基于物联网风电杆塔倾斜沉降监测预警系统

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1、第33卷第5期东北电力大学学报Vol_33．No．52013年1O月JournalOfNortheastDianliUniversity0ct．．2013文章编号：1005—2992(2013)05—0022—06基于物联网的风电杆塔倾斜沉降监测预警系统邬春明，林欢，田章超(东北电力大学信息工程学院，吉林吉林132012)摘要：为了保证风电场风力发电的顺利进行，减少因风电杆塔故障造成的损失，提出一种基于物联网的风电杆塔倾斜沉降监测预警系统。系统借助物联网把数据传送到监控中心，在监控中心根据风电杆塔倾斜沉降

2、监测预警算法进行数据处理，观测杆塔状态的发展趋势，以达到预警的目的。系统费用低廉，自动化操作，减少了人力物力的投入。关键词：倾斜；沉降；物联网；预警算法中图分类号：TM614文献标识码：A风电是开发技术成熟，开发成本低，也是具有大规模开发价值的可再生能源，全世界主要经济体不约而同的将风电发展列入国家能源优先发展战略之一llJ。风电杆塔在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动，是风力发电装置的主要受力部件之一，在各种力和力矩的作用下，有可能发生倾斜和沉降，当杆塔严重倾斜甚至倒塌时，将会给风力发电场造

3、成巨大损失，甚至造成灾难儿。目前对杆塔的巡检主要采用人工巡检方式，检测结果精度低，劳动强度大，浪费了大量的人力物力。该系统利用无线传感器网络进行数据的采集和传输，在监测中心进行数据处理，预测发展趋势，并与阈值进行比较，必要时自动报警，以便工作人员及时采取补救措施。1应用分析1。1电力物联网技术物联网技术是电力设备监测与管理实现智能化、自动化的有效手段。电网中风电杆塔监测应用的物联网体系结构主要分为感知层、网络层和应用层。感知层又分为感知控制子层和通信延伸子层。感知控制子层是对物理世界感知、识别、信息采集的

4、各类传感器网络，通信延伸子层是将物理实体连接到网络层和应用层的通信终端模块或延伸网络。监测系统通过感知控制子层实现各环节的信息采集，并通过通信延伸子层接入到物联网的网络层。网络层包括接人网和核心网，实现感知层与应用层间信息的传递、路由和控制。应用层是将物联网技术与智能电网相结合，实现电网运行的智能化J。1．2系统结构及监测过程本文主要对物联网体系中的感知层进行了研究和设计，采用低成本、低功耗和传输稳定的ZigBee无线传感器网络来构建感知层。在该层面中，每个ZigBee节点与一个或若干个采集模块相连接，负

5、责采集相应的数据，并把采集到的数据转发给ZigBee协调器。在感知层，通过传感器来监测杆塔的倾斜收稿日期：2013—07—10基金项目：吉林省科技发展计划资助项目(20130206050GX)作者简介：邬春明(1966一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学信息工程学院教授，硕士，主要研究方向：电力系统保护，短距离无线通信．第5期邬春明，等：基f-@~N的风电杆塔倾斜沉降监测预警系统23和沉降。监测系统结构如图1所示。在上层通信层加装一个ZigBee协调器，负责接收ZigBee节点发送来的数据，再利用GSM

6、公网将接收的数据发送到终端数据处理中心，完成对数据的分析处理，以图形和报表的形式显示最终的处理结果，并根据需要将数据存储。2节点硬件设计系统由ZigBee网络终端节点、路由器节点和网络协调器节点和监控机组成。2．1传感器的选型及安放该系统通过大量的VTI高精度双轴倾角传感器芯片SCA100T测量出杆塔的倾斜角度儿，通过QSY6OOA型智能化沉降观测系统测量出杆塔的沉降量。2号杆塔在杆塔的顶部，2／3处和1／3处分别放置3个倾图1系统结构图斜传感器和1个RFD(ReducedFunctionDevice)Z

7、igBee节点，每处的3个倾斜传感器成120度夹角。在杆塔底部的四个角和中心各放置一个沉降监测点，将一个FFD(FullFunctionDevice)ZigBee节点与QSY600A型智能化沉降观测系统的数据收集点连接，采集沉降数据，并且负责连接该杆塔其他ZigBee节点与外界其他杆塔传输数据。2．2CC2530芯片及外围电路第二代ZigBee收发器CC2530芯片沿用了以往CC2430芯片构架。是用于2．4GHzIEEE802．15．4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案

8、。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8KBRAM和许多其他强大的功能。它还具有不同的运行模式，适应超低功耗要求的系统[93。CC2530芯片及外围电路如图2所示。Q图2CC2530芯片外围电路东北电力大学学报第33卷2．3CC2591芯片为提高监测系统中协调器和路由器节点的无线传输性能，在CC2530的射频前端加装一款高