风电场通信技术资料

风电发电入门资料整理风电场网络通信的应用现状及其存在的问题：随着风电在全世界范围的发展，国内国外有不少公司致力与SCADA系统开发，维斯塔斯、Gamesa、GE、金风、华锐等风电机组供应商均为自己生产的风电机组提供配套的监控系统，但这些监控系统一般只能适用于特定的机型，适应性较差。因此国内外有多个公司致力于第三方的SCADA系统开发，这些公司的优秀产品包括，国外：丹麦瑞思国家实验室于2000年到2003年开发的CleverFarm系统,英国GarradHassan公司的GHSCADA系统，美国赛风公司的SecondWIND-ADMS系统，还有VestasOnline美国卓越通讯的SCADA系统，国内的有：南瑞电控所NS2000W，华锐风电，金风公司的监控和远方监测系统。目前风电场网络通信主要分为有线和无线两种。其中以有线为主,，包括RS-485总线、Profibus现场总线和以太网，当然在也有使用无线方式或者无线、有线混合使用的方式。但随着风电场容量的增大以及海上风电场对视频监控需求的提高,尤其考虑到有线介质不可预知的破坏,目前的系统很难同时兼顾可靠性、安全性和性价比的高要求。风电场网络通信技术的研究：基于无线局域网的大型海上风电场远程监控系统设计系统的通信方式：多机监控的无线局域网络现场总线：Modbus无线网络通信协议：IEEE802.11无线网络拓扑结构：有中心结点型（infrantructure）图四监控软件开发平台：组态王Kingview6.5公司远程登录访问网络方式：VPN虚拟专用网络组网方式：需要一个或者数个无线桥接器（AP）若干年无线网卡以及天线（包括功率放大器组建无线局域网）如图一风电场网络通信技术的研究：基于无线局域网的大型海上风电场远程监控系统设计系统的通信方式：多机监控的无线局域网络现场总线：Modbus无线网络通信协议：IEEE802.11无线网络拓扑结构：有中心结点型（infrantructure）图四监控软件开发平台：组态王Kingview6.5公司远程登录访问网络方式：VPN虚拟专用网络组网方式：需要一个或者数个无线桥接器（AP）若干年无线网卡以及天线（包括功率放大器组建无线局域网）如上图现有的风电监控通信系统主要采用有线方式,包括RS-485总线、Profibus现场总线和以太网。对于大型风电场和海上风电场,如上海正在建设的东海风力发电场,由于其位于距海岸线8~13km以外的地方,因此,巡检和维护非常不方便,有线通信网络已经不能完全满足风电场监控通信系统对可靠性和安全性的要求。所以,配以适当的无线通信网络将有可能成为大型风电场通信系统发展的趋势。使用无线网络的优缺点：由于RS一485现场总线，最大传输距离为1200米，而海上风电场各风力发电机之间的距离往往不止1200米，所以不能使用RS-485现场总线。此外，海上气候环境比较恶劣，使用有线通讯可能会造成物理损坏等后果，使监控系统不能正常工作。而海上电磁干扰相对较弱，使用无线通讯完全能够保证监控系统的安全工作。无线通信有着灵活性好、机动性号等优点，当网络结构变化时，如风力发电机的添加或者拆除时，不需要对网络进行重新拓扑，而只需要进行简单的设置就可以实现网络重组。就成本而言，它可以省下一笔昂贵的布线费用和美观费用。且省去了大量的布线空间，降低了风电场数据传输通道损坏的概率。摘..要:从运行的安全性和可靠性角度考虑,要求大型风电场具有完善的监控系统。在分析了现有风电场监控系统的有线和无线传输方式的优劣性基础上,针对有线介质不可预知的破坏可能和海上风电运行维护不便等问题,提出了一种以太网和地面无线测控网相结合的大型风电场监控通信系统。该系统满足大型风电场传递大量数据的要求,并能解决就地监控与中央监控之间的通信备份;同时还可实现远程监控、中央监控和就地监控之间实时、可靠和安全的通信。大型风力发电场一般工作于恶劣的环境中。