CN108681295B - 风电机舱消防智能自动测控*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了风电机舱消防智能自动测控***，包括无线传感器网络监测子***、控制中心、设备控制模块、应急执行模块和消防模块；无线传感器网络监测子***包括基站和传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的环境数据，基站负责传感器节点和控制中心之间的双向信息交互；控制中心用于根据环境数据控制设备控制模块、应急执行模块和消防模块工作，设备控制模块用于控制风电机组的供电和启停，消防模块用于根据控制中心的指令驱动二氧化碳气体灭火，应急执行模块用于接收控制中心的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况。
Description
技术领域
本发明涉及消防监控领域，具体涉及风电机舱消防智能自动测控***。
背景技术
风力发电主要依靠风力发电机组及其控制***来实现。风力发电机组及其主控制***都是安装在距离地面达60米以上的风力发电塔筒顶端的机舱内，整个机舱堪称是风力发电机组的心脏和大脑。由于风力发电机运行时会产生较高热量，在散热发生不畅，或机组发生故障使产生热量高于散热能力时，则积热会使机组迅速温升，如果温升不能及时发现并予以制止，当温度超过电机耐热点时，轻者将导致风力发电机或控制***发生故障，齿轮箱内的齿轮油也有可能发生外漏。重者将引燃机舱内的电缆或控制***电器中、已经外漏的齿轮油等可燃物，造成火情发生。相关技术中，正在运行的风力发电机组中，基本都缺乏对机舱内安全进行主动自动测控与消防的应急装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供风电机舱消防智能自动测控***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了风电机舱消防智能自动测控***，包括无线传感器网络监测子***、控制中心、设备控制模块、应急执行模块和消防模块；所述的无线传感器网络监测子***用于采集风电机舱内包括温度、烟雾浓度和氧气浓度的环境数据，所述的无线传感器网络监测子***包括基站和多个部署于消防测控区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的环境数据，基站负责传感器节点和控制中心之间的双向信息交互，传感器节点与基站为单跳距离时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至基站；传感器节点与基站为多跳距离时，传感器节点通过多跳转发的形式向基站发送所采集的环境数据；所述的控制中心用于根据环境数据控制设备控制模块、应急执行模块和消防模块工作，其中设备控制模块、消防模块和应急执行模块皆无线连接控制中心，设备控制模块用于控制风电机组的供电和启停，所述的消防模块用于根据控制中心的指令驱动二氧化碳气体灭火，所述的应急执行模块用于接收控制中心的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况。
本发明的有益效果为：结合无线传感器网络技术，在风电厂运行时管理距离长、范围广，机组分布较为分散，机舱位置环境特殊以及高空特殊环境和无人值守等现状下，实现对风电机舱内环境数据的实时采集，将采集后的环境数据通过控制中心处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的***结构连接框图；
图2是本发明一个示例性实施例的控制中心的结构连接框图。
附图标记：
