1 現狀及需求分析
隨著傳統石化能源的逐漸枯竭和低碳經濟的興起，人類對風能等可再生能源的利用越來越重視，風力發電技術也逐步發展起來。
當前，風電機組的分布比較分散，監控參數也比較多，而一般風能資源豐富的地區都比較偏遠，而且基礎設施也不完善，這就給風力機組的監控提出了新的課題。
為充分有效地利用風力進行發電，正確掌握系統運行狀態，快速診斷系統故障，提高風電站運行的可靠性、安全性與經濟效益，本文介紹一種基于GPRS通信技術的風電遠程監控系統。GPRS通信技術同時具有組網方便、建設和維護成本低、通信可靠迅速等優點，是本監控系統的理想通信方案。
2 系統組成
風電遠程監控系統結構如圖1所示，主要由現場監控、數據傳輸、監控中心三個部分組成。現場監控部分安裝在每臺風力發電機塔筒的控制柜內，每臺風力發電機的現場監控能夠對該風力發電機的運行狀態進行監控，并對采樣的數據進行初步的處理；數據傳輸部分將現場采樣的數據發送到遠程監控中心服務器；監控中心部分是根據實際需要分布在不同地點的遠程監控服務器，該中心目前一般通過光纖或ADSL撥號等通信方式接入互聯網。
2.1 現場監控部分
現場監控部分由EPC工控主板和風電站監控模塊組成，風電站監控模塊由主控系統、變槳控制系統、變頻器系統三大部分組成。
EPC系列工控主板是廣州致遠電子有限公司開發的基于ARM處理器的工控機主板，預裝正版Microsoft Windows CE 5.0、Monta Vista Realtime Linux或VxWorks操作系統。如圖2所示，EPC系列工控主板板載2路CAN總線控制器、1路10/100 M自適應以太網適配器、3路RS-232串口，2路RS-485接口，支持TFT/STN液晶屏顯示，并具有VGA顯示器接口及LVDS液晶接口。EPC系列工控機主板可在-40 ℃~+85 ℃寬溫度范圍內穩定工作，滿足工業級產品的各種應用需求。
借助于EPC系列工控主板的強大功能，風電站監控模塊實現了對機組各參數的采集與控制：電網參數、氣象參數、機組狀態參數、變槳控制、發電機運行控制和管理等。
2.2 數據傳輸部分
根據目前的實際情況，數據傳輸部分選擇無線GPRS方式。
通用無線分組業務GPRS（General Packet Radio Service）是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。簡單地說，GPRS是一項高速數據處理的技術，其方法是以“分組”的形式傳送數據。GPRS是在GSM基礎上發展起來的技術，是介于第二代數字通信和第三代分組型移動業務之間的一種技術，所以通常稱為2.5G。使用GPRS方式傳輸時，數據先通過移動公司的GPRS網絡傳送到移動公司的路由器，然后路由到與互聯網相連的監控中心服務器上。
GPRS具有傳輸速度快(其理論傳輸速率為171.2 kb/s)、永遠在線、按流量計費等優點。對于高速數據應用，還易于升級到基于3G的數據傳輸方式，是一種理想的數據傳輸方式。
本監控系統中采用的GPRS通信模塊是廣州致遠電子有限公司出品的ZWG-21A 無線數據傳輸設備，其外觀如圖3所示。
該設備提供全透明串行數據通道，讓您的設備輕松實現與Internet的無線連接，可以方便地實現遠程、無線、網絡化的通信方式。可在工業級溫度范圍(-15 ℃~+60 ℃)內穩定工作，可應用于工業控制、現場通信、遠程監控、智能儀表、電力系統、交通管理、氣象檢測、水處理、環境監控、金融證券、煤礦、石油等各種行業。
ZWG-21A產品特性如下：
大緩存區設計(收發各1 462×70 B)，采用動態劃分技術，提高緩存區使用效率；最多可緩存3 100幀數據(每幀64 B)，適合小數據幀快速連續傳輸；每幀最長可設置為1 460 B（緩存140幀），適合大數據量連續傳輸；使用工業級GPRS模塊，內嵌可靠協議棧；數據全透明傳輸，用戶無需了解復雜的TCP/IP、PPP等協議；支持數據中心動態域名或IP地址訪問；支持備用數據中心；支持APN虛擬專網業務；支持數據中心虛擬串口功能，無縫銜接現有上位機軟件；支持斷線自動重連功能；具有連接時機可控功能，節約流量；支持本地和遠程圖形化界面配置與維護；支持短信息配置與維護；支持串口配置和USB接口配置；支持本地和遠程固件升級；多重軟硬件可靠設計，復合式看門狗技術，使設備安全運行。
ZWG-21A與EPC系列工控主板通過RS-232C方式進行通信。ZWG-21A將EPC系列工控主板采集到的風電機組運行的各種參數傳送到遠程監控中心，同時將監控中心下發的各種指令傳送到EPC工控主板，完成對風電機組的控制。
2.3 遠程監控中心
(1)接入方式
遠程監控中心的作用是接收各個風電站的運行數據，監控其運行狀態，保存其運行數據。遠程監控中心必須接入Internet網絡才能夠進行通信。
遠程監控中心接入方式有以下方案可以選擇：
方案一：ADSL撥號上網。ADSL技術利用現有的一對電話銅線，為用戶提供上、下行非對稱的傳輸速率。ADSL接入技術的速率可達到上行1 Mb/s/下行8 Mb/s，速度非常快。
方案二：光纖連接上網。光纖接入能夠確保向用戶提供10 Mb/s～1 000 Mb/s的高速帶寬，可直接匯接到CHINANET骨干結點。主要適用于商業集團用戶和智能化小區局域網。
(2)軟件功能
遠程監控中心應該支持常見的OPC通信方式以及動態庫DLL通信方式。
遠程監控中心應該能夠處理顯示以下各種參數：氣象參數、機組的運行數據、機組狀態參數、電網參數、電網故障、各機組運行過程中發生的故障等。
遠程監控管理中心要能夠進行技術分析，為管理層、技術部門、維護部門等不同用戶提供有針對性的報表，方便進行管理。
(3)設備配置
監控中心開始運行后，就可以接受來自ZWG-21A的連接了。首先使用“DTU配置工具”修改ZWG-21A的默認配置，將數據中心主站域名或者IP地址設置為監控中心的域名或者IP地址，將數據中心主站端口號設置為監控中心所監聽的端口號，連接模式選擇為 “建立TCP連接”，設置完畢之后，ZWG-21A就能夠主動連接監控中心，建立TCP連接。如圖4就是監控系統運行的一種可能情況，請注意圖中目標IP地址和目標PORT與服務器軟件的對應關系。
風電技術是一種綠色無污染的可再生能源，其技術的發展對于當前遇到的污染嚴重、極端天氣頻發等各種問題是一種從根本上的解決之道。本文在風電技術的監控層面做了一些有益的探討。