风电场风机远程环境监控方案

风电场风机环境无线远程监控方案
深圳市创想网络系统有限公司
2020-07-1
一、需求分析
随着我国风电行业的大力发展，风电场的数量日益增加。

由于风电场风机大多设计在荒山、荒地、海滩、沙漠等条件恶劣、人烟稀少的地方，往往导致运维人员不便出入，在外暂留时间短的情况，常常导致设备的安全隐患不能及时发现；有时会造成设备损毁、系统瘫痪的严重的后果。

对于风机分布区域广、数量多、室外条件复杂，环境恶劣等特点，其设备的安全保障和运行维护，使用光纤网络经常断线，维护难，维护周期长，等存在着诸多问题。

如何实现风机的安全、高效运行，并且最大范围内降低风电场运行维护成本是风电运营商急需解决的问题。

为此提出了风电场风机远程环境监控的需求。

深圳市创想网络系统有限公司针对风电行业自身特点和需求，采用全无线组网方式推出了更适合风电行业实际运营状况的风电场”风机环境无线远程监控系统“。

风电无线远程环境监控系统应用远程无线网络通讯技术、视频编码技术、红外成像技术、嵌入式网络采集及控制技术，实现风机运行环境、安防、消防等现场信息的统一监控采集，提高了设备及系统维护的及时性和准确性，确保被监控对象的运行正常，达到风电企业提高效率、减员增效的目的。

风电场风机无线远程环境监控系统主要包括三部分内容：
●风电智能集控管理系统（监控中心）；
●通信网络，包括风机内各设备的连接通讯，以及风电场与监控中心的干线通信；
●风电场数据前端，包括风机的视频、运行环境及安防等数据信息。

风机无线远程环境监控系统将前端风机数据通过无线网络集中到控制中心，可极其方便地为风电场的设备管理和环境监控提供一体化的解决方案，系统实现7×24小时的统一监控
与管理，极大地减轻了风电场维护人员工作负担，同时又大大提高了整个系统运行的可靠性、稳定性和兼容性、可扩性，实现了风电场的科学管理。

二、建设目标
风机无线远程环境监控系统的总体目标是通过对风电场各风电机组的统一监控和管理，实现控制中心可以查看各风电机组环境状况、设备安全状况、安全防范状态、设备运行状态、视频图像等，并进行数据的存储、分析处理。

通过无线远程环境监控系统的建设，要能实现以下目标：
➢建立一套完整的无线远程环境监控系统，实现对风电机组运行状况的7×24小时全面集中监控和科学管理；
➢通过无线远程环境监控系统的建设，保障风电场设备的安全稳定运行；实现风电场动力和环境的集中维护管理，提高风电场的维护效率；
➢为系统中风电场设备的运行提供高度稳定可靠的监控信息资源；
➢节省风电场运行管理费用，帮助用户达到短期投资长期受益的目的；
➢为用户的信息化、网络化系统提供一个稳定、安全的风电场环境保障，确保提高管理工作效率并为用户提供安全舒适的工作环境；
➢系统可适应发展需要，做到具有可扩展性及灵活可变，适应使用环境的变化和工作性质的多样化。

三、系统整体规划设计
3.1 设计依据
系统设计依据客户需求中的风电场建设设计的相关图纸，参照风电场建设技术标准、规范，并借鉴其它风电场建设项目丰富的施工经验，满足风电场无线远程环境监控系统业主需求。

工程建设满足国家现行电子信息系统设计规范。

工程设计、施工、验收时需满足下列标准及规范（包括并不限于以下标准及规范，如各标准及规范对相同内容有不同规定时，遵循更严格的标准。

如有更新版本，按照新版本执行）。

⏹《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)
⏹《风电场安全规范》
⏹《风电场施工验收规范》
⏹《安全防范工程程序与要求》（GA/T 75-94）
⏹《电子信息系统机房施工及验收规范》(GB 50462-2008)
⏹《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16--2008）
⏹《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB 50169-2006）
⏹《工业企业通信接地设计规范》（GBJ 79-85）
⏹《产品制造商的产品手册、设计规范、施工安装指南》
3.2 设计原则
风机无线远程环境监控系统严格按照风电场建设有关技术防范的规定建设实施，采用高标准的监控系统设计原则，达到“国内领先、国际先进”的总体建设目标。

本设计方案自始
至终体现了以下的设计思路：
（1）技术先进性：采用先进的技术、方法、设备，使系统既成熟可靠又能反映当今应用水平，并具发展潜力。

（2）系统可靠性：系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品，各模块间互相独立，互不干扰，在设备更换时不影响整个系统的正常工作，保障系统全天候正常运行；系统的局部故障不影响整个监控系统的正常工作。

