................17 3.2.2 数据传输........................................18

3.3 业务层..............................................19

第６期　陈　玲等．基于ＬａｂＶＩＥＷ的风电场数据采集与处理系统　７７７　

基于ＬａｂＶｌ　ＥＷ的风电场数据采集与处理系统　

陈玲孙冬梅朱靳　

（南京工业大学自动化与电气工程学院，南京２１１８１６）　

摘　要　以ＰＣ机和ＰＣＩ一６２２１数据采集卡为硬件，以ＬａｂＶＩＥＷ２０１０为软件开发平台，设计风电场数据采　集与处理系统。实验表明：该系统能实时采集数据并对数据进行处理并生成报告，在风电资源的评估和　风速预测中取得良好效果。　关键词　数据采集　数据处理　风速预测ＬａｂＶＩＥＷ　风电场　中图分类号ＴＨ８６　文献标识码　Ａ　文章编号　１０００—３９３２（２０１２）０６．０７７７．０５　

风力发电的快速发展，在全球范围内催生了　

一个庞大的风能产业，为有效地利用风力资源，必　

须观测风电场测风以探明当地的风资源储备量。　

风电场数据采集系统的原始数据需要进行处理才　

能用于某些场合，例如风速预测及出力预测等，同　

时由于一些客观因素，采集系统的数据部分缺失，　

或者由于缺陷数据明显不合理。针对这些问题，　

笔者在ＰＣ机中采用ＬａｂＶＩＥＷ图形化编程语言，　

设计数据采集模块，并对采集的原始数据进行处　

理，直观地显示采集的数据和处理数据的结果，并　

具备实时保存数据及生成测试报告等功能，以便　

对风电场基本的气象数据进行长期稳定的远程监　

测与采集并进行处理。　

１　系统总体设计　

根据风电场数据采集与处理的原理，该系统　

包括上位机和下位机。上位机主要是ＰＣ机和ＮＩ　

数据采集卡，通过ＬａｂＶＩＥＷ编制的软件进行实时　

数据采集、显示和处理；下位机包括传感器和信号　

调理电路，用于将采集数据传输到上位机，需要测　

量温度、湿度、气压、风速和风向５种参数。将传　

感器／变送器安装到风电场的合适位置，传感器的　

输出信号经过电流／电压转换，送入数据采集卡，　

再经过数据总线送人上位机，电路结构简单，界面　

美观，操作方便。数据采集卡采用ＮＩ的ＰＣＩ一　

６２２１，是一种多功能的ＤＡＱ数采卡，该数采卡的　

风电场的测风原理

风电场测风是风能开发中的一个重要环节，也是风能开发的前提和基础，它对风电场的设计、建设具有重大影响，做好风电场的测风对风能开发具有重要意义。风的测量包括风向测量和风速测量。风向测量是测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方向上所移动的距离。

一、测风系统的组成

自动测风系统主要有传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置6部分组成。

传感器又分风速传感器、风向传感器、气压传感器、温度传感器（即温度计）。输出信号为频率（数字）或模拟信号。

主机由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成。利用微处理器对传感器发出的信号进行采集、计算和存储。

测风系统一般工作在野外，因此数据存储装置应有足够的存储容量，而且为了野外操作方便，采用可插接形式。进行风能资源数据分析处理时，将已存有数据的存储盒从主机上替换下来获取数据。按数据存储卡容量，一般30～45天提取一次，为保险起见，最好一个月提取一次。数据存储卡替换下来后，应及时提取并存储其内数据以免造成数据意外丢失。提取数据应备份保存，除正在分析使用的以外，至少备份2份保存归档，分别存放在安全的地方，避开可能数据丢失的地方，如静电、强磁场和高温。

测风系统的电源常采用电池供电。对有固定电源的地方，可把其作为主电源，但也配备一套备用电源，主电源和备用电源互为备用，这样可提高系统的可靠性。

因此，测风系统设备应有较高的性能和精度，系统具有防止自然灾害和人为破坏、保护数据安全准确的功能。

二、测风设备

传统测风仪主要是机械式的。机械式测风传感器具有抗强风能力强，风速与风杯转速为线性关系，测量准确度较高等优点。但是机械式测风传感器的机械转动部分会引起惯性迟滞效应，响应速度较慢，无法测量低于启动风速的微风。此外，其机械活动部件在长期暴露于风沙的工作环境下，容易磨损，寿命有限，维护成本较高。

新型测风仪有超声波测风仪、多普勒测风雷达测风仪、风廓线仪等，如非接触式的超声波和激光风速计。超声波风速计通过检测声波的相位变化来记录风速；激光风速计可以检测空气分子反射的相干光波。这些非机械式风速仪的优点在于受气候（如结冰天气）的影响较小，如下图所示。

无线数传电台技术在风电场SCADA系统中的应用

黄春犁;高敏;高金明

【摘 要】为了缩短风电场传统光纤传输时的光纤施工周期及避免光纤故障维护不便等问题，提出了一种基于无线数传电台的无线传输技术，分析了该无线传输技术与传统无线传输技术的不同点与优缺点，介绍了风电场数据采集与监视控制（SCADA）系统结构及要点以及无线数传电台技术，并组建了单台风机无线传输网络系统。系统应用于某风电场SCADA系统的数据传输，运行稳定、可靠，能够实时、准确地收发SCADA系统状态参数等数据。

【期刊名称】《华电技术》

【年(卷),期】2015(000)010

【总页数】4页(P72-75)

【关键词】无线数传电台;远程无线传输;风电场;SCADA系统;视距传输

【作 者】黄春犁;高敏;高金明

【作者单位】华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015;华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015;华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州

450015

【正文语种】中 文

【中图分类】TP274;TM614

0 引言 随着我国对环境保护重视度的提高，风电、太阳能发电等清洁能源得到快速发展，尤其是新建风电场的数量正逐步增加。然而，新建风电场，尤其是海上、沙漠、丘陵等地区的风电场，大多数风机数据采集与监视控制SCADA（Supervisory

Control And Data Acquisition）系统采用的传输方式为光纤双环网［1］，现有风电场SCADA系统容量有限，需要扩容时仍需增设光纤，增加了扩容的工作量，而且预埋光纤大大增加了整个新建工程的施工周期，并且在光纤出现故障时维护不便。为了缩短新建风电场的工程周期，提高现有风电场SCADA系统容量，部分风电场提出了基于无线接入点（AP）［2］及通用分组无线服务技术（GPRS）［3］的风电 SCADA系统无线传输方式，但以上无线传输方式均存在组网困难、抗干扰能力弱、不穿墙、设备安放位置要求高、传输带宽小等缺点，并且需经过多次桥接，使数据的传输衰减增大，降低了数据传输的稳定性。本文提出了一种基于无线数传电台的无线传输技术，并将该技术应用到风电场SCADA系统中，在缩短新建风电场工程周期、提高现有风电场系统容量的同时，有效解决了传统无线传输技术传输距离短、抗干扰性差、组网困难等问题。