雙環冗余風場通訊系統

喻輔華

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

雙環冗余風場通訊系統

喻輔華

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章針對風場單環網的通訊模式，分析其優缺點，提出雙環冗余的風場通訊方式，對于風場通訊的穩定運行和集中監控具有重要意義。

以太網；串行通訊；雙環冗余

0 引言

風能是一種清潔能源，我國對風能的開發雖然起步較晚，但發展較快。隨著風場規模的擴大，風場通訊的可靠、穩定運行顯得尤為重要。有風的地方，適合建風場，但自然環境惡劣。風沙大，晝夜溫差大，是風場顯著的自然特征。國內早期建設的風場普遍采用單環串行通訊方式監控風機，如圖1所示。 這種通訊方式的優點是敷設光纜數量少，成本低；缺點是：

a）任意一個節點光纖故障都會造成同一環網所有風機通訊中斷；

b）故障節點診斷困難， 出現通訊故障時， 需逐一檢測線路和通訊控制器；

c）為了提高通訊速率， 需要限制單一環網中的風機數量。

利用以太網技術，建設雙環冗余風場通訊系統，能有效提高風場通訊的穩定性和可靠性，提升風場管理水平，降低管理成本。

圖1 單環風場通訊示意圖

1 雙環冗余風場通訊系統結構

單環串行通訊系統可靠性較差，任意一個節點光纖故障都會造成同一環網中所有風機通訊中斷。雙環冗余風場通訊系統是在同一通訊環網中建立兩個獨立的環網——主環網和副環網，一旦主環網通訊中斷，馬上切換到副環網通訊，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。其硬件系統由遠程監控系統、通訊控制器、風機主控制器、變頻器和變槳控制器組成，如圖2所示。

圖2 雙環冗余的風場通訊系統

雙環冗余通訊系統不僅具有冗余的監控電腦，還有冗余的通訊網絡，可實現數據分流、通訊故障輔助診斷等功能。

2 雙環冗余風場通訊系統硬件設計

風機由主控、變槳和變頻器三大控制系統構成， 各系統之間主要采用RS485協議進行數據交換，抗干擾性能強，穩定性好。風機和風機之間以及風機和集控室之間主要采用以太網進行數據交換，速度快，保證風機及時準確地執行集控室的指令，迅速啟停風機和功率調節。

該系統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機組成雙環冗余通訊系統。主控器與變槳系統采用冗余的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。風場環網與監控電腦之間采用RS232通信接口， 同樣采用主副監控電腦實現冗余的通信方式。整個系統的通訊接口如圖3所示。

圖3 控制系統通信接口示意圖

當環網速率設定為512000Bps， 通訊控制器與主控制器之間的通訊速率設定為38400Bps時， 刷新33臺風機組成的單環網耗時約為20秒； 而采用冗余雙環網通訊系統后， 刷新33臺風機通訊環網耗時約為12秒， 大大提高了風場通訊環網的刷新速率。表1是單環網和雙環網通訊系統優缺點對比。

表1 單環網和雙環網通訊系統優缺點對比

3 雙環冗余風場通訊系統軟件設計

為了實現雙環冗余的通訊模式，在通訊控制器軟件設計中首先要處理數據優先級問題，凡是監控電腦給風機的啟停指令和功率調節指令優先執行，風場數據交換次之。其次，由于風場數據量大，容易造成數據堵塞和數據丟失，在軟件設計中還要處理數據緩存和自愈等問題。數據接收和數據發送采用中斷的方式來實現。通過中斷計時的方式對端口狀態進行檢測，當接收端口長時間未收到數據查詢指令時，通訊控制器自動切換數據轉發接口，實現故障網絡的自愈功能，并協助監控中心確定通訊故障點。當接收端口重新收到數據查詢指令后，恢復正常的通訊狀態。圖4和圖5分別表示通訊控制器數據收發判斷流程和雙環自愈切換判斷流程。

圖4 通訊控制器數據收發判斷流程

圖5 通訊控制器雙環自愈切換判斷流程

4 結論

風力資源較好的地方，也是環境惡劣的地方。面對裝機分散、距離較遠、交通困難的情況，采用雙環冗余的風場通信系統取代單環串行通訊系統，對提高風場運行的可靠性、穩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.風電場監控通信安全解決方案[J].電力系統自動化,2009,33（12）:97-102

[2]杜杰. 大型風電場遠程監控系統的研究和應用[D].杭州：浙江大學,2005

[3]胡雅娟.基于實測運行數據的風電場整體模型的研究[D].吉林：東北電力大學,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.

ethernet,serial communication,double redundancy

喻輔華 （1970-）， 男， 工程師， 現從事風場通訊和汽輪機保安系統的調試及風電技術服務工作。