无线通信技术在风电机组中的应用

摘要:本文概述了无线通信技术在风电领域的应用及其发展方向。介绍了当前的风电机组内部的三大通信协议。阐述并探讨了风电领域无线通信技术的三大技术趋势及其前景。

关键词:风电;混合通信;传感网络;无线测控网

一、风电机组内部通信协议

风电机组内部控制系统主要涉及到风速传感器、风向传感器、温度湿度传感器；轮毂中的各类传感器通过滑环连入机舱的主控柜中，机舱与塔底控制柜以以太光纤的形式连接，最后由塔底控制柜接入远程通信系统。PROFIBUS是开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。速度可在9.6kbps~12Mbps内选择且所有连接到总线上的装置均具有相同的速度。广泛用于制造业自动化、流程自动化和交通电力等其他领域自动化[1]。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准。该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，智能仪表已经基本垄断了包括风电在内的众多工业领域。TCP/IP中文名为传输控制协议/互联网络协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是主机之间的数据往来格式，也是英特网的基础协议。广泛的用于民用和工业有线通信之中。

二、主要研究技术方向

2.1有线无线混合通信

随着大型风电场和海上风力发电的建设，风电场监控系统需要采用大容量、可远距离传输并具有高可靠性和安全性的风电场通信系统。考虑到有线介质不可预知的破坏性和现场及时维修的不方便，可以采用基于以太网和无线测控网的大型综合风电场监控系统，以提高风电场的安全性和稳定性。对于就地监控和中央监控之间的通信，采用光纤以太网和无线测控网的混合方式。风电场风机数目多，数据量大，可以采用光纤以太网总线式拓扑结构，其中标准10Mbps以太网比传统方式传输速率高几个数量级，非常适合于大量参数数据的传输。一般地，30台机组的风电场，网络流量为800kbps，而IEEE802.11支持的带宽为54Mbit/s。在中央室可以监视到所有风机运行状况，并可以调用存储的数据信息进行更全面地分析，从而从整体上预测风速和控制风机的运行状况，并发出运行指令。

2.2地面无线测控网

地面无线测控网是双向数据、定位测控无线通信网。它由一个网络控制中心、多个无线基站和终端组成，形成了一个覆盖全境的地面无线测控公共服务平台，可满足军地用户对双向数据传输、移动定位、遥感测控的通信需求。地面无线测控网的两个最大功能，就是双向数据传输功能和定位功能，并且由于是专网专用，因此具有其他类似系统不可比拟的优势[2]：(1)具有独立的自用地面通信网，其上行链路数据通信讯号源,既是通信信息传输的载体，又是定位测控的目标源，不依附任何其他网络，保证了可靠与畅通。(2)我国本土自主建设、独立运营，安全性高。

2.3无线传感网络

ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。风电齿轮箱的无线监控系统有多个终端传感器模块、多个路由器节点，和多个协调器节点。它们都需要通过无线通信方式交互信息，短距离的无线通信方式最适合这个监控系统。而Zigbee的低功耗也大大降低了维护成本，两节五号电池支持长达两年的使用时间。WirelessHART是一种过程自动化应用领域的无线网状网络通信协议。它给HART协议增添了无线功能，同时保持了与现有HART设备、命令和工具的兼容性。支持过程和控制值的单向、自发性的通知、临时请求，以及大型数据集的自动分块传输。功能和速率可以根据应用定制，进一步降低能耗。

三、结论

考虑到大型风电场对可靠性的要求，预防有线传输的不可预知的破坏，有线和无线传输的结合将成为风电场通信的趋势。地面无线测控网作为我国专有的双向数据传输和定位的测控无线通信网，可以和已有的光纤以太网结合，构建完善的风电场通信系统。而在风电领域中使用无线传感网络，不仅可以增加机组的整体可靠性，也能降低运维成本，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]么继强,顾战松.基于PROFIBUS通讯技术的风力发电变桨系统的研究[J].中国科技博览，2009(9):211-211.

[2]杨宁,李平,杨旭红.地面无线测控网在电力巡检中的应用分析[J].上海电力学院学报:自然科学版，2009，25(1):23-25.

作者:李炜明 单位:青海黄河水电公司共和风力发电分公司茶卡风电场