风电场SCADA系统新型RTU的设计与实现

摘要

我国风电产业近年来发展迅猛，装机总容量已远超美国，成为世界的第一风电大国。但我国风力发电场大部分建在偏远地方，占地面积广、运行环境恶劣、技术要求比较高，数据采集与监控比较困难。要使每个风电场安全可靠稳定地运行，就必须有一套完整的数据采集与监控系统对风力发电机参数进行全程跟踪与分析。RTU(Remote Terminal Unit，远程终端单元)作为数据采集与监控系统中一个非常重要的组成部分，主要完成风机实时数据的采集与存储，并接收监测与控制中心的数据传输指令和管理配置指令，完成数据传输和控制任务。现有RTU产品存在数据处理能力不强、存储空间有限、时间不同步、性能不稳定等问题，严重影响了风电场数据采集与远程监控的同步性和可靠性。为解决现有RTU产品存在的问题，本文通过对现在广泛使用的RTU进行分析，设计了一种新型的RTU。
　　本文从风电场对RTU的需求进行分析，结合产品设计原则，采用“由上及下”的层次设计分析方法对新型RTU进行了总体功能分析和软、硬件模块设计。存储模块采用了64GB的可插拔CF卡，当连接数据库的光纤发生故障时，风机数据可以大容量的存储在本地的RTU中；新增GPS芯片对RTU进行高精度授时，为系统提供同步采样时钟；基于NTP协议实现RTU时间同步系统互为备用；为应对RTU所处的恶劣环境，本文还重点设计了抗雷击浪涌电路。在对RTU进行的测试中，首先详细介绍了电磁兼容实验中的静电放电试验和浪涌抗扰度试验，接着用PC机模拟客户机对RTU进行GPS授时试验，然后利用时间综合测量仪TimeAcc测试了RTU时间同步监测系统的功能及精度，最后用模拟器中的风场实际数据对10台RTU样机进行了长时间的功能性和稳定性测试。测试结果表明，本文设计的RTU能有效弥补现有RTU的不足之处，各项指标都能达到设计规范要求。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 风电场SCADA系统国内外发展现状

1.3 风电场监控系统结构

1.4 远程终端单元 RTU的介绍

第2章 RTU总体设计

2.1 功能需求

2.2 硬件总体设计

2.3 软件总体设计

第3章 RTU关键功能硬件设计及实现

3.1 数据采集电路与存储电路

3.2 GPS授时设计

3.3 浪涌保护电路设计

第4章 RTU关键功能软件设计及实现

4.1 实时操作系统RT-Thread

4.2 底层驱动设计

4.3 智能锂电池管理系统设计

4.4 时间同步监测系统设计

第5章 RTU综合测试

5.1 电磁兼容测试

5.2 GPS授时测试

5.3 NTP时间同步测试

5.4 稳定性测试

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间研究成果与参与的科研项目