（3）系统的电磁兼容性：现场采集器硬件设备具有良好的电磁兼容性，监控设备本身不产生影响被监控设备正常工作的电磁干扰，并具有较强的抗电磁干扰的能力。

（4）系统开放性：整个系统应具有开放性，符合相应的国际标准和协议。

提供开放的网络接口和数据接口，使不同的产品能够协同运行，方便数据交换、信息共享。

（5）系统可扩展性：系统的建设采用模块化结构，具有灵活的多级组网功能，模块化结构有利于扩容与扩展，扩展成本低廉。

（6）系统易维护性：软件系统中文化，操作简单方便，日常维护时间少，所有的监控内容均在一个软件平台中察看，具有统一的监控界面，并能在监控中心实现所有风机的远程集中管理、维护及升级。

（7）系统安全性：系统硬件设备应具有良好的防护性能，不会对人员的身体造成伤害。

系统硬件可以同时提供交、直流电供电接口，应能在安装现场给出的基础电源条件下不间断地工作。

系统具有高度的安全性和保密性，通过设置分级保护、控制数据存取的权限，防止对系统的非法侵入。

（8）系统节能性：充分考虑整个设计环节的节能标准，在达到使用要求的基础上，尽可能地节约能源和资源。

（9）系统经济性：系统配置满足性能价格比在各种同类系统和条件下达到最优，并充
分考虑系统的运行成本，并使之达到最小化。

四、系统方案设计
1、安装在风力发电机座上的高清网络摄像机和数据采集设备将图像编码及采集数据编码成IP数据后，通过LP5800-23I无线远端站传输到汇聚点的LP5800NT-WBS无线基站，然后由无线高带宽汇聚微波，将监控数据传到风电厂的四角的数据汇聚中心，再以光纤或无线方式接入控制中心。

通过控制中心的硬盘录像机及数据采集服务器进行数据存储及调用，实现远程查看风机现场实时图像及获取风机数据等功能。

单个风机与汇聚基站的连接示意图如下：
网线
温湿度传感
门锁
水浸传感
交换机
数传与控制设备
DTCU
2、对于风电场4公里范围内的2000台风机监测，2000台风机分布在长宽4KM的区域内，组成40*50的阵列，由于数据量很大，我们把风机田分为四个区域（A、B、C、D），每个区域分布500个风机。

每个区域形成约25*20的风机阵列。

我们使用无线基站LP5800NT-WBS把每区域的单列的无线汇聚到区域的外侧（无风机的一侧），每个风机上安装无线远端站。

把数据发射到位于外侧的无线基站，各区域的基站汇聚本列的数据后，每个无线基站再安装一台无线远端站，通过另外一套高带宽的无线基站汇聚到端点。

B区基站部署
D区基站部署
ABCD每个区域的500个风机的监控及生产数据，通过无线远端站传到外侧的汇聚基站，再通过外侧基站安装的中继无线远端站，传输到对角的汇聚中心。

在整个风机厂的四角分别建设四个分监控中心，用于监控数据和生产数据及风电发电机动力环境监测的服务器。

4KM范围内无线链接拓扑
使用光纤或者使用高带宽的无线微波，将四个节点的数据最后汇总到总的生产控制中心，即可完成整个风电厂的，视频监控，生产数据，环境监测的各种数据的传输，解决了光纤易断，维护难度大，费用高的问题。

整体无线网络拓扑
本方案的特点：
⏹使用无线网络做数据传输，不收地形和空间的限制，组网简单，工期小，工程量小，
成本低，不会因为施工造成地质隐患。

⏹使用无线网络故障容易排查，不受天气和地形影响网络数据恢复，
⏹使用单列同向的无线设备部署方式，向外发射信号，大大减少了无线终端与无线终
端之间的干扰，同时使用定向天线，可以最大限度控制整行的无线终端直接的无线
干扰，大大提高了无线频谱的利用率，是巨大数据的无线终端在小范围内同时传输
高数据量的带宽，而且不相互影响。

视频监控数据传输
1.HD 高清图像质量
高清摄像机提供高清编码功能，每部高清摄像机可输出HD1080p 高清画质的图像。

2.远程监控功能
监控总中心能够使用监控软件在电视墙上随时调看监控区内任意监控点的实时解码图像，并可在客户端上点播保存在每台网络存储设备上的录像文件，用于例行巡检和事后追溯。

