曾建成

ZENG Jian-cheng

（寧夏大學(xué) 物理電氣信息學(xué)院， 銀川 750021）

0 引言

在我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)，風(fēng)能資源主要集中在西北和東北的草原、丘陵和戈壁灘上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)場(chǎng)建設(shè)之初，要進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)2年的調(diào)研和選址工作，期間，主要考察風(fēng)機(jī)場(chǎng)的地況和風(fēng)力資源，風(fēng)力資源的考察尤其重要，風(fēng)力資源的準(zhǔn)確評(píng)估可以使投資者對(duì)投資效益、資金回收周期大致做到心中有數(shù)，從而幫助決策者根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)下結(jié)論。

1 被測(cè)對(duì)象

由于風(fēng)的能量密度很低，而且對(duì)天氣和氣候非常敏感，所以它是一種隨機(jī)能源，雖然各地區(qū)的太陽(yáng)輻射和風(fēng)的特性在一段時(shí)間內(nèi)大致有一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但風(fēng)強(qiáng)度無(wú)時(shí)無(wú)刻都在不斷的變化之中，這就決定了我們不能象統(tǒng)計(jì)其它能源那樣，有一個(gè)比較確定的計(jì)算，而只能根據(jù)一些參數(shù)來(lái)進(jìn)行估算風(fēng)的能量密度。進(jìn)行估算的參數(shù)有以下幾個(gè)：

1）年平均風(fēng)速

2）有效風(fēng)能密度

3）風(fēng)能可利用時(shí)間

4）空氣密度

而在實(shí)際的風(fēng)能利用中，對(duì)于那些不能使風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)或運(yùn)行的風(fēng)速（例如0～3m/s的風(fēng)速不能使風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；而大于20m/s的風(fēng)速將會(huì)給風(fēng)機(jī)帶來(lái)破壞，故這部分風(fēng)速也無(wú)法利用）我們除去速后，得出的平均風(fēng)速所求出的風(fēng)能密度稱之為有效風(fēng)能密度。

根據(jù)上述有效風(fēng)能密度的定義得出計(jì)算公式：

其中，V為年平均風(fēng)速，ρ為空氣密度，通常情況下為1.225kg/m3，P(V)是有效風(fēng)速范圍內(nèi)的條件概率分布密度函數(shù)，一般選用韋布爾(Weibull)分布函數(shù)。

年風(fēng)能可利用時(shí)間是指一年之中可以運(yùn)行在有效的風(fēng)速范圍內(nèi)的時(shí)間，它可由下式求得：

其中，N為統(tǒng)計(jì)時(shí)段的總時(shí)間，c，k為韋布爾分布的兩個(gè)參數(shù)。

為此，在實(shí)際測(cè)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要考慮風(fēng)速、測(cè)風(fēng)時(shí)間以及風(fēng)向。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及系統(tǒng)要求，開(kāi)發(fā)基于Rabbit2000單片機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的通用平臺(tái)，通過(guò)RS－485接口接受現(xiàn)場(chǎng)儀表的信號(hào)，通過(guò)CDMA接口與遠(yuǎn)程控制中心通信。系統(tǒng)設(shè)遠(yuǎn)程控制中心和測(cè)風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)（RTU）兩級(jí)，由遠(yuǎn)程控制中心集中統(tǒng)一管理。每個(gè)測(cè)風(fēng)塔為相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)控站，能實(shí)現(xiàn)本地控制的各種功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

Rabbit 2000微處理器是Z-World公司推出的一款低成本的嵌入式控制系統(tǒng)的核心器件。采用100引腳PQFP封裝，工作電壓范圍2.7 V—5 V；時(shí)鐘速度可達(dá)30MHz；Rabbit可經(jīng)由串行口或并行口的訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)冷啟動(dòng)；共有40條并行I/O口線（與串行口共用）；共有4個(gè)串行口，這4個(gè)串行端口都可以在多種操作模式下實(shí)現(xiàn)異步工作。其中兩個(gè)口還可以同步工作，實(shí)現(xiàn)與串行I/O設(shè)備的接口；有一個(gè)內(nèi)置的看門狗定時(shí)器。

