风电场风机无线网络系统的制作方法

1.本发明涉及无线网络技术领域，特别是风电场风机无线网络系统。


背景技术：

2.我公司在湘桂走廊有一风电场(坵坪风电场)，该地区属于山地，东有都庞岭，西有越城岭，东西高、中间低，独特的地理位置形成了丰富的风力资源，场址涉地面积约30平方公顷，风电场占地海拔范围300m～1200m。该作业现场点多、分散、面积广阔，且位于人烟稀少、资源匮乏的山区。当前采用铺设光纤的方式，成本高、周期长、安装运维复杂、扩展性差，且无法实现全场景和全生产周期的通讯覆盖，也无法实时采集更多现场数据，仅能支撑风机控制系统和主要传感数据的稳定实时传输，其它数据，比如运行维护和检修过程中的交互数据均无法实现远程、多点、实时传输，尤其是运维人员在巡检和检修工作过程中都是离线和分散作业方式，造成通讯末端不可达，沟通成本高，数据采集能力有限，效率不高。


技术实现要素：

3.本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种风电场风机无线网络系统，实现全场景和全生产周期的通讯覆盖。
4.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
5.风电场风机无线网络系统，包括以下内容，
6.机舱无线单元，用于给一风机机舱周边区域提供无线网络信号，其包括天线、机舱基站及光交换机，天线设置于该风机机舱顶部，机舱基站设置于该风机机舱内，天线和光交换机分别与机舱基站连接；
7.风场服务单元，其包括光交换机及交换机，光交换机与交换机连接，以接入运营商网络；
8.其中，至少1个的机舱无线单元组网完成覆盖该风电场，至少1个的机舱无线单元的机舱基站分别通过光交换机和光纤与风场服务单元的光交换机连接。
9.其中，天线采用杆状lte全向天线，2付天线通过7d
‑
fb馈线接入至该机舱无线单元的机舱基站。机舱基站采用lte基站，使得风电场整体区域以及各风机塔顶机舱内覆盖4g无线网络。
10.如上述，在风电场内选取多个合适地点并设置无线网络组网点，各个组网点基站组网完成风电场的覆盖，实现全场景和全生产周期的通讯覆盖，以便现场数据实时采集、传输及交互沟通。
11.作为一选项，该无线网络系统还包括巡回无线单元，其包括相互连接的天线及巡回基站，其安装在无人机上以给周边区域提供无线网络信号；其中，至少1个的巡回无线单元在巡回移动时沿着风电场的外缘及至少1个的机舱无线单元交接区域按照设定轨迹循环移动，并接入至少1个的机舱无线单元组网。如此，巡回无线单元可以按照预设轨迹周期巡回，且覆盖整个风电场及机舱基站，在交接区域信号不好或某一机舱基站失效时，可以提供
无线网络信号覆盖，在该区域的运维人员可以在无人机无线信号覆盖期间发送及接收沟通信息，能够提高风电场无线网络的持续连通性及稳定性。
12.本发明还提供一种风电场风机无线网络管理系统，包括上述风电场风机无线网络系统、应用终端及管理机房，至少1个的风场服务器与管理机房通过基于ip协议的互联网通信连接，至少1个的应用终端分别与管理机房通过基于ip协议的互联网通信连接。其中，管理机房配置有生产管控系统且其客户端配置于应用终端上，生产管控系统包括集群调度系统及音视频交互系统，使得各个应用终端能够通信连接，以查阅及上传调度、音频及视频信息，实现各个应用终端间的集群调度、音视频交互及可视化记录。如此，利用管理机房实现对无线网络的风电场无线网络的统一管理，结合应用终端实现风电场调度、实时交互及可视化记录等生产管控。
13.由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
14.1.本发明在风电场内选取多个合适地点并设置无线网络组网点，各个组网点基站组网完成风电场的覆盖，实现全场景和全生产周期的通讯覆盖，以便现场数据实时采集、传输及交互沟通。
15.2.巡回无线单元可以按照预设轨迹周期巡回，且覆盖整个风电场及机舱基站，在交接区域信号不好或某一机舱基站失效时，可以提供无线网络信号覆盖，在该区域的运维人员可以在无人机无线信号覆盖期间发送及接收沟通信息，能够提高风电场无线网络的持续连通性及稳定性。
16.3.利用管理机房实现对无线网络的风电场无线网络的统一管理，结合应用终端实现风电场调度、实时交互及可视化记录等生产管控。。
附图说明
17.图1是本发明的实施例1的系统框图。
18.图2是本发明的实施例2的原理框图。
19.图3是本发明的实施例3的原理框图。
具体实施方式