当监控区内有事件发生后，领导可控制监控点云台转动和镜头变焦来调整监控范围并调取相应的录像文件，对相关事故情况进行分析做出决策，及时通知各管理部门采取相应措施，从而显著减少由于处理不及时造成的损失。

3.网络传输功能
高清摄像机自带编码网传功能，基于TCP/IP 标准协议栈实现网络通信，授权用户可以通过网络访问监控系统图像，控制前端高清摄像机。

4.图像显示功能
网络上传输的高清视频信号，通过解码设备，按一定的分割和轮循规则显示在电视墙上，也能显示在客户端上。

5.资料存储与共享
系统具备高清视频流的存储功能，授权网络用户可以从点播服务器远程调看、下载视频资料。

提供转码工具，转换为标准MP4格式。

视频流由流媒体转发给客户端、解码器、存储设备，实现高清摄像机仅需输出1路码流便可供实时预览和存储使用。

6.管理服务功能
通过管理服务器，统一管理存储设备的音视频资料的访问，提供统一访问管理，通过统一设备配置管理。

具有整个系统最高权限。

7.远程询问指挥功能
实现总控中心对分控中心工作人员的信息指导，结合现场图像进行声音指导，实现声音的网络传输和控制。

8.系统日志功能
系统自动记录系统的操作日志和运行日志。

无线网络视频监控特点：
监控目标覆盖范围更广、提高监控效能
在高清监控技术构架下，单台高清摄像机能够相当于几台普通摄像机的监控覆盖面，且图像分辨率更高、信息量更丰富，因此采用高清监控可以非常有效的缩减系统规模，节省传输链路和设备，从而减少总体建设成本，高清监控技术将推动视频监控系统建设应用向着集约化、效能化转变。

一台高清摄像机即可实现原先需要多个摄像机才能达到的功能。

网络布点、接入灵活
相对于模拟摄像机加视频服务器，只要有网络接入的位置都能安装网络摄像机，部署更便捷。

无需考虑视频编码器的存放位置、工作环境等因素，应用更灵活。

五、风机无线远程环境监控系统功能
风电场风机无线远程环境监控系统可实现风电场远程集中监控管理，工作人员在控制中心即可统一对风电场中风机的运行状况进行查看及远程维护。

风机无线远程环境监控系统实现的主要功能有：
1、运行环境监测
风机内安装创想数传与控制设备DTCU，并在DTCU后端接入温湿度传感器、水浸传感器等实时监测风电机组的运行环境。

数据径交换机接入LP5800-23I，再经无线回传至控制中心，配合创想物联集中管理平台，可在控制中心实时查看前端风电机组的运行环境。

2、门禁集中管理
创想数传与控制设备DTCU提供门禁控制功能，DTCU与门禁系统连接，配合创想物联集中管理平台可实现风电场门禁的远程集中统一管理，实现门禁授权（包括远程授权开锁、授权开锁时间设定、授权开锁人员设定等）、开关锁记录、门禁开启报警等功能。

六、主要设备介绍
1、LP5800NT-WBS 多模块蜂窝基站
LP5800NT-WBS是专门为室外大区域密集用户条件构建优
化微蜂窝网络而设计的高性能蜂窝基站，适合从室内到室外的
无线城域网部署环境，该系统使用了多天线的智能多单元无线
配置，设备可在各种覆盖环境下自动调整，在非视距（NLOS）
环境下依然能够实现大范围无线覆盖，其蜂窝结构大大减少了实时业务的延时，有效支持实时业务应用。

LP5800NT-WBS蜂窝基站是一款成本低廉、安装快捷的“最后一公里”网络接入设备，可以在复杂室内外环境下提供大范围的信号覆盖，当运营商部署一个区域网或城域网时，可以使用较少的设备和回程设备建设整个网络，从而使系统成本投入降到最少。

LP5800NT-WBS蜂窝基站可以作为配合设备被部署在现有的2G/3G微蜂窝网络中、甚至室内分布系统中，并提供高速率的移动数据服务。

在每个无线微蜂窝内安装一台LP5800NT-WBS 可以实现三个信道的捆绑，为该区域内的移动用户提供共计216Mbps 的高速率网络接入。

LP5800NT-WBS蜂窝基站采用的创新性系统架构和Linux嵌入式高速运算系统，独特地将多达3-6个高功率无线网络单元有机融合为一体，在满足大区域高带宽网络覆盖的同时，满足多路由无线或有线接入运营网络的需要。

