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基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究

更新时间：2019-12-17 07:32:51 大小：496K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：云计算物联网风力发电智能监测系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

文章提出一种基于云计算和物联网的风力发电智能监测系统.采用Hadoop云计算技术满足风力发电海量数据可靠存储和有效管理的需要,并利用ZigBee技术、物联网技术、无线传感器网络技术对风力发电设备进行实时远程数据采集.工程实践表明该方法是可行的,能有效减少智能监控设备存储和运算设备,实现远程智能监控,便于实现风力发电的智能化管理.

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基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究.pdf 496K

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第 35 卷 第 7 期  
2017 年 7 月  
Vol.35 No.7  
Jul. 2017  
可再生能源  
Renewable Energy Resources  
基 于 云 计 算 与 物 联 网 的 风 力 发 电  
智 能 监 测 系 统 研 究  
黄
敏 1, 徐 菲 2, 刘 珺 3  
(1.广州南洋理工职业学院, 广东 广州 510925； 2.东北林业大学 信息与计算机工程学院, 黑龙江 哈尔滨  
150040； 3.湖南方心科技有限公司, 湖南 长沙 410205)  
摘
要： 文章提出一种基于云计算和物联网的风力发电智能监测系统。 采用 Hadoop 云计算技术满足风力发电  
海量数据可靠存储和有效管理的需要,并利用 ZigBee 技术、物联网技术、无线传感器网络技术对风力发电设备  
进行实时远程数据采集。 工程实践表明该方法是可行的,能有效减少智能监控设备存储和运算设备,实现远程  
智能监控,便于实现风力发电的智能化管理。  
关键词： 云计算； 物联网； 无线传感器网络； 智能监测系统  
中图分类号： TK81  
文献标志码： A 文章编号： 1671-5292(2017)07-1032-06  
0
引言  
温度信息, 对风力发电机组进行过可靠性状态监  
测。  
随着环境保护的日趋严格, 以风力发电为代  
表的可再生能源越来越得到重视。 大力发展风力  
发电将有助于我国调整能源结构、减少污染环境、  
保障能源安全、实现可持续发展等。 通常情况下,  
风电发电机组安装位置比较偏僻、 自然环境比较  
恶劣, 而且受到逆变器等电力电子装置和电网谐  
波等因素影响,容易发生故障。 因此,对风力发电  
进行在线运行状态实时监测跟踪, 具有十分重要  
的现实意义。  
上述方法虽然都有效实现了风力发电的无线  
监测,但是都是采用传统 Wifi、3G 通信、WLAN 等  
无线传输方式,其中 Wifi 传输距离一般只有 50~  
100 m,无法满足远程需要,而 3G 则具有相对较  
窄带宽,信号实时传输能力较弱,无法满足风力发  
电设备海量监测数据采集和传输需要, 其数据传  
输过程中产生资费也导致使用成本较高, 虽然  
WLAN 技术通信带宽满足要求,但无线信号传输  
由于发电机组设备之间距离相对较远, 传统  
有线传输所需的人力物力巨大, 同时存在可扩展  
性弱的缺点,不利于风力发电的后续增容建设,因  
此, 基于无线传输的远程风力发电智能监测系统  
成为研究热点。 文献[1]提出一种基于 GPRS 的风  
光发电远程数据监测系统, 该系统采用单片机和  
无线 GPS 模块, 实现风力发电的远程智能监测。  
文献[2]采用 Zigbee 无线传感器网络采集数据,通  
过 GPRS 网络进行远程传输, 并利用 Labview 构  
建上位机监测系统。 文献[3]基于无线传输构建风  
力发电机组的综合状态评价系统, 其核心技术为  
多源数据融合。 文献[4]采用 Wifi 技术对风力发电  
机的叶片进行远程监控, 有效监控叶片的运行状  
态和覆冰状态。 文献[5]基于中央监控系统存储的  
距离和可靠性同样无法满足远程监控需要[6],[7]  
。
本文提出基于云计算技术和物联网技术的风  
力发电智能监测系统, 利用云计算技术实现风力  
发电海量监测数据的存储和数据处理, 对风力发  
电设备进行有效远程智能监测。 利用物联网技术  
进行信息无线采集,并利用 Wimax 无线组网技术  
进行无线传输, 实现风力发电设备在线信息的无  
线采集和传输。系统仅需要无线传感器节点硬件,  
简化了监控系统物理结构,降低了系统成本,增强  
其可扩展性。  
1
云计算与物联网技术  
