喻輔華

(東方汽輪機(jī)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(jī)有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章針對(duì)風(fēng)場單環(huán)網(wǎng)的通訊模式，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，提出雙環(huán)冗余的風(fēng)場通訊方式，對(duì)于風(fēng)場通訊的穩(wěn)定運(yùn)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(duì)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(kuò)大，風(fēng)場通訊的可靠、穩(wěn)定運(yùn)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(jī)，如圖1所示。 這種通訊方式的優(yōu)點(diǎn)是敷設(shè)光纜數(shù)量少，成本低；缺點(diǎn)是：

a）任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)光纖故障都會(huì)造成同一環(huán)網(wǎng)所有風(fēng)機(jī)通訊中斷；

b）故障節(jié)點(diǎn)診斷困難， 出現(xiàn)通訊故障時(shí)， 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(jī)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(gè)節(jié)點(diǎn)光纖故障都會(huì)造成同一環(huán)網(wǎng)中所有風(fēng)機(jī)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(gè)獨(dú)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(bào)告通訊故障，便于維護(hù)人員診斷故障和及時(shí)維修。其硬件系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、通訊控制器、風(fēng)機(jī)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(shí)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(jì)

風(fēng)機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，抗干擾性能強(qiáng)，穩(wěn)定性好。風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間以及風(fēng)機(jī)和集控室之間主要采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，速度快，保證風(fēng)機(jī)及時(shí)準(zhǔn)確地執(zhí)行集控室的指令，迅速啟停風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)。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(shí)現(xiàn)冗余的通信方式。整個(gè)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(dāng)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(shí)， 刷新33臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的單環(huán)網(wǎng)耗時(shí)約為20秒； 而采用冗余雙環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)后， 刷新33臺(tái)風(fēng)機(jī)通訊環(huán)網(wǎng)耗時(shí)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(diǎn)對(duì)比。

表1 單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

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

為了實(shí)現(xiàn)雙環(huán)冗余的通訊模式，在通訊控制器軟件設(shè)計(jì)中首先要處理數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)問題，凡是監(jiān)控電腦給風(fēng)機(jī)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(jì)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(shí)現(xiàn)。通過中斷計(jì)時(shí)的方式對(duì)端口狀態(tài)進(jìn)行檢測，當(dāng)接收端口長時(shí)間未收到數(shù)據(jù)查詢指令時(shí)，通訊控制器自動(dòng)切換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口，實(shí)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(diǎn)。當(dāng)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(duì)裝機(jī)分散、距離較遠(yuǎn)、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(duì)提高風(fēng)場運(yùn)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(dòng)化,2009,33（12）:97-102

[2]杜杰. 大型風(fēng)電場遠(yuǎn)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(shí)測運(yùn)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.

ethernet,serial communication,double redundancy

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