其丰富的运营管理功能、业务适应性以及优异的蜂窝覆盖效果可以最大限度地保护运营商的投资。

2、无线远端站
LinkPower™ LP5800-23i 是工作在5GHz 频段上的全室外工作的高速运营型无线传输设备，支持点对点（PTP ）和点对多点（PTMP ）的网络结构。

LP5800-23i 系统是真正实现高性能、多功能、适合ISP 运营管理的安全型设备，融合
了无线接入以及骨干网连接的功能。

采用的多重抗干扰技术以及TDMA 多址技术,都完美的保证了视频传输的质量以及安全性。

全面的无线安全防护， LP5800-23i 具备防 ARP 欺骗、DOS 攻击防御等一系列无线安全防护功能，从根本上为用户构建真正安全可靠的无线网络。

LP5800具有先进的抗邻区（inter-cell ）互扰能力和双向自适应调制能力，能够在8种调制方法中（从BPSK 到64QAM ）依次调节无线链路质量，不仅优化了频谱利用率，还解
管理实现方式
Web 浏览器接口；SNMP V1；
LPRCMS(Linkpower Remote Configuration Management System)
环境和物理性能
工作温度 -35～65℃ 存储温度 -40～80℃ 湿度 ≤95％（非凝结）
供电方式 -48VDC
主机尺寸 290×200×89mm
电压
-48VDC 或220VAC 转
48VDC
重量
5Kg （毛重、不含天馈） 最大功耗 36W （3BS ）,80W(6BS)
安装
安装抱杆或壁挂
决了既定网络环境下的信号衰减问题，从而保证了最高的数据吞吐量，迎合环境的挑战。

LP5800具有强大安全管理机制：
多重安全措施：支持64bit/128/152bit WEP加密、802.1x、WPA、MAC地址过滤等多种安全方式。

可设置远端站管理功能，保护各远端站用户的信息安全；
隐藏SSID号，防止同信号的侦听，支持MAC 地址过滤；
高安全性，基于MD-5 CHAP的接入认证，卡内建128 bit WEP无线加密或128 bit RC4加密。

产品特点：
●支持点对点及点对多点，点对多点应用中，目前支持12个远端站，最多可以订制连
接64个远端站；
●高速远距离通信，内置天线设备带23dBi天线，距离可达5-10KM；外接天线型设备
在RF端口连接外置天线时，优化的距离算法支持30KM的远距离传输；
●高数据速率：空中速率高达300Mbps（净速140Mbps）；
●兼顾长距离和短距离应用的专有的速率适应算法，能够为各种的传输距离进行专门
优化；
●支持TCP/UDP/IP，IPX/SPX等多种上层协议传输
●内建生成树协议；
●10/100/1000M自适应接口，与有线网IEEE 802.3兼容，设备通过POE供电；
●友好的WEB方式管理，同时支持Telnet，监控管理更方便；支持配置文件导入/导出
和软件升级；
●隐藏SSID号，防止同信号的侦听，支持MAC 地址过滤；
●高安全性，基于MD-5 CHAP的接入认证，卡内建128 bit WEP无线加密功能，或
128 bit RC4加密；
●内建带宽控制，支持远端从桥设备以1k为单位的带宽控制，具有QoS服务品质保障。

●支持远端从桥间二层隔离
●防风、防雨、防雷、防晒、防尘、防震以及散热设计。

● 5.1-5.8G频段工作能力，在特殊情况下，可以特殊设置以增加可用频点，回避干扰。

3、LP5800-5F电信级远距离无线宽带接入设备
LP5800-5F 高带宽无线传输系统
LP5800-5F 利用4x4:4 MIMO 和变革性的工程设计为服务提供商提供与光纤相同的容量、速度和可靠性。

