雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)

喻輔華

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)

喻輔華

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章針對風(fēng)場單環(huán)網(wǎng)的通訊模式，分析其優(yōu)缺點，提出雙環(huán)冗余的風(fēng)場通訊方式，對于風(fēng)場通訊的穩(wěn)定運行和集中監(jiān)控具有重要意義。

以太網(wǎng)；串行通訊；雙環(huán)冗余

0 引言

風(fēng)能是一種清潔能源，我國對風(fēng)能的開發(fā)雖然起步較晚，但發(fā)展較快。隨著風(fēng)場規(guī)模的擴大，風(fēng)場通訊的可靠、穩(wěn)定運行顯得尤為重要。有風(fēng)的地方，適合建風(fēng)場，但自然環(huán)境惡劣。風(fēng)沙大，晝夜溫差大，是風(fēng)場顯著的自然特征。國內(nèi)早期建設(shè)的風(fēng)場普遍采用單環(huán)串行通訊方式監(jiān)控風(fēng)機，如圖1所示。 這種通訊方式的優(yōu)點是敷設(shè)光纜數(shù)量少，成本低；缺點是：

a）任意一個節(jié)點光纖故障都會造成同一環(huán)網(wǎng)所有風(fēng)機通訊中斷；

b）故障節(jié)點診斷困難， 出現(xiàn)通訊故障時， 需逐一檢測線路和通訊控制器；

c）為了提高通訊速率， 需要限制單一環(huán)網(wǎng)中的風(fēng)機數(shù)量。

利用以太網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)，能有效提高風(fēng)場通訊的穩(wěn)定性和可靠性，提升風(fēng)場管理水平，降低管理成本。

圖1 單環(huán)風(fēng)場通訊示意圖

1 雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單環(huán)串行通訊系統(tǒng)可靠性較差，任意一個節(jié)點光纖故障都會造成同一環(huán)網(wǎng)中所有風(fēng)機通訊中斷。雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)是在同一通訊環(huán)網(wǎng)中建立兩個獨立的環(huán)網(wǎng)——主環(huán)網(wǎng)和副環(huán)網(wǎng)，一旦主環(huán)網(wǎng)通訊中斷，馬上切換到副環(huán)網(wǎng)通訊，并向集控室報告通訊故障，便于維護人員診斷故障和及時維修。其硬件系統(tǒng)由遠程監(jiān)控系統(tǒng)、通訊控制器、風(fēng)機主控制器、變頻器和變槳控制器組成，如圖2所示。

圖2 雙環(huán)冗余的風(fēng)場通訊系統(tǒng)

雙環(huán)冗余通訊系統(tǒng)不僅具有冗余的監(jiān)控電腦，還有冗余的通訊網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)分流、通訊故障輔助診斷等功能。

2 雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)硬件設(shè)計

風(fēng)機由主控、變槳和變頻器三大控制系統(tǒng)構(gòu)成， 各系統(tǒng)之間主要采用RS485協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，抗干擾性能強，穩(wěn)定性好。風(fēng)機和風(fēng)機之間以及風(fēng)機和集控室之間主要采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，速度快，保證風(fēng)機及時準確地執(zhí)行集控室的指令，迅速啟停風(fēng)機和功率調(diào)節(jié)。

該系統(tǒng)硬件采用三路光纖串行接口的通訊控制器，一路通過多模光纖與主控制器通訊，另外兩路光纖與其他風(fēng)機組成雙環(huán)冗余通訊系統(tǒng)。主控器與變槳系統(tǒng)采用冗余的RS485通訊， 主控器與變頻器之間除了保持原先的電氣控制線路外，增加一路CAN通訊接口， 使其不因線路故障而停機。風(fēng)場環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控電腦之間采用RS232通信接口， 同樣采用主副監(jiān)控電腦實現(xiàn)冗余的通信方式。整個系統(tǒng)的通訊接口如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)通信接口示意圖

當環(huán)網(wǎng)速率設(shè)定為512000Bps， 通訊控制器與主控制器之間的通訊速率設(shè)定為38400Bps時， 刷新33臺風(fēng)機組成的單環(huán)網(wǎng)耗時約為20秒； 而采用冗余雙環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)后， 刷新33臺風(fēng)機通訊環(huán)網(wǎng)耗時約為12秒， 大大提高了風(fēng)場通訊環(huán)網(wǎng)的刷新速率。表1是單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)優(yōu)缺點對比。

表1 單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)優(yōu)缺點對比

3 雙環(huán)冗余風(fēng)場通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了實現(xiàn)雙環(huán)冗余的通訊模式，在通訊控制器軟件設(shè)計中首先要處理數(shù)據(jù)優(yōu)先級問題，凡是監(jiān)控電腦給風(fēng)機的啟停指令和功率調(diào)節(jié)指令優(yōu)先執(zhí)行，風(fēng)場數(shù)據(jù)交換次之。其次，由于風(fēng)場數(shù)據(jù)量大，容易造成數(shù)據(jù)堵塞和數(shù)據(jù)丟失，在軟件設(shè)計中還要處理數(shù)據(jù)緩存和自愈等問題。數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送采用中斷的方式來實現(xiàn)。通過中斷計時的方式對端口狀態(tài)進行檢測，當接收端口長時間未收到數(shù)據(jù)查詢指令時，通訊控制器自動切換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口，實現(xiàn)故障網(wǎng)絡(luò)的自愈功能，并協(xié)助監(jiān)控中心確定通訊故障點。當接收端口重新收到數(shù)據(jù)查詢指令后，恢復(fù)正常的通訊狀態(tài)。圖4和圖5分別表示通訊控制器數(shù)據(jù)收發(fā)判斷流程和雙環(huán)自愈切換判斷流程。

圖4 通訊控制器數(shù)據(jù)收發(fā)判斷流程

圖5 通訊控制器雙環(huán)自愈切換判斷流程

4 結(jié)論

風(fēng)力資源較好的地方，也是環(huán)境惡劣的地方。面對裝機分散、距離較遠、交通困難的情況，采用雙環(huán)冗余的風(fēng)場通信系統(tǒng)取代單環(huán)串行通訊系統(tǒng)，對提高風(fēng)場運行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性是行之有效的途徑和辦法，具有十分重要的意義。

[1]段斌,林媛源,黃凌翔,等.風(fēng)電場監(jiān)控通信安全解決方案[J].電力系統(tǒng)自動化,2009,33（12）:97-102

[2]杜杰. 大型風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué),2005

[3]胡雅娟.基于實測運行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場整體模型的研究[D].吉林：東北電力大學(xué),2007

Communication System of Double RedundantW ind Field

Yu Fuhua
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

This paper analyses the advantages and disadvantages of the communicationmodel of a single loop network in wind field and puts forward the communication model of double redundancy which is very important for the stable operation of the wind field communication.

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喻輔華 （1970-）， 男， 工程師， 現(xiàn)從事風(fēng)場通訊和汽輪機保安系統(tǒng)的調(diào)試及風(fēng)電技術(shù)服務(wù)工作。