无线传感器网络监测子***1、控制中心2、设备控制模块3、应急执行模块4、消防模块5、中央处理模块10、存储模块20、驱动模块30、显示模块40、信号处理模块50、输入模块60。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的风电机舱消防智能自动测控***，包括无线传感器网络监测子***1、控制中心2、设备控制模块3、应急执行模块4、消防模块5；所述的无线传感器网络监测子***1用于采集风电机舱内包括温度、烟雾浓度和氧气浓度的环境数据，所述的无线传感器网络监测子***包括基站和多个部署于消防测控区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的环境数据，基站负责传感器节点和控制中心之间的双向信息交互，传感器节点与基站为单跳距离时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至基站；传感器节点与基站为多跳距离时，传感器节点通过多跳转发的形式向基站发送所采集的环境数据；所述的控制中心2用于根据环境数据控制设备控制模块3、应急执行模块4和消防模块5工作，其中设备控制模块3、消防模块5和应急执行模块4皆无线连接控制中心2，设备控制模块3用于控制风电机组的供电和启停，所述的消防模块5用于根据控制中心2的指令驱动二氧化碳气体灭火，所述的应急执行模块4用于接收控制中心2的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况。
优选地，所述控制中心2包括用于存储环境数据的存储模块20、接收中央处理模块10指令的驱动模块30和显示模块40、发送信息至中央处理模块10的信号处理模块50和输入模块60。
优选地，所述消防模块5包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、驱动管道，当控制中心2根据环境数据判断出火灾发生后，对氮气驱动器瓶上的电磁阀发出开启信号，驱动气瓶内的氮气通过驱动管道打开二氧化碳高压气瓶的平头阀，使二氧化碳气体迅速自动喷出，由气体输送管输送进入机舱内进行灭火。
本发明上述实施例结合无线传感器网络技术，在风电厂运行时管理距离长、范围广，机组分布较为分散，机舱位置环境特殊以及高空特殊环境和无人值守等现状下，实现对风电机舱内环境数据的实时采集，将采集后的环境数据通过控制中心2处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。
在一个实施例中，传感器节点通过多跳转发的形式向基站发送所采集的环境数据，具体包括：
(1)网络初始化时，基站向所有传感器节点广播邻居节点列表构建消息，收到该邻居节点列表构建消息后，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，并构建邻居节点列表；初始时，传感器节点根据邻居节点列表在其多个邻居节点中随机选取一个邻居节点作为中继节点，将采集的环境数据发送至中继节点，从而通过多个中继节点转发环境数据的方式向基站发送所采集的环境数据；
(2)在一个时间段T后，传感器节点通过与邻居节点的信息交互，获取其邻居节点在时间段T内帮其转发环境数据包的数目以及邻居节点转发环境数据包的总数目的反馈信息，在下一个时间段T期间，传感器节点根据反馈信息每隔一个时间间隔Δt计算其对各邻居节点的信任度；
(3)传感器节点根据当前的信任度对各邻居节点划分信任等级，将邻居节点划分为正常节点、恶意节点和自私节点三类，并从正常节点中选择一个作为中继节点，将环境数据包发送至该中继节点。
其中，设定信任度的计算公式为：
式中，Pij(T+Δt)表示传感器节点i在T+Δt时刻对其第j个邻居节点的信任度，
qij(T)为所述第j个邻居节点在时间段T内帮传感器节点i转发环境数据包的数目，Qj(T)为所述第j个邻居节点在时间段T内转发环境数据包的总数目，Dij为传感器节点i与其第j个邻居节点之间的距离，Djo为所述第j个邻居节点到基站的距离，Dil为传感器节点i与其第l个邻居节点之间的距离，Dlo为所述第l个邻居节点到基站的距离，ni为传感器节点i的邻居节点数目，e-wΔt为信任度衰减因子，w∈(0,0.1]，a、b皆为权重系数，且满足0<a,b<1。
其中，对邻居节点划分的具体方式为：设定第一信任临界值h1、第二信任临界值h2，对于传感器节点i的任意邻居节点j，当Pij(T+Δt)∈(0,h1)时，将邻居节点j划分为恶意节点，当Pij(T+Δt)∈[h1,h2)时，将邻居节点j划分为自私节点，当Pij(T+Δt)∈[h2,1)时，将邻居节点j划分为正常节点。