20.以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
21.实施例1
22.如图1所示，风电场风机无线网络系统，包括以下内容，
23.机舱无线单元，用于给一风机机舱周边区域提供无线网络信号，其包括天线、机舱基站及光交换机，天线设置于该风机机舱顶部，机舱基站设置于该风机机舱内，天线和光交换机分别与机舱基站连接；
24.风场服务单元，其包括光交换机及交换机，光交换机与交换机连接，以接入运营商网络；
25.其中，至少1个的机舱无线单元组网完成覆盖该风电场，至少1个的机舱无线单元的机舱基站分别通过光交换机和光纤与风场服务单元的光交换机连接。
26.其中，天线采用杆状lte全向天线，2付天线通过7d
‑
fb馈线接入至该机舱无线单元的机舱基站。机舱基站采用lte基站，使得风电场整体区域以及各风机塔顶机舱内覆盖4g无
线网络。
27.如上述，在风电场内选取多个合适地点并设置无线网络组网点，各个组网点基站组网完成风电场的覆盖，实现全场景和全生产周期的通讯覆盖，以便现场数据实时采集、传输及交互沟通。
28.作为一选项，基于前述实例，在一实例中，风电场风机建设流程优选如下，先在风电场上规划处可建设风机区域，再在该可建设风机区域规划获取无线网络组网点位置，然后以组网点位置为中心向周边可建设风机区域规划建设风机。如此，在风机建设初期先规划好组网点位置，利于组网点规划及确保网络稳定同时组网点基站最大化覆盖。
29.实施例2
30.参见图2，作为一选项，在实施例1基础上，本实施例2的无线网络系统还包括巡回无线单元，其包括相互连接的天线及巡回基站，其安装在无人机上以给周边区域提供无线网络信号；其中，至少1个的巡回无线单元在巡回移动时沿着风电场的外缘及至少1个的机舱无线单元交接区域按照设定轨迹循环移动，并接入至少1个的机舱无线单元组网。其中，交接区包括相互重合区域以及没有重合的间距区域，且该间距区域范围小于基座覆盖区域范围。如此，巡回无线单元可以按照预设轨迹周期巡回，且覆盖整个风电场及机舱基站，在交接区域信号不好或某一机舱基站失效时，可以提供无线网络信号覆盖，在该区域的运维人员可以在无人机无线信号覆盖期间发送及接收沟通信息，能够提高风电场无线网络的持续连通性及稳定性。
31.实施例3
32.在前述实施例1或实施例2基础上，本实施例2还提供一种风电场风机无线网络管理系统，包括上述风电场风机无线网络系统、应用终端及管理机房，至少1个的风场服务器与管理机房通过基于ip协议的互联网通信连接，至少1个的应用终端分别与管理机房通过基于ip协议的互联网通信连接。
33.其中，应用终端如手机、平板电脑等设备。管理机房配置有生产管控系统且其客户端配置于应用终端上，生产管控系统包括集群调度系统及音视频交互系统，使得各个应用终端能够通信连接，以查阅及上传调度、音频及视频信息，实现各个应用终端间的集群调度、音视频交互及可视化记录。
34.如此，利用管理机房实现对无线网络的风电场无线网络的统一管理，结合应用终端实现风电场调度、实时交互及可视化记录等生产管控。
35.参见图3，下述将具体说明。
36.在4g无线通信技术日臻成熟和成功运用，5g时代即将到来的大背景下，我们将lte作为基础通信层网络，并在此网络上加载极会议音频系统(音视频交互系统)后形成了一套完整的融合通信平台，为提供解决无线通信、大数据传输、高质量音频通信的一揽子解决方案。并且，该平台还可以依据不同的应用场景需求做定制、裁剪、扩充和完善。
37.将lte通信作为主要通信手段主要考虑了目前4g数据传输速度已经完全可以满足音频和大数据的传输要求，并在数据传输的稳定性与可靠性方面提供远超wifi的qos保障。另外，使用lte通信可以无缝继承我国主要移动运营商的完善、高效的服务，符合用户使用习惯，并且支持未来向5g网络的平滑升级。极会议音频系统的引入将更好的提升用户体验，支撑更多高质、高效的业务应用功能。
38.音视频系统作为整个平台的应用层，可以为用户提供优质的数据管理和应用服务。目前，极会议是一种既支持日常沟通与会议、企业培训、又能深入生产管控协同流程的音视频传输技术的视频会议系统。它和传统音视频产品的区别在于不依赖专线，可同时支持专线、宽带和4g场景，随时提供不延误的高清音视频，能够充分利用各种移动终端(应用终端)，且操作极简，免培训、免维护，让用户体验更为便利，随时随地开会、沟通。极会议最大的优点在于既有成熟的音视频终端产品，为会议和沟通需求服务，也能嵌入日常生产管控流程，提供生产协同中的可视化服务(比如可视化移动巡检和检修等)。
