风电场SCADA系统数据通信设计与实现

摘要

风力发电由于其可再生及无污染的优势，在我国具有良好的前景和发展现状。而随着各种新型通讯技术的普及，以及风电场的运行、控制、维护、并网等特殊性，风电场的运行对信息化建设要求不断提高，必然要求SCADA系统加强高质量通讯的能力，提高数据传输的实时性和可靠性。本文在详细研究了风力发电的SCADA系统工作原理和已有的通讯方式后，完成了以下内容： (1)利用OPC技术将SCADA系统就地控制部分与（PLC控制器）中央集控室之间的通信接口标准化，把采集到的风机信息以标准接口的形式发出去，将OPC协议作为数据传输接口技术的数据访问规范用于SCADA 系统的数据传输，使不同厂家的SCADA系统之间能够进行通信，解决了信息孤岛的问题。 (2)将Modbus/TCP协议用于SCADA系统数据通讯，设计基于Modbus/TCP的数据采集接口模块，将SCADA系统中就地控制系统控制器采集的信息传输到中央集控系统。将不同风机厂家的风机控制设备互联成风场监控网络，实现风场的实时监控。同时利用客户端与服务器软件对采集的数据进行了通讯测试，获得了预期的数据传输效果。 (3)对风电机组无线通信进行了研究，完成了基于ZigBee协议的传感器和协调器节点的软件与硬件设计。利用ZigBee无线技术组成了无线传感器网络，将其安装到监测点上实现风电场SCADA系统的无线传输，以此实现监测风电机组的运行状态，达到了低成本、低功耗、易扩展的效果。 以上不同通讯技术与风电场SCADA系统的结合应用，可以高效率的利用SCADA系统采集的机组状态信息进行设备间的通讯来实现故障诊断、参数调整，以达到更优更快捷的监控当前设备运行工况的要求，使风电场发电效率和安全指标得到进一步的提高。

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第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 本文研究内容

第2章 基于OPC技术的SCADA系统数据通讯

2.1 OPC技术简介

2.2 OPC技术规范

2.2.1 OPC 通讯

2.2.2 OPC逻辑对象

2.3 OPC技术在风电场SCADA系统的应用

2.3.1 风场前置机

2.3.2 风场协议转换器

2.3.3 实时/历史数据库选择

2.4 OPC客户端的开发

2.4.1 连接服务器

2.4.2 同步读操作

2.4.3 同步写操作

2.5 OPC数据访问服务器测试

2.6 本章小结

第3章 Modbus/TCP协议在风电场数据通讯中应用

3.1 Modbus/TCP协议简介

3.2 Modbus/TCP协议数据包分析

3.3 基于Modbus/TCP协议的风场通讯软件设计与仿真

3.3.1 SERVER端编程

3.3.2 CLIENT端编程

3.4 风电机组Modbus/TCP协议通讯地址点表测定

3.5 本章小结

第4章 基于ZigBee协议的风电场无线传输分析

4.1 ZigBee简介

4.1.1 ZigBee技术

4.1.2 Z-Stack协议栈简介

4.2 风电场无线数据传输系统结构设计

4.2.1 系统结构介绍

4.2.2 网络拓扑结构

4.3 设备节点的软件设计

4.3.1 传感器节点的软件设计

4.3.2 控制中心节点（协调器）的软件设计

4.4 设备节点的硬件设计

4.4.1 传感器节点的硬件设计

4.4.2 协调器节点的硬件设计

4.5 安全性与稳定性设计

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论分析

5.2 展望

参考文献

致谢