在无人值守的情况下,它采用SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)数据采集与监视控制系统对几十台或上百台风力发电机进行集群控制[1-2],其中,通信系统需要完成风机内部、就地监控、中央监控和远程监控之间数据与命令的通信[3]。现有的风电监控通信系统主要采用有线方式,包括RS-485总线、Profibus现场总线和以太网。对于大型风电场和海上风电场,如上海正在建设的东海风力发电场,由于其位于距海岸线8~13km以外的地方,因此,巡检和维护非常不方便,有线通信网络已经不能完全满足风电场监控通信系统对可靠性和安全性的要求。所以,配以适当的无线通信网络将有可能成为大型风电场通信系统发展的趋势。就地监控,中央监控,远程监控系统定义｛单个风机组的就地监控能够独立完成风机的状态检测和对风机的状态控制,并完成传感器和控制器之间的数据和命令的传递。中央监控系统监控一个风电场的运行状况,工作人员可以从控制室的屏幕上监控风电场内所有风机的状态,并施以控制。远程监控系统用来监控一个地区的若干风电场,掌握整个地区的风电状况,并从整体上协调本地区风电的使用工况｝1..风电场监控系统的通信方式｛风电场监控系统的功能主要包括就地监控、中央监控和远程监控这三级监控。对于风机内部的传感器、控制器和执行器之间的通信,现在主要采用RS-485总线和接口转换器实现数据和命令的传递。｝就地监控与中央监控之间的通信方式｛主要分为有线和无线两种。在有线方式中,上下位机之间的距离为1~5km(为叶片距离的3~5倍)。因此,一般采用RS-485总线、Profibus现场总线和以太网。随着风电场容量的增大以及海上风电场对视频监控需求的提高,光纤以太网成为更合适的方式。对于无线通信方式,目前还没有实际应用的方案,但不少学者和企业提出采用无线方案,如基于无线局域网的大型海上风电场远程监控系统设计等[｝中央监控与远程监控的通信方式｛中央监控与远程监控用于保障一个地区的多个风电场的协调控制。现有的方式主要有:1基于PSTN(publicswitchedtelephonenetwork)的数据传输,即传统的电话交换网络,采用这种方法的数据传递安全性高,但费用比较高;2基于GPRS(generalpacketradioservice)的无线通信是根据数据流量进行费用计算的,且安全性和实时性不高;3基于通过Internet建立的虚拟专用网络VPN(virtualprivatenetwork)的数据传输[5-6],它具有费用低、传输速率快的优势,但安全性和可靠性不够高。｝对于已有的通信方式,有线方式基本可以满足风电场三级监控之间信息传递所需的实时性、可靠性和安全性要求,但对于日益扩大的大型风电场系统,特别是海上风力发电,尤其考虑到有线介质不可预知的破坏,可以配以合适的无线网络,做到更可靠和更安全的实时监控。以上几种无通信方式都具有各自的优缺点,不能同时达到可靠性、安全性和性价比的要求,而本文采用的地面无线测控网是一种能达到可靠性和安全性要求的无线通信方式。风电场监控系统现状和发展趋势综述杨文华（宁夏电力公司发展策划部，宁夏银川750001）摘要：对国内外风电场综合监控系统进行了广泛调研，分析了风电场监控系统的产生的背景、现状、组网方式及功能特点，比较了国内外监控系统的相同和异同，在此基础上讨论了风电场监控系统的发展趋势。监控与数据采集（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA）系统｛在电力系统中，监控与数据采集（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA）系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟，SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及事故报警等功能。｝大型风电场及风电机组的控制系统方案为了适应远距离通讯的需要，目前国内风电场所引进的监控系统主要采用如下两种通讯方式:①异步串行通讯，用RS-422或RS-485通讯接口。