關(guān)于一種風(fēng)電廠廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的研究

蔚雪爭

摘要：本文探討了風(fēng)電廠廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究背景，分析了廠區(qū)無線覆蓋所面臨的挑戰(zhàn)，并提出了廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋相關(guān)的物理層、接入層、核心層及網(wǎng)關(guān)的具體設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電廠;無線網(wǎng)絡(luò);方案

中圖分類號：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0025-01

1廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案研究背景

風(fēng)電作為一種間歇式分布能源，其大規(guī)模并網(wǎng)后對電網(wǎng)側(cè)實(shí)行集中監(jiān)控、功率預(yù)測等智能調(diào)度功能提出了更高要求。為了滿足以上功能的需求，各風(fēng)電場的單風(fēng)機(jī)信息、變電站信息等都要實(shí)現(xiàn)快速可靠上傳。經(jīng)對現(xiàn)有風(fēng)能電站通信方式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有風(fēng)電廠的主要數(shù)據(jù)通信方式為環(huán)網(wǎng)通信，主要以環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，以工業(yè)級的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)網(wǎng)保護(hù)的組網(wǎng)模式建設(shè)純IP的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)來支撐現(xiàn)有風(fēng)電廠的業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)信息流。但是隨著新增業(yè)務(wù)流的開展，業(yè)務(wù)精細(xì)化的深入，移動巡檢、遠(yuǎn)程故障診斷等相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能完全滿足此類業(yè)務(wù)的需求，故對于廠區(qū)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的需求愈發(fā)強(qiáng)烈。

2廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋面臨的挑戰(zhàn)

2.1廠區(qū)自然環(huán)境復(fù)雜。風(fēng)電場一般分布在山地、戈壁、草原、峽谷等運(yùn)營商信號覆蓋較差或未覆蓋的區(qū)域，且整個(gè)廠區(qū)覆蓋區(qū)域較廣，廠區(qū)地形地貌復(fù)雜。

2.2廠區(qū)天氣環(huán)境惡劣。風(fēng)電廠所處環(huán)境通常存在大風(fēng)、沙塵、低溫、潮熱等惡劣天氣氣候，外界環(huán)境對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行的不良影響是無法忽視的。

2.3廠區(qū)電氣環(huán)境嚴(yán)酷。設(shè)備運(yùn)行面臨嚴(yán)酷的電氣環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾。以某風(fēng)電場風(fēng)機(jī)為例，機(jī)組下送的電纜線電壓達(dá)到1195V，最大電流達(dá)到1200A;由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與風(fēng)電機(jī)組共用走線架，因此電磁感應(yīng)會造成高達(dá)100V以上的干擾。此外，風(fēng)機(jī)塔筒為純金屬中空筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁光滑，內(nèi)部無線電信號會發(fā)生強(qiáng)烈反射，對無線信號的傳輸造成嚴(yán)重干擾。

3廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋實(shí)現(xiàn)方案

3.1方案設(shè)計(jì)目標(biāo)。方案除需實(shí)現(xiàn)對廠區(qū)的覆蓋外還需實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組塔筒內(nèi)的無線信號覆蓋;另外，應(yīng)選取合適的信號覆蓋方式，節(jié)省建設(shè)成本，降低施工難度;需進(jìn)行冗余鏈路設(shè)計(jì)，提高整個(gè)覆蓋方案的可靠性;整個(gè)方案應(yīng)注重實(shí)用性、擴(kuò)展性、先進(jìn)性、可靠性，后期應(yīng)便于管理，易于維護(hù)，支持對網(wǎng)絡(luò)故障的迅速分析定位。

3.2方案具體實(shí)現(xiàn)。本方案以國內(nèi)北方有133臺風(fēng)電機(jī)組的某草原風(fēng)電廠為例進(jìn)行闡述：

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)。此次網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用單核心單出口的設(shè)計(jì)方案。將電廠133臺風(fēng)機(jī)分為12組，每組11臺風(fēng)機(jī)（第12組12臺風(fēng)機(jī)），每組風(fēng)機(jī)采用雙鏈路聚合串聯(lián)的方式連接，然后每組風(fēng)機(jī)內(nèi)的一臺交換機(jī)通過雙鏈路聚合方式再鏈接到核心交換機(jī);核心交換機(jī)除上聯(lián)出口網(wǎng)關(guān)，此外還需要鏈接無線控制器和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器。