凭借着其1.4 Gbps 的PHY 速率以及极高的可靠性，LP5800-5F 将重新定义千兆无线技术。

LP5800-5F 的吞吐量能够达到750Mbps，LP5800-5F可以搭配任何双极化天线，运行频率范围为4900-6000 MHz。

LP5800-5F 提供了一系列室外无线市场中前所未有的全新功能。

2.双链路在两个非相邻信道上实现负载平衡，以免因干扰造成传输中断，从而彻底改变了无线回程的可靠性。

如果一条信道受到干扰，无线设备会在保持连接的同时搜索新的替代信道。

更加锦上添花的是，双链路还降低了搜索拥堵区域中可用频谱的难度。

目前，带宽可分配在两个不同信道中。

如此一来，吞吐量不变，而复杂性却大大降低。

3.TDMA-FD
对于干扰严重的环境，新增的TDMA-FD（频率分隔）功能允许每台无线设备在针对本地干扰进行了优化的独立首选接收信道上工作。

接收窗口完成后，无线设备随后会跳转信道，转为在远端无线设备的首选信道上接收信号。

可为1 x 20/40/80 MHz 模式启用此模式，IP 吞吐量最高可达到750 Mbps。

4.无线干扰瞬息万变，您的网络需要适应这种情况。

Linkpower LP5800-5F 利用历史数据和实时数据不断进行频谱分析，从而可动态地进行更加智能的决策。

全自动处理功能将根据环境反馈自动调整频率、信道带宽以及功率等级。

如果用户希望实现更多操控，可关闭此功能。

5.频谱资源越来越稀缺，而传输的数据量却越来越多，因此将设备共址势在必行。

这对于市面上大部分产品来说一直是个难题，但LP5800-5F 却采用更先进的方法克服了这一问题。

LP5800-5F 使用标准GPS 和GLONASS 进行同步，可确保网络上的所有无线设备都同时发射和接收数据，从而可避免无线设备相互干扰。

为了更大限度地提供保护，我们采用了最先进的射频隔离技术，允许无线设备在非常靠近的位置工作。

6.20 瓦：为了节约运营成本，我们设计的理想解决方案可实现基于太阳能部署：以20W 的功耗实现GPS 同步，达到750Mbps 的性能。

室外保护：室外保护外防护等级达到IP67、工作温度范围得到扩展、集成ESD 防护，这些都使LP5800-5F 成为坚固的设备。

安装和维护室：专有的2.4 GHz 管理Wi-Fi 允许您站在塔下用智能手机对LP5800-5F 进行配置。

智能GPS 辅助对准技术可对链路的最佳信号进行测量，以便进行微调。

7. Linkpower TDMA 协议建立了PHY:MAC 效率和频谱重用的新基准。

8. 每个Linkpower 无线回程设备都配有集成式高灵敏度GPS + GLONASS 接收器，可达到较高的卫星信号接收效果，并采用基于协调高精度1PPS定时，从而协调发射/接收同步。

将无线设备配置为相等(50%/50%) 或不相等(75%/25%) 的上/下行比率，可最大限度地增加下行链路方向的吞吐量。

9.串流功率峰值-多串流MIMO无线设备通常会选定所有串流MCS速率最低的串流，这样会导致性能严
重下降。

linkpower的无线回程设备会不断地将单独的串流接收登记告知远端无线设备，以达到可以实现的最高MCS速率。

预测性AGC-如果单个客户端发出一致的信号，Linkpower 的自动增益控制功能会将接收信号振幅的增益窗口变窄，以容纳下一传入数据包（变窄8 dB）,从而可加快数据包信号级检测。

精确接收激活-利用此项技术，接收器仅会在数据包预计通过链路到达时进行精确激活，如此一来，接收器就不会早于预期开始编码，从而有效降低了潜在的干扰。

智能频谱管理有效扫描可监控/记录各通道上存在的射频干扰（不影响服务）
对信道和带宽的使用状况，进行动态自动优化
安全128位AES PSK ,含硬件加速
QoS 支持4种预先配置的QoS等级
GPS位置GNSS-1(GPS+GLONASS)
Linkpower™LP5800-5F系统性能参数
4、数传与控制设备DTCU
LinkPower数传&控制终端DTCU，可采用
4800~230400bps的各种标准波特率连接用户
RS232/RS485设备、采集多路模拟量信息上报预定
服务器、执行经服务器发送的控制命令等。

区别于传统DTU，DTCU额外具备多路传感器接
口和对外接设备的多路控制开关功能，如作为物联网锁、阀门、摄像机等的控制单元实现远程开闭、或使用手机APP或小程序经平台获取密钥与DTCU的蓝牙单元对接实现本地开闭受控设备。

配套APP或小程序也可以利用DTCU的蓝牙功能对设备进行参数设置、状态采集、以及通过设备的RS232/RS485、I/O口实现与DTCU连接设备的本地数据采集及传输。

产品特点：
1.标准的RS232/RS485接口；
2.6路隔离的传感器数字量采集Ｉ/Ｏ；
3.多用途蓝牙：支持低功耗蓝牙
4.2/
5.0协议，可作为控制、采集和配置使
用；
4.特别提供2路开关控制端口：可作为外联物联网设备的控制单元；
5.多种低功耗唤醒方式：RS232/RS485接口数据激活，蓝牙对接激活，AT指令等方式激活，也可以按照用户的要求进行定制Ｉ/Ｏ激活；。