風電場SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

1、風電場SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集（Supervisory ControlAnd Data Acquisition, SCADA）系 統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面的發(fā)展已經(jīng)比較完善，但是由于風電場的運行、控制、維 護、并網(wǎng)等具有諸多的特殊性，必然要求SQL、系統(tǒng)能夠加強遠距離傳輸?shù)哪?力，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性，因此對風電場SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技 術(shù)進行研究具有重大的實際意義.1 SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕饔檬菍崿F(xiàn)各站點之間的信息互換.選擇好的數(shù)據(jù)傳輸方式 可以加強數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，并且還有助于系統(tǒng)的遠距離數(shù)據(jù)傳輸，起到事半 功倍的效果.現(xiàn)有風電場SCADA系

2、統(tǒng)主要由以下3部分組成：1）就地監(jiān)控部分：布置在每臺風力發(fā)電機塔筒的控制柜內(nèi).每臺風力發(fā)電機 的就地控制能夠?qū)Υ伺_風力發(fā)電機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并對其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進 行采集.2）中央監(jiān)控部分：一般布置在風電場控制室內(nèi).工作人員能夠根據(jù)畫面的切 換隨時控制和了解風電場同一型號風力發(fā)電機的運行和操作.3）遠程監(jiān)控部分：根據(jù)需要布置在不同地點的遠程控制.遠程控制目前一般 通過調(diào)制解調(diào)器或電流環(huán)等通訊方式訪問中控室主機進行控制.1.1就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間的傳輸方式就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸主要是指下位機控制系統(tǒng)能將下位機 的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障情況通過專用的數(shù)據(jù)傳輸裝置和接口電路與中央監(jiān)控室的 上位

3、計算機進行通訊，同時上位機能傳達對下位機的控制指令，由下位機的控 制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動作，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能.根據(jù)風電場的實際情況，上、下 位機之間的數(shù)據(jù)傳輸有如下特點：1）一臺上位機能監(jiān)控多臺風力發(fā)電機的運行，屬于一對多的通訊方式；2）下位機能夠獨立運行，并能與上位機通訊；3）上、下位機之間安裝距離較遠，一般有1 000-5000m：4）下位機之間安裝距離也較遠，一般大于風輪直徑的35倍，即100- 300 m；5）上、下位機的通訊軟件必須協(xié)調(diào)一致，并應(yīng)開發(fā)相應(yīng)的工業(yè)控制專用功 能.為適應(yīng)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰偷乇O(jiān)控與中央監(jiān)控之間可以采用如下幾 種數(shù)據(jù)傳輸方式：1）異步串行通訊，用RS422

4、或RS-485通訊接口.所謂串行通訊，是用一條 信號線傳輸一種數(shù)據(jù).因此，上位機通過公共通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-422或RS-485串 行接口總線數(shù)據(jù)傳輸方式與各下位機進行數(shù)據(jù)傳輸，可節(jié)省大量通信電纜，用 最少的信號線來完成遠程數(shù)據(jù)采集與控制，并且RS-422和RS-485串口傳輸速 率指標也是不錯的，在1 000 m以內(nèi)傳輸速率可達100 kb/s.由于所用傳輸線 較少，所以成本較低，很適合風電場監(jiān)控系統(tǒng)采用.同時，因為此種通訊方式的 通訊協(xié)議比較簡單，也很常用，所以成為較遠距離通訊的首選方式.2）以太網(wǎng)通訊.大型風電場中分布的風力發(fā)電機的數(shù)目多，數(shù)據(jù)信息流大， 對速率指標要求高，因此RS-422

5、或者RS-485的實時性、傳輸速率會力不從 心，此時應(yīng)考慮使用以太網(wǎng).以太網(wǎng)為總線式拓撲結(jié)構(gòu)，可容納1 024個節(jié)點， 距離可達2.5 km.站級總線采用標準高速以太網(wǎng)，10 Mb/100Mb/1 Gb自適應(yīng)， 并兼容即將推出的10 Gb以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)，提供了高速的人機交互手段;設(shè)備級 采用標準10 Mb以太網(wǎng)，比傳統(tǒng)的傳輸方式從傳輸速率上提高了幾個數(shù)量級， 且為直接接人廣域網(wǎng)提供了便利手段.因此，將上位機和下位機通過交換機與風 電場光纖以太網(wǎng)環(huán)路相連接，保證了風電場內(nèi)部的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸.1.2中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控之間的傳輸方式由于各通訊條件的不同，因此，不同的風電場選擇的數(shù)據(jù)傳輸方式也是不

6、 同的.比較有代表性的數(shù)據(jù)傳輸方式有如下幾種：1）基于PSTN的數(shù)據(jù)傳輸PSTN（Public Switched Telephone Network）意指傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)絡(luò).此 傳輸方式是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控計算機上各安裝 一套調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，傳輸數(shù)據(jù)的計算機之間通過使用調(diào)制解調(diào)器連接公用交 換電話網(wǎng)，由發(fā)送計算機主動撥號，接收計算機接到呼叫后應(yīng)答，然后進行數(shù) 據(jù)傳輸這種連接方式的數(shù)據(jù)安全性高，但由于風電場分布在全國各地，連接屬 于長途電話，費用較高.2）基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸GPRS（General Packet Radio Service）意指通用分組無線業(yè)務(wù)

7、，是在GSM 全球移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來，為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò). 此傳輸方式是利用現(xiàn)有的移動無線通訊網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控計算機上 各安裝一套GPRS設(shè)備，兩端設(shè)備通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)撥叫對方建立連接這種傳輸 方式具有成本低、部署簡單、隨時連接等優(yōu)點，但是必須是在無線通訊網(wǎng)絡(luò)能 夠覆蓋的范圍內(nèi)實現(xiàn)，帶寬方面還有很多問題需要解決，費用是根據(jù)數(shù)據(jù)量進 行計算的.3）基于Intemet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)基于Intemet的傳輸主要是依靠TCP/IP協(xié)議.當數(shù)據(jù)從本地系統(tǒng)向遠 程系統(tǒng)傳送時，數(shù)據(jù)在本地系統(tǒng)的各層協(xié)議間沿著TCP/IP協(xié)議棧從上向下傳遞. 當一個計算機系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)上接收信

8、息時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程恰好相反，其路徑是 從網(wǎng)絡(luò)物理層向上傳輸給應(yīng)用層.但由于基于Intemet的數(shù)據(jù)傳輸是通過互聯(lián)網(wǎng) 進行傳輸?shù)?，而互?lián)網(wǎng)上存在許多不安全因素，因此保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩跃?很重要，一般都采用數(shù)據(jù)加密的方式.在數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上之前用數(shù)據(jù)加密算法 把明文變成密文進行傳輸，等傳輸?shù)侥康牡匾院笤倩謴?fù)為明文.隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，近階段有一門網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)崛起，即 H)N(Virtual PrivateNetwork):虛擬專用網(wǎng)絡(luò)NJ.這種技術(shù)也逐漸應(yīng)用到了 風電場SQL系統(tǒng)中.它是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控計 算機上各安裝一套ADSL或調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，兩端同時連接到Intemet網(wǎng)絡(luò)上， 通過Intemet建立VPN網(wǎng)絡(luò)連接.通過VPN技術(shù)，用戶不再需要擁有實際的長途 數(shù)據(jù)線路，而是依靠Intemet服務(wù)提供商(ISP)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(NSP)， 在Inter-net公眾網(wǎng)中建立專用的數(shù)據(jù)傳輸通道，構(gòu)成一個邏輯網(wǎng)絡(luò)，它不是 真的專用網(wǎng)絡(luò)，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)專用