傳感器將采集到的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，被微處理器Rabbit 2000定時(shí)收集，經(jīng)Rabbit 2000處理后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)地向上位機(jī)傳輸采集到的數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程控制中心有一臺(tái)連接Internet的服務(wù)器，并有固定公網(wǎng)IP地址，通過(guò)NAT端口映射方式，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)可以作為內(nèi)網(wǎng)中的一臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)CDMA1x DTU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。同樣，聯(lián)通公司也不必為每一臺(tái)CDMA1x DTU分配固定IP地址，DTU連接CDMA1x網(wǎng)絡(luò)后，所分配的IP地址是動(dòng)態(tài)的，這種情況下，數(shù)據(jù)中心根據(jù)每臺(tái)DTU的ID號(hào)進(jìn)行注冊(cè)和通訊，不必?fù)?dān)心由于DTU掉線后上線再次分配的動(dòng)態(tài)IP不同而不能與數(shù)據(jù)中心取得聯(lián)系。微控制器收集到數(shù)據(jù)信息后，要通過(guò)Internet把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。而系統(tǒng)中完成微控制器與Internet網(wǎng)通訊工作的就是CDMA RUTER和CDMA網(wǎng)。由于CDMA是基于IP協(xié)議的，但普通的CDMA RUTER沒(méi)有內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，需要用戶提供TCP/IP的支持。就是說(shuō)，需要在使用CDMA RUTER的上位機(jī)系統(tǒng)中嵌入TCP/IP,這是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的工作。為了減小應(yīng)用本身的工作量和增加系統(tǒng)的實(shí)用性，本系統(tǒng)采用了廈門桑榮科技工業(yè)級(jí)CDMA RUTER，型號(hào)為Saro 6230R，它內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，具有Socket通訊功能，并提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，用戶只需設(shè)置一些參數(shù)就可實(shí)現(xiàn)將嵌入式系統(tǒng)直接與Internet相連，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的相互連通。CDMA RUTER在每次開(kāi)機(jī)后會(huì)自動(dòng)撥號(hào)，接入CDMA并動(dòng)態(tài)獲得一個(gè)IP地址，此IP地址為CDMA骨干內(nèi)網(wǎng)地址，在未進(jìn)入連接狀態(tài)時(shí)，服務(wù)器（監(jiān)控中心）是無(wú)法直接與CDMA RUTER通訊的。CDMA RUTER主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。當(dāng)連接的路由建立以后，服務(wù)器和終端才可以雙工地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

電源采用太陽(yáng)能電池板配以蓄電池供電，可以適應(yīng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)所處的偏遠(yuǎn)地帶。

現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)接線圖如圖2所示。

圖2 硬件線路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

無(wú)線通信軟件設(shè)計(jì)基于下面的程序流程圖，圖3是CDMA Modem復(fù)位的流程，圖4是CDMA Modem撥號(hào)的流程，圖5是報(bào)文發(fā)送線程的流程圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋方圓幾十公里地區(qū)的測(cè)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理?？刂浦行牡墓ぷ魅藛T只需點(diǎn)擊按鈕，通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕就可以觀察到測(cè)風(fēng)系統(tǒng)中各測(cè)風(fēng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)工作情況。利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、制作各種報(bào)表，不再需要原始的手工記錄和繪制報(bào)表。使測(cè)風(fēng)系統(tǒng)的管理更加方便，并提高了工作效率。

圖3 CDMA Modem復(fù)位的流程

圖4 CDMA Modem撥號(hào)的流程

圖5 報(bào)文發(fā)送線程的流程圖

[1]謝建民,曾建成,等.風(fēng)力發(fā)電成本主要影響因素分析與計(jì)算[J].華東電力,2003,1.

[2]張廣輝.RABBIT2000在工業(yè)以太網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].測(cè)控技術(shù),2003,07.

[3]張曉華.基于RABBIT2000的嵌入式測(cè)控系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù),2002,06.

[4]陳劍,陳菊芳.移動(dòng)IP在基于CDMA1x網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.微計(jì)算機(jī)信息,2007,01.