[发明专利]一种风电机组无线监控系统的构建方法

说明书

本发明公开一种风电机组无线监控系统的构建方法，从节点部署和路由协议两个方面对风电机组无线监控系统进行构建。考虑到风电机组典型故障的分布具有一定的空间性，提出了一种空间正四面体节点部署方案。该节点部署方案是将正四面体理论运用至监控系统的节点部署中，着重对机舱的齿轮箱、发电机与传动轴进行监控部署；为了更好地提高无线监控系统的路由协议性能，提出了基于改进簇头选取的LEACH算法。该算法考虑到节点剩余能量和节点几何距离，将其作为簇头选取阈值计算公式的参数，用以提高监控系统的性能。该算法能有效均衡监控系统节点的能耗，延长系统的最佳运行时间。

技术领域

本发明涉及一种风电机组无线监控系统的构建方法，构建空间节点部署方案，使节点部署更加吻合实际机组的模型。同时，对LEACH协议的簇头选举方法进行改进，使得监控系统的覆盖度在实际应用时得到提高。

背景技术

风力发电作为一种发电利用小时数高、清洁环保的发电形式，得到了政府和发电企业的大力推广。然而，风电机组多处于环境恶劣地区，容易发生故障，可进入性差、人工维护困难，大大增加了风电机组的运维成本，降低了经济效益。风电机组装机容量的迅猛增长给风电机组的运行维护带来了巨大挑战。因此，十分有必要对风电机组运行状态进行实时监控。基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术的无线监控系统具有实时不间断监控、动态性能强、设施安装简易等优势。利用无线传感器网络的独特优势实时监控风电机组，在提高监控系统效率的同时还可以大大缩减运营成本。因此，WSN技术在风电机组运行状态的监控中具有良好的应用前景。但是无线监控系统存在一些不足，例如传感器节点能耗过快而失效。节点的失效直接反映为监控系统覆盖度的降低，导致系统监控范围缩小，监控准确度下降，甚至使系统瘫痪。因此，构建性能可靠的风电机组监控系统十分必要。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电机组无线监控系统的构建方法。尝试将节点部署方案突破平面，构建空间节点部署方案，使节点部署更加吻合实际机组的模型。同时，对LEACH协议的簇头选举方法进行改进，使得监控系统的覆盖度在实际应用时得到提高。

技术方案：一种风电机组无线监控系统的构建方法，从节点部署和路由协议两个方面对风电机组无线监控系统进行构建。考虑到风电机组典型故障的分布具有一定的空间性，尝试将节点部署方案突破平面，构建空间节点部署方案，使节点部署更加吻合实际机组的模型。提出了一种空间正四面体节点部署方案。该节点部署方案是将正四面体理论运用至监控系统的节点部署中，着重对机舱的齿轮箱、发电机与传动轴进行监控部署；基于所提出的空间节点部署方案，为了更好地提高无线监控系统的路由协议性能，本发明结合风电机组的实际应用场合，通过对现有典型LEACH路由协议的改进来实现监控系统性能的优化。提出了基于改进簇头选取的LEACH算法。该算法考虑到节点剩余能量和节点几何距离，将其作为簇头选取阈值计算公式的参数，使得监控系统的覆盖度在实际应用时得到提高。

将平面的结论延拓至空间层面，节点感知半径与相邻节点距离需满足下式的条件：

其中R是节点感知半径，r是相邻节点距离。

当满足该式的条件时即可保证监控系统覆盖度达到100％，具体证明如下：

命题：在正四面体ABCD中，棱长AB＝r，AE为正四面的一条高，正四面体中心O在高AE上，证明下式：

证明：O是正四面体ABCD的中心，连接OA、OB、OC、OD，由于O是中心，所以正四面体ABCD被分为四个全等的小三棱锥O-ABC、O-ABD、O-ACD、O-BCD，其中OA＝OB＝OC＝OD。见图1。所以：

即AE＝4OE。