基于Zigbee的超声测风与风电监控技术研究

【摘要】：随着社会经济的快速发展，人们对能源的依赖日渐增强。地下资源供应不足等难题日益突出，新能源开发与能源安全有效使用成为全球亟需解决的重大问题。众多新能源中，风能以无污染、高储量、使用便捷等优点受到了世界各国的青睐。然而由于风能具有很强的随机性，风电场的气象数据精确测量以及风电场的有效监控成为了风电产业良好发展的重要因素。在此背景下，本课题开展了基于Zigbee的无线网络化超声测风装置的开发以及基于风速预测为基础的风电监控系统的研究工作。 本文在介绍了风电场数据采集与监控系统的组成和关键技术的基础上，首先对不同风电监控系统的原理进行了对比，确定了适合本课题的网络化风电场数据采集与监控系统模型；其次，将Zigbee技术应用于风电场数据采集与监控系统的开发，设计了一种新型的网络化风电场测风装置，装置采用C8051F120低功耗单片机为核心，实现了风速风向的高精度测量。然后，对基于Zigbee无线网络的远程风电监控系统进行了设计，并重点研究了基于马尔科夫的改进风速预测模型的研究，在此基础上设计了监控系统。监控系统可利用Zigbee网络实现数据采集装置的数据读取与节点监控，并依据该数据实现风场预测进而提供风电机组运行参考信息。最后，利用现有实验条件，对基于Zigbee的超声测风装置与风电场监控系统进行实验验证，实验结果表明，基于Zigbee的超声测风装置与监控系统可有效实现风速风向数据的高精度采集、数据的准确实时传输、监控系统具有良好的人机交互性，风速预测精度达到较高标准。 基于Zigbee的超声测风装置与监控系统可实现风电场气象数据的高精度采集，可在风电场风机布点变化时自动进行网络重建，可高效进行风电场风机定位监控以及风电场风速准确预测。本文实现的系统方案，特别是基于Zigbee的无线网络化远程监控技术的研究，为风电系统的风功率预测及高效安全运行提供了一个先进的解决方案。 【关键词】：风电场 数据采集 Zigbee 风电场监控 风速预测
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TP274
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目录10-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题背景及意义13-15
• 1.2 风电场数据采集与监控系统研究现状15-17
• 1.2.1 国外研究现状15-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 本文的研究内容及结构17-19
• 第2章 风电场数据采集与监控系统关键技术19-30
• 2.1 风电场气象数据采集装置19-21
• 2.2 风电场数据通信装置21-27
• 2.2.1 无线传感器网络简介24-25
• 2.2.2 基于 Zigbee 的风电场数据通信装置25-27
• 2.3 风电场监控系统的 C/S 架构方案27-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 基于 ZIGBEE 的超声测风装置设计30-41
• 3.1 风电场数据采集装置硬件设计30-36
• 3.1.1 C8051F120 处理器30-32
• 3.1.2 电源模块32-33
• 3.1.3 通信模块33-34
• 3.1.4 显示模块34-35
• 3.1.5 JTAG 电路35-36
• 3.1.6 控制电路36
• 3.2 风电场数据通信装置硬件设计36-39
• 3.2.1 CPU 电路37-38
• 3.2.2 射频电路38
• 3.2.3 外设电路38-39
• 3.3 系统实物图39-40
• 3.4 总结40-41
• 第4章 基于 ZIGBEE 的数据采集与监控系统软件设计41-64
• 4.1 数据采集装置软件设计41-43
• 4.1.1 系统初始化41-42
• 4.1.2 系统主程序及中断设计42-43
• 4.2 数据通信装置软件设计43-51
• 4.2.1 Zigbee 协议栈简介44-46
• 4.2.2 网络协调器软件设计46-49
• 4.2.3 网络路由器/终端节点软件设计49-51
• 4.3 风电场监控系统设计51-55
• 4.3.1 风电场监控系统框架与监控需求51-53
• 4.3.2 监控系统工作流程53-55
• 4.4 风电场风速预测模型55-63
• 4.4.1 基于马尔科夫的改进风速预测模型56
• 4.4.2 小波分解与重构56-57
• 4.4.3 ARMA(p,q)预测模型57
• 4.4.4 马尔科夫状态转移57-58
• 4.4.5 模型验证58-61
• 4.4.6 多种方法比较与误差验证61-63
• 4.5 小结63-64
• 第5章 系统测试与分析64-72
• 5.1 数据采集装置以及通信装置测试分析64-67
• 5.2 风电场监控系统测试分析67-71
• 5.2.1 监控系统数据采集67-68
• 5.2.2 监控系统数据分析68-70
• 5.2.3 监控系统远程控制70
• 5.2.4 监控系统用户使用记录70-71
• 5.3 小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果78-79
• 致谢79-80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

海上测风塔塔架设计的关键点分析    吴继亮;刘超;

一种新型测风塔的稳性分析    张峰;杜小聃;

广西风电场测风塔设立综述    孔建荣;

广西新建风电场测风塔采用先进的测风设备    沛吉;

浅谈相关性修补测风数据的应用    谢军;

风电场测风塔选址方法    包小庆;张国栋;

工程建设    

福建漳浦六鳌海上测风塔系统    张毅强;郑阿萍;

海上测风塔基础与承台灌浆连接技术    黄立维;邢占清;张金接;

海上测风塔垂度测量及误差分析    郑佳;张彦昌;杨海忠;

海上测风塔架设计施工技术进展    胡晓静;任东辉;

香港中华电力测风塔建造技术浅析等    陈明;苏健;张大伟;高本金;徐翔;

福建漳浦六鳌海上测风塔系统    张毅强;郑阿萍;

用短期测风加资料推算整年长期风速的方法探讨    汪青春;王志俊;朱西德;秦宁生;

山东沿海风能观测网测风塔设立综述    刘焕彬;董旭光;

浅谈测风塔的防雷措施    苏义;花彦明;

近海导管架式测风塔主结构建造方法    张慧池;孙雪梅;张付喜;孙金丽;

风能资源专业测风塔防雷技术应用    李堂椿;

基于测风塔的台风期间风能资源评估    周后福;鲁俊;

山区风电场测风数据订正分析    甘启娣;

烟台建设五座测风塔    YMG记者 徐中华

阿旗立塔测风工作全面展开    记者 冯启良 李云飞

我国陆地最高测风塔落户星子    记者 徐金前

甘肃省气象局完成测风塔选址踏勘工作    林纾龚建福

自治区测风塔建设工程全部完工    记者 王国英　通讯员 高春香 云艳

400座测风塔细听海陆“风言风语”    首席记者 任荃

我市建成4座测风塔    记者 李志峰　实习生 郝园园 刘然

测风塔探路 风电站跟进    沈阳　本报记者 米色你阿木

72米高测风塔开建    本报记者 马庆昆　王怀宇

我国将建400座测风塔    朱国亮

用于海面风功率预测的风速预报方法与海陆交界处风特征研究    白龙

测风塔安全在线监测系统设计与实现    幺伦韬

山西应县白马石风电项目经济性评价    王凡

风能资源评估的参数计算和统计分析方法研究    高春香

大唐吉林向阳风电场风机布置方案及发电量研究    李钦伟

风电功率预测系统设计研究    唐振宁

基于Zigbee的超声测风与风电监控技术研究    伊跃

铁岭石虎风电场可行性研究    姚鑫

乌力吉风电场二期项目资源条件分析及效益评价    李长盛

复杂地形风电场风资源分析及风场选址    庞浩