風力發電控制系統的光網絡雙纖自愈實現

　　威海風電場建設的需求：2006年4月，龍源集團著手建設威海風電場，同時考慮到設計風機控制的通信網絡。按照規劃的要求，在風電場各個結點之間通過光纖通訊,每個結點（風機）需要多個RJ45接口（目前僅使用3個）。工業以太網交換機之間采用雙層冗余環網機制,在某臺交換機斷電情況下,不影響其他交換機設備間的通訊,切換時間要短，交換機之間能自動尋找合適路由和切換判斷故障光路。風機通訊的數據量不大，各個站點之間使用異步數據接口即可完成工作。結點與中心控制室的服務器之間能建立私有通道，即結點不能相互訪問，服務器權限最高，可訪問網絡中的全部節點。工業防護等級在IP40以上。整個通信系統通過多個冗余光纖以太網連接。整個通信系統需要充分考慮產品間的兼容性問題，要求網絡層次分明，系統的各個部分都能很好的協調、穩定的工作，把系統各個部分的性能充分發揮，堅決杜絕資源浪費等現象。

　　技術設計原則：針對威海風電場建設的要求，我們本著經濟實用、性能優越、技術先進、安全可靠的指導思想進行設計，同時兼顧系統性能優越、技術先進、運行安全可靠的前提下，盡量縮減投資，避免不必要的資金浪費。

　　1、 實用性：風機控制的通信系統產品滿足用戶的使用要求，并有多個成功案例，易安裝、免維護、易管理，減少了使用者的工作強度。

　　2、 先進性：風機控制的通信系統設計中，充分考慮到當前計算機技術、系統控制技術、網絡技術和光傳輸技術的發展，所采用的核心技術和產品均具備技術先進性，滿足系統的現實業務需求，并能保證系統以后的順利升級，確保系統在國內處于領先地位。

　　3、 可靠性：在系統設計、設備選型、調試、安裝等環節都將嚴格貫徹質量條例，完全符合標書和國家、行業的有關標準，確保系統穩定、可靠、安全地運行。采用雙纖自愈環網的組網方式更是保證了系統業務運行的可靠性。

　　4、 開放性：系統的各種接口，核心技術具有開放性，符合國際國內相關標準，設備具有很好的互操作性。綜合了業界最優秀的產品、技術和服務。

　　5、 靈活性：本系統組網方式為雙纖自愈環網，操作管理簡便，維護方便。

　　6、 可擴展性：骨干網是基于冗余TCP/IP協議設計的對等網結構 的大系統，所以今后系統擴容極其方便。無論是業務子網內的接入點及業務種類的增加，還是業務子網數量的增加，都只需增加相應的設備，即可方便地接入現有系統。從而大大方便了用戶并節約了投資。

風電現場實現的技術方案：

　　在風力發電機組中按控制功能可分為：連續調節控制、順序控制（SCS）、數據采集（DAS）、聯鎖保護、管理和信息處理。針對于威海風電廠機組分布廣，地理條件復雜，環境惡劣（溫度范圍：-30～60度，高電磁干擾）的現場情況，我們選用可靠極高的工業級設備構建其數據通信系統，具體結構圖如下圖：

　　1. 網絡層

　　網絡層采用工業以太網光交換機，構建基于TCP/IP協議骨干層冗余環網。全網具有極快速系統自愈能力，其自愈時間在30ms以內。

　　光纖雙環自愈通信系統的工作流程：

　　雙纖自愈環網正常工作時，數據流是占用主用通道，當環網中某臺工業交換機、數據光端機斷電或者故障的情況下，系統能夠自動切換到備用通道上，完成網絡重構。切換時間在30ms以內，最大限度的保證了系統的健壯性。骨干傳輸網按照不同的業務，進行基于802.1Q Tag VLAN 劃分。為了實現不同VLAN間的相互訪問，在集中控制層配置一臺三層交換機。控制中心的工作站連接在骨干以太網上，可以訪問系統中的任一節點。

　　2. 現場控制層

　　在現場控制層有現場控制器，傳感器，執行器等終端設備，采用數據光端機，構建基于RS232低速數據的現場接入網。網絡層和現場控制層之間通過風力機現場工作站實現橋接。

　　3. 集中控制層：

　　集中控制層包括：操作員站，工程師站，數據存儲打印站。集中對各分散風力機和變電站的監視和操作。

　　方案特殊優勢：威海風電場中應用的以太網交換機和數據光端機具備獨特光口、網口的狀態及性能系統自檢功能;光纖雙環自愈通信系統有極快冗余倒換時間（節點間<1ms，網絡倒換時間< 10ms）;配置了報警輸出：繼電器輸出指示設備故障;工作溫在-40℃～+80℃，適應中國北方高寒，也適應南方酷熱;工作濕度在5%～95%，不怕梅雨季節;包裝采用IP40防護，鋁質外殼，重量輕，為風機制造商節省寶貴的空間、重量;安裝方式可以是 壁掛、導軌及機架方式，為集成商節省人力和時間;電磁兼容性達到EC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11、 EN 55022四級，抗振動和沖擊能力強，適應各種變速風機的環境;該產品的平均壽命MTBF是302,000小時，可以讓風機運行高枕無憂。

結束語：

威海風電場采用Omate雙纖自愈環網技術穩定、安全、可靠運行近2年時間，證明雙纖自愈環網技術在風電行業的先進性和實用性，象Omate一樣國產、精品、實時的工業以太網光交換機，完全可以替代目前市場上占主導地位的國外同類產品，同時雙纖自愈環網技術已經走進風電行業的廠家、業主的后續風電項目當中。