1.1 云计算技术  
风力发电机组具有规模大、 数据多源复杂等  
特征,导致其在线状态监测数据海量化,对海量数  
收稿日期： 2017-01-17。  
基金项目： 教育部中国智慧教育督导“十三五”规划子课题(LHY61606)。  
作者简介： 黄 敏(1976-),男,讲师,研究方向为云计算技术、软件工程、数据库技术。 E-mail：  
•1032•  
万方数据  
黄
敏,等 基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究  
据存储、分析和处理带来了极大的挑战。面对风力  
发电实时采集的海量数据, 传统的存储设备和数  
据信息管理软件已无法满足要求。 云计算为分布  
式计算与网格计算的延伸与发展, 可以实现对信  
息与资源的集成和管理, 其平台管理技术能够使  
云端服务器进行协同合作, 为智能监控系统提供  
集约化的资源配置和信息存储[8]。  
系统根据各类信息构筑传感资源云, 提高风力发  
电设备控制指挥的效率和水平, 提升远程监控系  
统的智能化水平。④具有无限可拓展性,能够灵活  
布线。  
物联网技术可以使覆盖范围无限拓展, 且其  
设备体积较小、灵活便捷,因此可以缩短工程施工  
时间。  
云计算技术可以将大量计算节点和网络设备  
互联,从而构建大规模数据中心,然后基于数据面  
向用户提供各种层次服务, 如基础设施即服务  
(Infrastructure as a service,Iaas)、 平 台 即 服 务  
(Platform as a service,Paas)、软件即服务(Software  
as a service,Saas)[9]。 云计算体系架构如图 1 所示。  
1.3 Wimax 组网技术  
全球微波互联接入(Worldwide Interoperabiliꢀ  
ty for Miciowave Access,WiMAX),即 802.16 无线  
城域网,是一项新兴的无线城域网技术。 WiMAX  
具有传输距离远、接入速度高、抗干扰能力强、准  
确性高、安全性好、服务质量高、建设成本低、可扩  
展性、 易维护等特点, 已广泛应用于金融网络业  
务、远程教育、公共安全、校园网、城市无线业务接  
入和远郊通信网络等。  
用户方向  
接口  
应用服务  
应用服务  
Wimax 能够提供面向互联网的高速连接,网  
络覆盖面积比移动通信 3G 基站大 10 倍左右,其  
传输距离最远可达 50 km, 具有较高的网络接入  
速度,最大传输速度可达到 74ꢁ81 Mbps,每个频道  
的带宽可达到 20 MHz。 相比于无线局域网具有更  
好的安全性和可扩展性。  
核
心
服
务
服
务
质
量
保
证
平台服务  
海量数据存储  
安
全
管
理
2
基于云计算与物联网技术的风力发电智能监  
测系统设计  
虚拟化服务  
计算节点  
网络  
资源  
本文智能监测系统主要由云计算子系统和物  
数据中心物理设备  
联网子系统构成。其中,物联网子系统主要负责现  
场信息采集与传输。 风电场物联网子系统为无线  
传感器网络,由大量相关节点构成,负责将采集的  
风力发电设备运行数据经由汇聚节点传输至网  
关, 并由网关节点将数据通过 Internet 上传到云  
计算平台。 云端的云计算平台主要负责风力发电  
数据的存储和处理, 并将数据处理的结果通过  
Internet 向远端风力发电企业提供查询和监测。 风  
电场工程技术人员可以采用有线 PC 联网、 手机  
或平板电脑等移动终端对云计算平台进行访问。  
2.1 云计算平台构成  
图 1 云计算体系结构  
Fig.1 Cloud computing architecture  
1.2 物联网技术  
物联网技术是指通过传感器、 射频识别  
(RFID)和全球定位系统等信息传感器设备,实现  
任何物品与互联网相联, 最终实现对物体的智能  
识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术[10],  
已在工农业、物流等领域有了较大的发展。  
物联网技术将传感器、 信号接受和发生装置  
与设备集成一起,可以增加传感器感知范围,同时  
节省投资成木, 在远程信息管理与状态监测方面  
具有很大的优势,具体如下。  
Hadoop 开源云计算技术,构建智能电网状态  
监测的云计算平台, 平台主要有云计算基础设施  
层、云计算平台层。 其中,云计算基础设施层主要  
包括海量数据管理系统、分布式存储系统、云计算  
操作系统和服务器集群。基于服务器集群,可以借  
助虚拟机实现资源虚拟化, 采用分布式存储系统  
①能够密集、 实时采集风电场现场各类环境  
信息和运行数据, 并安全有效地提供给发电企业  
控制系统供决策。 ②场级工程技术人员可通过该  
系统对风电设备进行实时控制。 ③中央指挥控制  
•1033•  
万方数据  

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