它的传输距离可达数千公里，传输速度也可达数百万位。由于所用传输线较少，所以成本较低，很适合风电场监控系统采用。同时因为此种通讯方式的通讯协议比较简单，也很常用，所以成为较远距离通讯的首选方式。②调制解调器（MODEM）方式。这是将数字信号调制成一种模拟信号，通过介质传输到远方，在远方再用解调器将信号恢复，取出信息进行处理，是一种实现远距离信号传输的方式。此种传输方式的传输距离不受限制，可以将某地的信息与世界各地交换，且抗干扰能力较强，可靠性高，虽相对说来成本较高，但在风电机组通讯中也有较多的应用。5.1通讯方式目前风电场所采用的风电机组都是以大型并网型机组为主，各机组有自己的控制系统，用来采集自然参数，机组自身数据及状态，通过计算、分析、判断而控制机组的启动、停机、调向、刹车和开启油泵等一系列控制和保护动作，能使单台风力发电机组实现全部自动控制，无需人为干预。当这些性能优良的风电机组安装在某一风电场时，集中监控管理各风电机组的运行数据、状态、保护装置动作情况、故障类型等，十分重要。为了实现上述功能，下位机（机组控制机）控制系统应能将机组的数据、状态和故障情况等通过专用的通讯装置和接口电路与中央控制室的上位计算机通讯，同时上位机应能向下位机传达控制指令，由下位机的控制系统执行相应的动作，从而实现远程监控功能。根据风电场运行的实际情况，上、下位机通讯有如下特点:①一台上位机能监控多台风电机组的运行，属于一对多通讯方式;②下位机应能独立运行，并能对上位机通讯;③上、下位机之间的安装距离较远，超过500m;④下位机之间的安装距离也较远，超过100m;⑤上、下位机之间的通讯软件必须协调一致，并应开发出工业控制专用功能。为了适应远距离通讯的需要，目前国内风电场所引进的监控系统主要采用如下两种通讯方式:①异步串行通讯，用RS-422或RS-485通讯接口。它的传输距离可达数千公里，传输速度也可达数百万位。由于所用传输线较少，所以成本较低，很适合风电场监控系统采用。同时因为此种通讯方式的通讯协议比较简单，也很常用，所以成为较远距离通讯的首选方式。②调制解调器（MODEM）方式。这是将数字信号调制成一种模拟信号，通过介质传输到远方，在远方再用解调器将信号恢复，取出信息进行处理，是一种实现远距离信号传输的方式。此种传输方式的传输距离不受限制，可以将某地的信息与世界各地交换，且抗干扰能力较强，可靠性高，虽相对说来成本较高，但在风电机组通讯中也有较多的应用。5.2上、下位机通讯接口的设计（1）上位机通讯接口的设计在工业现场控制应用中，通常采用工控PC机作为上位计算机，通过RS-232串行口与下位机通讯，构成集散式监控系统。但是，采用RS-232串行口进行数据通讯，其缺点是带负载能力差，仅用于近距离（15m以内）通讯，无法满足分散的、远距离的风电场监控的通讯要求。无论是采用异步串行通讯方式还是调制解调方式，均要在PC机RS-232串行口的基础上进行适当的改进与扩展。RS-232的电气接口是单端的，双极性电源供电系统，这种电路无法区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号，使传输速率和传输距离都受到限制；RS-422则采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除信号地线。当干扰信号作为共模信号出现时，接收器只接收差分输入电压，因而这种电路保证了较长的传输距离和较高的传输速率。两者之间可用异步通讯用RS-232/422转换接口板转换。（2）下位机通讯接口的设计监控系统的下位机是指各风电机组的中心控制器。对于每台风力发电机组来说，即使没有上位机的参与，也能安全正确地工作。所以相对于整个监控系统来说，下位机控制系统是一个子系统，具有在各种异常工况下单独处理风电机组故障，保证风电机组安全稳定运行的能力。从整个风电场的运行管理来说，每台风电机组的下位控制器都应具有