基於無線傳感器網絡的新能源基地測風塔實時監測系統

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基於無線傳感器網絡的新能源基地測風塔實時監測系統在國家開發新能源的政策指導下，甘肅省敏銳抓住了我國新時期能源戰略的大好時機，依靠自身的資源優勢，在新能源方面走在了全國的前列，率先規劃建設了我國第一個千萬千瓦級風電基地。

目錄

①課題來源與背景

甘肅風光電超常規發展，近十年風電增長239倍，近五年光電增長296倍，風光電裝機總容量國內第一、世界第六。目前酒泉新能源基地風光電裝機容量已達1950萬千瓦，占全省總裝機容量41.2%，預計到2020年將達到風電2000萬千瓦，光電1300萬千瓦，實現甘肅新能源「陸上三峽」宏偉藍圖。

目前，全球能源供應緊張，風力發電已經成為解決世界能源短缺的重要途徑之一。隨着大規模風電集中併網發電，風電所特有的波動性、隨機性對於電力系統的影響也逐步顯現。尤其是酒泉風電基地的電力電量幾乎全部需要送到1000 km 以外的蘭州負荷中心，是世界上集中併網規模最大、輸出距離最遠的風電基地。僅2011年，酒泉風電基地就發生脫網事故一百多次，累計脫網風電機組超過4000台。弱電網、遠距離、大規模送出、波動的風電特性，加上大規模風電集中併網對甘肅電力系統安全穩定產生了巨大的影響。

由於風能的這種間歇性、隨機性與波動性特點，其對電網造成的不利影響成為當前確認的制約風電發展的瓶頸。 課題於2016年8月經甘肅省科技廳批准立項科技支撐計劃項目，與甘肅省國網電力公司風電技術中心合作，以酒泉風電基地為研究對象，開展了基於無限傳感器網絡的新能源基地測風塔實時監測系統研究，執行期至2018年12月驗收完成。

②研究目的與意義

風電波動性、隨機性與環境因素有極大的關聯性，風電功率受風速、風向、地理、氣象等多方面因素的影響，對風電的準確預測預報是國內外公認應對大規模風電功率波動最有效的方法。目前國內外相關研究在數值天氣預報應用、從實際數據出發，定量分析風速、風向、氣溫、氣壓、風機參數等各影響因素對預測模型精度的影響機理、預測模型建立與算法研究方面進行了有益的探索和研究。而以上研究的關鍵基礎是翔實準確的現場第一手數據，準確可靠的環境氣象要素監測與可靠傳輸對新能源基地風電準確預測預報起着至關重要的作用。

由於風力發電機一般工作於惡劣的環境下，地廣人稀，無人值守，網絡布線和設備維護極為困難。無線傳感器網絡（WSN）是新一代的傳感器網絡，具有點多、面廣、易於部署、成本低廉的特點，把WSN應用到大規模風電基地環境監測，可以全面有效採集被檢測環境區域數據，並使各測量節點協作感知，全面準確反映基地環境現狀，進而實現風電準確預測預報，為新能源基地的數據採集和監控提供一個經濟有效的解決方案。

③主要論點與論據

課題重點研究無線傳感器網絡在風電基地環境監測系統中的應用。系統運用Zigbee無線網絡技術組成星狀和網狀網絡，以基地測風塔為匯聚節點，構建基於無線傳感器網絡的新能源（風電、光伏發電）基地測風塔實時監測系統，實現基地風速、風向、溫濕度、光強等環境要素的準確監測與實時傳輸，為新能源基地安全穩定運行提供可靠技術保障。 本課題設計了基於Zigbee和GPRS的測風塔氣象數據採集系統;開展了基於風電場的無線傳感器網絡的信道傳播特性與模型研究;研究了數據融合技術在新能源基地環境監測中的應用，通過面向風電數據的WSN 壓縮感知數據重構研究，建立了與風電預測相適應的數據融合模型以提高數據的質量和傳輸效率；進行了風速風能預測預報相關理論、方法研究，建立了PCA-FOA-Elman神經網絡預測模型，以提高預測算法的有效性。

④創建與創新

本課題將無線傳感器網絡技術運用於新能源發電領域，為新能源基地安全穩定運行提供可靠技術保障；課題運用數據融合技術和網絡拓撲控制技術實現了高質量的數據採集和可靠傳輸。

⑤社會經濟效益，存在的問題

運用新一代傳感器網絡解決新能源領域環境監測難題，具有成本低，易於部署，穩定可靠的巨大優勢，為新能源基地安全穩定運行提供可靠技術保障，具有巨大的經濟和社會效益。 由於無線傳感器網絡所具有的特點和優勢，項目的實施不會對環境造成破壞。本項目產品成果可以直接應用於規模化光伏發電基地。 本課題所研究的技術在廣度、深度及普遍適應性方面還需要進一步完善，由於資金和現場因素，尚未形成示範基地、產品中試線、生產線，在今後的研究中需要進一步深入。