于建国、冷永强——智能化风电场安全防护监测管理系统研究

　　3.智能化安防监控管理子系统功能设计

　　由于风力发电设备的区域分布特点，使得管理不便，容易发生破坏、非法入侵、甚至盗窃事件，针对这些具体问题，设计风力发电机塔筒门的防盗监测电子监控，监控所有风机塔筒门的状态，实现权限准入、远程控制、非法入侵实时性报警、语音吓阻。为防止非法入侵风机塔筒门并实施图像取证，对风机塔筒底仓设备、塔筒门实行视频监控手段。基于对风力发电机组运行环境的考虑，为在恶劣的区域自然环境中对风机设备的巡检、维护检修人员及车辆提供精确的无盲点定位导航和监控，设计车辆人员巡检定位系统降低安全风险，达到风电场的智能安全防护功能。

　　智能化安全防护管理系统是以风电场智能化统一平台为中心，包括运行在智能统一平台的安全防护软件模块和若干个联动子系统，按照统一的标准规范采集信息、数据交换、接口传输等，分别管理各防护子系统的终端采集服务器。本文研究的防护子系统包括门禁系统、视频语音系统、电力巡检系统、消防系统。

　　3.1风机门监控子系统

　　风机门监测管理子系统：由包含特种门禁控制器在内的相关硬件设备及软件服务组成；系统合理选择适应性锁具、设计并开发相关信号量采集版、设计并开发相关安装机架、适配器，实现对风机塔筒门的电子监控、对塔筒门进行权限管理，门状态监控、远程控制、防盗报警、视频监控、点对点远程呼叫等。

　　图4:风机门监控子系统原理图

　　安全防护前台的电子地图以分布的地理位置定义展示当前场内风机设备信息。安全防护控制系统设备以心跳信号保持实时在线，实时监控风机塔筒门状态信号、非法开门报警信号等；并实时应答中心及其他风机塔筒的远程开门指令、远程呼叫请求。

　　门信号及锁动作信号传感器采用霍尔元件进行信号监测，与普通的干簧管信号监测方式比较，保证了高稳定性和低误报率。为使信号可靠稳定，采用屏蔽性数据传输。在实现风机门电锁的远程监测前提下，针对非法开门要以警报上报中心；针对系统性掉电，门禁系统将维持门锁状态；提供钥匙紧急开门方式，该方式将作为非法开门上报。报警信号都以主动方式通过网络上报到中心，与传统的中心点名查询方式相比，实时性更强。针对各类呼叫、报警、监测信号提供了语音提示。

　　智能化安防风机门监控管理功能，包括对场内的风机塔筒信息进行注册管理、开门授权管理；对场内员工进行信息注册管理、发卡管理、开门权限管理；对风机划区域性分布管理、风场建设期信息管理；实现历史记录查询，对权限开门信息记录、非法开门记录等进行管理；实现风场组织机构信息注册、部门分配、本系统的用户登录权限设置等。

　　3.2风机塔筒内视频监控、内外部语音对讲救援子系统

　　风机塔筒内视频监控、内外部语音对讲救援子系统：以视频语音模块为核心，通过与控制器的数据通讯，实现中心对风机塔筒内的底仓设备及门的视频监控、同时借助相关设备实现远程救援性呼叫、对讲。

　　语音视频呼叫连接，紧急呼叫连接，保证了实时监控信息的传输。中心收到报警后，进行语音提示，并自动启动视频监控，实现报警信息实时切换。当现场作业人员发生呼叫及救援数字语音信息，进行语音提示处理。若安全防护平台中心与现场作业人员传送巡检信息时可进行点对点的远程呼叫。

　　风机塔筒内视频语音对讲系统的监控点设在风机塔筒底仓设备、风机塔筒门。信号传输设计采用RTSP流传输协议，有效降低了对网络的数据影响，并可转发。

　　3.3北斗卫星通信

　　北斗卫星定位系统是由我国建立的区域导航定位系统，该定位系统可提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns）的同步精度。北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等三部分即可完成定位。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD.在ITU（国际电信联合会）等级的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。

　　本文的智能安全防护系统采用北斗一号系统的通信机制，北斗一号系统的基本功能包括定位、通信（短信息）和授时。北斗一号卫星系统定位出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统科最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。一代北斗只利用双星定位，比GPS的投资小、建成快。

　　3.4人员车辆巡检定位子系统

　　现场人员车辆实现自主掌控行动方向，中心在电子地图中监控巡检、维护检修人员及车辆的行动轨迹，对突发安全事件进行掌控，以便提供救援。

　　图5:人员车辆巡检定位子系统框图

　　人员车辆巡检系统可对现场人员的行动轨迹实时性精确掌控，保证了实时安全防护的宗旨。通讯服务功能通过北斗卫星定位精确导航，无机站转发，利用双向通讯功能，直接通过卫星将定位数据以短信报文发送到中心服务，实现了无信号盲点。与GPS的导航不同，北斗系统的选择具有战略自主性。

　　智能化安防人车巡检监控管理功能，包括实时监控功能，即通过电子地图展示车辆人员外出巡检轨迹；车辆管理功能，即注册车辆信息，注册北斗移动终端基础信息；授权管理功能，即对使用车辆的人员进行授权；报警功能，即通过移动终端将遇警信息发送到中心；历史记录管理功能，即对车辆的使用历史记录、报警记录进行管理：通讯服务功能，是通过北斗短信息接收服务。

　　4.结论

　　智能化风电场安全防护是风电机组适应未来智能电网要求的技术趋势。综合先进的软硬件技术，通过安全防护平台、安全防护终端等安全防护系统的硬件设备，开发相应的软件平台系统，采用北斗卫星定位技术，针对安全防护监控管理子系统进行设计研究，为未来构建风电场的安全生产建设提供了有力的技术支持。