风力发电控制系统的光网络双纤自愈实现

　　威海风电场建设的需求：2006年4月，龙源集团着手建设威海风电场，同时考虑到设计风机控制的通信网络。按照规划的要求，在风电场各个结点之间通过光纤通讯,每个结点（风机）需要多个RJ45接口（目前仅使用3个）。工业以太网交换机之间采用双层冗余环网机制,在某台交换机断电情况下,不影响其他交换机设备间的通讯,切换时间要短，交换机之间能自动寻找合适路由和切换判断故障光路。风机通讯的数据量不大，各个站点之间使用异步数据接口即可完成工作。结点与中心控制室的服务器之间能建立私有通道，即结点不能相互访问，服务器权限最高，可访问网络中的全部节点。工业防护等级在IP40以上。整个通信系统通过多个冗余光纤以太网连接。整个通信系统需要充分考虑产品间的兼容性问题，要求网络层次分明，系统的各个部分都能很好的协调、稳定的工作，把系统各个部分的性能充分发挥，坚决杜绝资源浪费等现象。

　　技术设计原则：针对威海风电场建设的要求，我们本着经济实用、性能优越、技术先进、安全可靠的指导思想进行设计，同时兼顾系统性能优越、技术先进、运行安全可靠的前提下，尽量缩减投资，避免不必要的资金浪费。

　　1、 实用性：风机控制的通信系统产品满足用户的使用要求，并有多个成功案例，易安装、免维护、易管理，减少了使用者的工作强度。

　　2、 先进性：风机控制的通信系统设计中，充分考虑到当前计算机技术、系统控制技术、网络技术和光传输技术的发展，所采用的核心技术和产品均具备技术先进性，满足系统的现实业务需求，并能保证系统以后的顺利升级，确保系统在国内处于领先地位。

　　3、 可靠性：在系统设计、设备选型、调试、安装等环节都将严格贯彻质量条例，完全符合标书和国家、行业的有关标准，确保系统稳定、可靠、安全地运行。采用双纤自愈环网的组网方式更是保证了系统业务运行的可靠性。

　　4、 开放性：系统的各种接口，核心技术具有开放性，符合国际国内相关标准，设备具有很好的互操作性。综合了业界最优秀的产品、技术和服务。

　　5、 灵活性：本系统组网方式为双纤自愈环网，操作管理简便，维护方便。

　　6、 可扩展性：骨干网是基于冗余TCP/IP协议设计的对等网结构 的大系统，所以今后系统扩容极其方便。无论是业务子网内的接入点及业务种类的增加，还是业务子网数量的增加，都只需增加相应的设备，即可方便地接入现有系统。从而大大方便了用户并节约了投资。

风电现场实现的技术方案：

　　在风力发电机组中按控制功能可分为：连续调节控制、顺序控制（SCS）、数据采集（DAS）、联锁保护、管理和信息处理。针对于威海风电厂机组分布广，地理条件复杂，环境恶劣（温度范围：-30～60度，高电磁干扰）的现场情况，我们选用可靠极高的工业级设备构建其数据通信系统，具体结构图如下图：

　　1. 网络层

　　网络层采用工业以太网光交换机，构建基于TCP/IP协议骨干层冗余环网。全网具有极快速系统自愈能力，其自愈时间在30ms以内。

　　光纤双环自愈通信系统的工作流程：

　　双纤自愈环网正常工作时，数据流是占用主用通道，当环网中某台工业交换机、数据光端机断电或者故障的情况下，系统能够自动切换到备用通道上，完成网络重构。切换时间在30ms以内，最大限度的保证了系统的健壮性。骨干传输网按照不同的业务，进行基于802.1Q Tag VLAN 划分。为了实现不同VLAN间的相互访问，在集中控制层配置一台三层交换机。控制中心的工作站连接在骨干以太网上，可以访问系统中的任一节点。

　　2. 现场控制层

　　在现场控制层有现场控制器，传感器，执行器等终端设备，采用数据光端机，构建基于RS232低速数据的现场接入网。网络层和现场控制层之间通过风力机现场工作站实现桥接。

　　3. 集中控制层：

　　集中控制层包括：操作员站，工程师站，数据存储打印站。集中对各分散风力机和变电站的监视和操作。

　　方案特殊优势：威海风电场中应用的以太网交换机和数据光端机具备独特光口、网口的状态及性能系统自检功能;光纤双环自愈通信系统有极快冗余倒换时间（节点间<1ms，网络倒换时间< 10ms）;配置了报警输出：继电器输出指示设备故障;工作温在-40℃～+80℃，适应中国北方高寒，也适应南方酷热;工作湿度在5%～95%，不怕梅雨季节;包装采用IP40防护，铝质外壳，重量轻，为风机制造商节省宝贵的空间、重量;安装方式可以是 壁挂、导轨及机架方式，为集成商节省人力和时间;电磁兼容性达到EC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11、 EN 55022四级，抗振动和冲击能力强，适应各种变速风机的环境;该产品的平均寿命MTBF是302,000小时，可以让风机运行高枕无忧。

结束语：

威海风电场采用Omate双纤自愈环网技术稳定、安全、可靠运行近2年时间，证明双纤自愈环网技术在风电行业的先进性和实用性，象Omate一样国产、精品、实时的工业以太网光交换机，完全可以替代目前市场上占主导地位的国外同类产品，同时双纤自愈环网技术已经走进风电行业的厂家、业主的后续风电项目当中。