本实施例设定了传感器节点向基站发送所采集的环境数据的路由转发机制，该路由机制中，创新性地提出了对各邻居节点根据信任度划分信任等级的策略，并创新性地设定了信任度的计算公式，该计算公式根据节点转发数据包的情况、节点之间的距离情况来评判邻居节点相对于传感器节点的信任度，并考虑了由于时间推移而信任衰减的情况，具有一定的鲁棒性；与基站为多跳距离的传感器节点选择信任度高的传感器节点(即正常节点)来转发环境数据包，提高了环境数据传输的可靠性，保障通信稳定。
其中，每到下一个时间段T，传感器节点重新获取反馈信息，并根据反馈信息每隔一个时间间隔Δt计算其对各邻居节点的信任度，从而传感器节点对邻居节点划分信任等级的过程是动态的，保障计算的信任度能够更准确地衡量邻居节点的状态和转发能力。
第一信任临界值h1是非恶意节点和恶意节点的临界值，如果设置过低，将影响判断恶意节点的灵敏度，如果设置过高，将会把一些非恶意节点排除在数据传输路径之外，进而降低路由的效率。在一个实施例中，按照下列公式设定第一信任临界值h1、第二信任临界值h2：
式中，ni为传感器节点i的邻居节点数目，P0为邻居节点的初始信任度，P0＝0.5。
本实施例提出了第一信任临界值h1、第二信任临界值h2的设定公式，使得信任临界值的设定能够根据信任度的变化而动态变化，从而可以更好地根据信任度进行传感器节点的分类，提高判断恶意节点的灵敏度，提高路由的效率。
在一个实施例中，对于存在多个要转发的环境数据包的中继节点，其根据环境数据包的优先级由大到小的顺序进行环境数据包的转发，其中，环境数据包的优先级的计算公式为：
式中，
表示中继节点j的第μ个要转发的环境数据包的优先级，
为所述第μ个要转发的环境数据包的环境数据数量，
为中继节点j的第v个要转发的环境数据包的环境数据数量，i-Yj(μ)表示向中继节点j发送该第μ个要转发的环境数据包的传感器节点，
为中继节点j对传感器节点i-Yj(μ)的信任度，i-Yj(v)表示向中继节点j发送该第v个要转发的环境数据包的传感器节点，
为中继节点j对传感器节点i-Yj(v)的信任度，Qj为中继节点j要转发的环境数据包数量，z1、z2为设定的权重系数且满足z1+z2＝1。
本实施例创新性地设定了环境数据包转发优先级的计算公式，中继节点按照计算出的优先级的顺序转发环境数据包，有利于使得信任度高且占缓存大的环境数据包优先被转发，提高了缓存管理的效率，降低中继节点的拥塞率，提高了环境数据传输的速度，从而在整体上提高了风电机舱消防智能自动测控***的运行效率。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.风电机舱消防智能自动测控***，其特征是，包括无线传感器网络监测子***、控制中心、设备控制模块、应急执行模块和消防模块；所述的无线传感器网络监测子***用于采集风电机舱内包括温度、烟雾浓度和氧气浓度的环境数据，所述的无线传感器网络监测子***包括基站和多个部署于消防测控区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的环境数据，基站负责传感器节点和控制中心之间的双向信息交互，传感器节点与基站为单跳距离时，传感器节点直接将采集的环境数据发送至基站；传感器节点与基站为多跳距离时，传感器节点通过多跳转发的形式向基站发送所采集的环境数据；所述的控制中心用于根据环境数据控制设备控制模块、应急执行模块和消防模块工作，其中设备控制模块、消防模块和应急执行模块皆无线连接控制中心，设备控制模块用于控制风电机组的供电和启停，所述的消防模块用于根据控制中心的指令驱动二氧化碳气体灭火，所述的应急执行模块用于接收控制中心的指令，切断风电机组与电网的连接并记录现场状况；传感器节点通过多跳转发的形式向基站发送所采集的环境数据，具体包括：
(1)网络初始化时，基站向所有传感器节点广播邻居节点列表构建消息，收到该邻居节点列表构建消息后，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，并构建邻居节点列表；初始时，传感器节点根据邻居节点列表在其多个邻居节点中随机选取一个邻居节点作为中继节点，将采集的环境数据发送至中继节点，从而通过多个中继节点转发环境数据的方式向基站发送所采集的环境数据；