39.当前无线通信技术主要分为两大类，一类是基于公网运营商所采用的移动通信技术，包括2g、3g、4g不同制式的移动通信网络技术，另一类是基于无线局域网技术的wi
‑
fi、mesh、zigbee等短距离无线接入网络技术。考虑风电场智能化应用对于无线宽带通信的需求，分别为以lte为代表的4g移动通信技术和以wi
‑
fi为代表的wlan技术。下面将对lte与wi
‑
fi/mesh技术的对比，如表1所示。
40.表1 lte与wifi/mesh技术对比表
41.42.[0043][0044]
通过上述对比分析可以看出，lte技术无论从安全性、移动性、覆盖能力等多方面，都比wi
‑
fi或mesh更适合部署在数据安全性要求高且分布面积大的风电场。
[0045]
lte无线接入网络采用蜂窝组网方式，使用全向天线对所覆盖的风电场区域内人员、设备提供lte通信服务，每个小基站小区覆盖半径1.2
‑
1.6km，并根据风电场地形优化调整。
[0046]
多数风电场因地形原因导致无线信道特征复杂不稳定，多径效应、“乒乓”效应会导致区域sinr(信噪比)值变差，下行、上行速率不稳定。因此，需要选择多个合适地点通过多个基站组网完成风电场的覆盖，对于365台风机规模的坵坪风电场，规划采用25～28台小基站实现整个风电场的覆盖，实际部署位置和数量需再根据现场实际情况作优化调整。因此，风电场风机建设流程优选如下，先在风电场上规划处可建设风机区域，再在该可建设风机区域规划获取无线网络组网点位置，然后以组网点位置为中心向周边可建设风机区域规划建设风机；如此，在风机建设初期先规划好组网点位置，利于组网点规划及确保网络稳定同时组网点基站最大化覆盖。
[0047]
lte通信的部署包括tdd
‑
lte天线的部署、基站的部署、信令网关的部署和其他辅助设备的部署。部署方案主要考虑风电场的地理环境、运营场景等因素进行优化配置。
[0048]
1)tdd
‑
lte基站的部署
[0049]
lte基站部署于风机机舱内，用于解决风电场整体区域以及各风机塔顶机舱内的
4g无线网络覆盖。基站连接两根全向天线，天线安装在风机机舱顶部，天线作为无源设备不易受到凝冰的影响。基站通过风电场本地光纤传输接入部署于升压站的光交换机，通过交换机接入运营商专线。
[0050]
2)天线的部署
[0051]
天线采用杆状全向天线，天线和gps天线均固定安装于机舱顶部，通过7d
‑
fb馈线接入机舱内的基站。
[0052]
3)网关及网管的部署
[0053]
信令网关及网管设备(管理机房)可单独部署于省公司机房，也可集中部署于中国移动机房从而支持未来省内其它风电场无线网络的接入。所有的基站设备通过风电场本地光纤传输汇聚接入信令网关。可如图3设置作为片区管理的片区机房及作为总部管理的中心移动机房。
[0054]
如上述，本方案采用的lte基站产品按平台化原则进行设计，产品可演进、系列化快速定制、快速交付，实现在风电行业应用的快速部署。主要特点如下：
[0055]
基于3gpp国际标准td
‑
lte技术，提供高速数据业务；
[0056]
支持频段band 40等其他中国移动频段；
[0057]
支持灵活的上下行时隙比：0(3:1)，1(2:2)，2(1:3)，实现高速数据传输；
[0058]
支持5mhz、10mhz、15mhz、20mhz工作带宽；
[0059]
易部署，易安装。支持室外和室内场景安装使用；
[0060]
内置dhcp server、dns client及nat功能，提供强大的高速路由能力；
[0061]
丰富的安全业务，提供即时保护以防御潜在的安全风险和非法侵入；
[0062]
集中网管，维护方便，且可实现安装后自动开站；
[0063]
基于web方式管理，方便直观；
[0064]
支持按行业需求定制和灵活的二次开发。
[0065]
本方案基站设备的主要技术指标如表2所列。
[0066]
表2 tdd
‑
lte基站技术指标
[0067]
[0068][0069]
如上述，本方案所采用的主要硬件清单如下表3所示。
[0070]
表3本方案主要硬件清单表
[0071]
[0072][0073]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明和例证，但这些描述并非用以限定本发明所要求保护范围，凡本发明所提示的技术教导下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利保护范围。