（2）物理層設(shè)計(jì)。為了盡量節(jié)省現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)資源，本方案利用工業(yè)交換機(jī)采用特殊光模塊、鏈路聚合等方式，在僅使用現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)光纖中的兩芯的情況下，即能滿足通信要求，又能進(jìn)一步提高鏈路的可靠性，在其中一芯發(fā)生故障時(shí)，確保另一芯仍能保證正常通信，從而支撐業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

（3）接入層設(shè)計(jì)。由于接入層設(shè)備運(yùn)行環(huán)境十分苛刻，故需選擇工業(yè)級接入層交換機(jī)，該交換機(jī)支持多平臺的模塊化操作系統(tǒng)，能夠提供智能、安全、高速、簡單管理的千兆桌面解決方案。廠區(qū)每臺風(fēng)機(jī)均安裝一臺接入層交換機(jī)，交換機(jī)的上行和下行均通過鏈路聚合的方式連接其他交換機(jī)。

通過VLAN定義實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)劃分，視頻、語音、網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離;實(shí)現(xiàn)QoS，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類和標(biāo)記;接入層設(shè)備全部采用雙千兆鏈路上聯(lián)核心設(shè)備，以保證接入網(wǎng)的帶寬要求;接入層作為用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)的唯一接口，對用戶終端進(jìn)行入網(wǎng)認(rèn)證、訪問行為規(guī)范控制。

（4）核心層設(shè)計(jì)。核心層作為全網(wǎng)的中樞，是全網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹行?，不僅要保證7*24小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，還要協(xié)調(diào)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量和訪問策略。故核心層選用一臺高性能模塊化交換機(jī)，并支持靈活擴(kuò)展。采用雙電源、雙引擎的配置，確保高性能、高可靠。核心交換機(jī)直接與每一組第一臺風(fēng)機(jī)的接入交換機(jī)通過鏈路聚合連接，網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、無線控制器與核心交換機(jī)直連。

（5）網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)以“疏-堵-控”為核心理念：

疏，實(shí)現(xiàn)彈性帶寬管理，網(wǎng)絡(luò)資源內(nèi)網(wǎng)化，通過部署網(wǎng)絡(luò)出口引擎，對多條運(yùn)營商鏈路出口進(jìn)行智能選擇分析，充分利用廠區(qū)鏈路資源，提高網(wǎng)絡(luò)訪問速度;堵，抵御網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，利用流量控制功能，除實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)用層的流量檢測和控制外，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)名制聯(lián)動及彈性帶寬分配;控，建立流量日志管控平臺，對出口帶寬利用率進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)基于用戶身份的網(wǎng)絡(luò)行為實(shí)名審計(jì)，將防火墻作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出口的防護(hù)設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)邊界進(jìn)行防護(hù)，控制不同網(wǎng)段之間的信息通道，對進(jìn)出相應(yīng)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)訪問行為進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（6）無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。由于風(fēng)電機(jī)組高度通常在70至80米左右，且塔筒內(nèi)部自頂端到底部設(shè)有若干個(gè)金屬制平臺，故塔筒內(nèi)無線信號衰減較為嚴(yán)重，但饋線較短，故為了實(shí)現(xiàn)塔筒內(nèi)及塔筒附近的無線信號覆蓋，至少應(yīng)在每個(gè)塔筒上部署2至3臺AP，并通過供電模塊進(jìn)行供電，每臺AP通過雙絞線連接到風(fēng)機(jī)塔筒內(nèi)的接入層交換機(jī)?？紤]到風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境，AP設(shè)備采用全密閉防水、防塵、阻燃外殼設(shè)計(jì)，適合在極端室外環(huán)境中使用，有效避免惡劣天氣及環(huán)境的影響，所有對外接口均需設(shè)計(jì)濾波和防護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)20V至10000V范圍內(nèi)電磁干擾的濾除，實(shí)現(xiàn)電源和信號的純凈，確保設(shè)備可靠運(yùn)行。所有AP設(shè)備通過無線控制器統(tǒng)一集中進(jìn)行可視化管理，靈活控制無線接入點(diǎn)的配置，優(yōu)化射頻覆蓋效果和性能。

（7）管理運(yùn)維設(shè)計(jì)。整個(gè)方案中涉及的各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較多，管理運(yùn)維過程中使用一套網(wǎng)絡(luò)管理軟件對所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于后期運(yùn)維，該軟件能支撐網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑尸F(xiàn)，設(shè)備故障與性能監(jiān)控以及設(shè)備的配置管理，軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，以便于網(wǎng)絡(luò)管理員日常使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高密度無線覆蓋技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)[J]. 王燕清，李程，蘇爽.數(shù)字通信世界. 2017（01）