(2)在一个时间段T后，传感器节点通过与邻居节点的信息交互，获取其邻居节点在时间段T内帮其转发环境数据包的数目以及邻居节点转发环境数据包的总数目的反馈信息，在下一个时间段T期间，传感器节点根据反馈信息每隔一个时间间隔Δt计算其对各邻居节点的信任度；
(3)传感器节点根据当前的信任度对各邻居节点划分信任等级，将邻居节点划分为正常节点、恶意节点和自私节点三类，并从正常节点中选择一个作为中继节点，将环境数据包发送至该中继节点；
对于存在多个要转发的环境数据包的中继节点，其根据环境数据包的优先级由大到小的顺序进行环境数据包的转发，其中，环境数据包的优先级的计算公式为：
式中，
表示中继节点j的第μ个要转发的环境数据包的优先级，
为所述第μ个要转发的环境数据包的环境数据数量，
为中继节点j的第v个要转发的环境数据包的环境数据数量，i-Yj(μ)表示向中继节点j发送该第μ个要转发的环境数据包的传感器节点，
为中继节点j对传感器节点i-Yj(μ)的信任度，i-Yj(v)表示向中继节点j发送该第v个要转发的环境数据包的传感器节点，
为中继节点j对传感器节点i-Yj(v)的信任度，Qj为中继节点j要转发的环境数据包数量，z1、z2为设定的权重系数且满足z1+z2＝1。
2.根据权利要求1所述的风电机舱消防智能自动测控***，其特征是，所述控制中心包括中央处理模块、用于存储环境数据的存储模块、接收中央处理模块指令的驱动模块和显示模块、发送信息至中央处理模块的信号处理模块和输入模块。
3.根据权利要求2所述的风电机舱消防智能自动测控***，其特征是，所述消防模块包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、驱动管道，当控制中心根据环境数据判断出火灾发生后，对氮气驱动器瓶上的电磁阀发出开启信号，驱动气瓶内的氮气通过驱动管道打开二氧化碳高压气瓶的平头阀，使二氧化碳气体迅速自动喷出，由气体输送管输送进入机舱内进行灭火。
4.根据权利要求1所述的风电机舱消防智能自动测控***，其特征是，设定信任度的计算公式为：
式中，Pij(T+Δt)表示传感器节点i在T+Δt时刻对其第j个邻居节点的信任度，
qij(T)为所述第j个邻居节点在时间段T内帮传感器节点i转发环境数据包的数目，Qj(T)为所述第j个邻居节点在时间段T内转发环境数据包的总数目，Dij为传感器节点i与其第j个邻居节点之间的距离，Djo为所述第j个邻居节点到基站的距离，Dil为传感器节点i与其第l个邻居节点之间的距离，Dlo为所述第l个邻居节点到基站的距离，ni为传感器节点i的邻居节点数目，e-wΔt为信任度衰减因子，w∈(0,0.1]，a、b皆为权重系数，且满足0<a,b<1。
5.根据权利要求1所述的风电机舱消防智能自动测控***，其特征是，对邻居节点划分的具体方式为：设定第一信任临界值h1、第二信任临界值h2，对于传感器节点i的任意邻居节点j，当Pij(T+Δt)∈(0,h1)时，将邻居节点j划分为恶意节点，当Pij(T+Δt)∈[h1,h2)时，将邻居节点j划分为自私节点，当Pij(T+Δt)∈[h2,1)时，将邻居节点j划分为正常节点。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20230531 Address after: 432800 xianjuding wind farm, lvwang Town, Dawu County, Xiaogan City, Hubei Province Patentee after: China Power Investment Hubei xianjuding Wind Power Generation Co.,Ltd. Address before: 432900 Dawu Mountain Jieling Wind Farm, Jieling Village, Xiaowu Township, Xiaochang County, Xiaogan City, Hubei Province Patentee before: China Power Investment Hubei Jieling Wind Power Generation Co.,Ltd. |
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