1、风电场监控后台及通信知识培训 编者：CM 概述 随着风力发电机组大型化的发展趋势，风电场风电机组通讯的即时性、可靠性、稳定性显得更为重要，为此，风电场风力发电机组通信采用了工业以太网的组网模式。 以太网 以太网是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。 工业以太网是指应用到工业控制系统的以太网。 以太网的优点 1.基于TCP/IP的以态网采用国际主流标准，协议开放、完善，不同厂商设备容易互
2、联具有操作性； 2.可以实现远程访问、远程诊断； 3.可以用不同的传输介质灵活组合，如同轴电缆，双绞线，光纤等； 4.网络速度快，可达千兆甚至更多； 5.支持冗余连接配置，数据可达性强，数据有多条通路可达目的地； 6.容量几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障，具有成熟可靠的系统安全体系； 7.可降低投资成本。 风电场华锐1.5兆瓦风机监控系统 风电场华锐1.5兆瓦风机监控系统主要功能是获取统计风机运行数据，即时获取风机运行状态，并进行简单控制。由于风机控制主要是通过就地PLC完成，中央监控系统对就地信息获取的即时性要求并不高，但需要获取准确的风机运行状态与数据。另考虑风机中控与各风机
3、间实际地理位置情况、风机通讯成本，及现场对通讯端口需求情况，设计采用中心交换机（集线器）连接各环网的自愈环网结构。 中心交换机连接各环网 交换机通过中央交换机连接多环网结构使服务器端增强了可扩展性，将其他外围集线服务器或终端接入风机通讯网，利于后期新增风机功能。其网络结构如图： 风机光缆交换机交换机交换机风机风机光缆交换机风机风机光缆交换机交换机风机光缆光缆光缆光缆光缆光缆风机交换机风机交换机交换机风机风机交换机交换机风机风机交换机光纤光纤光纤光纤光纤光纤风机交换机交换机风机交换机风机交换机交换机光缆交换机光缆光缆网线网线网线集线器网线服务器单台风机内部通讯结构示意图 控制面板主控制CPU备用
4、网线交换机光缆尾纤尾纤光缆接续盒光缆监控系统通讯结构示意图 计算机数据通信网络拓扑结构 计算机网络的拓扑结构是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件 布局，通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线的不同方案。 最常用的网络拓扑有 ： 总线型 环型 星形 网状 混合 计算机数据通信网络拓扑结构 工作站工作站服务器集线器打印机工作站工作站总线型 工作站工作站服务器星型 工作站打印机工作站环形 网状 风机环网通信结构示意图 SCADA SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监控系统。它是以计算机为基础的生产过程控制与调度
5、自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 SCADA系统所具有的功能 ?瞬时值实时监测 统计值监测 远程控制 数据存储 报警功能 权限设置（保护） 图形绘制 报表功能 打印功能 数据备份功能 远程接口 服务器 服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务，并管理整个网络，在其上运行的操作系统称为网络操作系统。 随着局域网络的功能不断增强，根据服务器在网络中的所承担的任务和所提供的功能不同，服务器又分为：文件服务器、打印服务器、通信服务器。 WPM WPM的英文全称是Wind Park Management，是华锐
6、SCADA系统的可视化客户端软件，能适用于多种控制器类型风机，如ABB、Bachmann等。 WPM具备的功能 1.显示实时数据：如有功功率、风速、温度等参数的当前值； 2.控制风机：如控制风机的开始、停止，转换风机的工作模式等； 3.显示历史数据：如查看过去的发电量、故障等等。 4.生成报表：根据用户需要，可以把历史数据数据如发电量、可利用率等生成报表。 WPM后台服务 SCADA-LiveDataCollector（数据采集器） SCADA-LiveDataTransmitor（数据转发器） SCADA-RecordDataCollector（数据下载） 其中，数据转发器启动后会在桌面右下
7、角有运行图标，双击图标可以弹出采集器的界面，而数据转发器没有任何提示，只是在任务管理其中有一个常驻进程 WPM后台服务 数据采集器数据采集器 WPC（AGC） 自动发电量控制系统AGC（Automatic Generation Control）是能量管理系统EMS中的一项重要功能，它控制着调频机组的出力，以满足不断变化的用户电力需求，并使系统处于经济的运行状态。 AGC后台服务 升压站数据采集升压站数据采集 实时数据采集实时数据采集 OPC Server OPC Server/Client 是一套利用微软的 COM/DCOM 技术达成工业自动化资料取得的架构。OPC Server 提供了许多的
8、接口，Client 端通过这些接口，可以取得与 OPC Server 相连的硬件装置的信息，而无须了解这些硬件装置的细节信息。也就是说，程序设计者可以使用相同的程序代码，操作不同的硬件装置，充分达成 software reuse 的理想。同时，由于 COM/DCOM 已实作了网络部分的细节，也使得 Client 对 OPC Server 进行远程访问非常容易，使程序设计者很容易地达成远程控制的目标。 OPC界面 工作站 工作站又称为客户机，是指当一台计算机连接到局域网上时，这台计算机就成为局域网的一个工作站（客户机），也就是普通的入网计算机。它是用户和网络的接口设备，用户通工作站可以与网络进行
9、信息交互，共享网络资源。工作站是通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器的。 光电转换器 光电转换器是用于进行电信号与光信号转换的设备。由于风机与中控室之间，风机与风机间的环境条件复杂，采用抗干扰能力强的光通讯方式是风机通讯的必然选择。因此，使用光电转换器实现风机与中控室、风机与风机间的光通讯。 集线器 集线器的英文名称就是我们通常见到的“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型第二层，即“数据链路层”。 交换机 交换机的英文名称之为“Switch”，它是
10、集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。 路由器 第一、网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信； 第二、数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能； 第三、网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。 网卡 网卡（Network Interface
11、Card，简称NIC），也称网络适配器，是计算机连接局域网的基本部件。在构建局域网时，每台计算机上必须安装网卡。网卡的功能主要有两个：一是将电脑的数据进行封装，并通过网线将数据发送到网络上；二是接收网络上传过来的数据，并发送到电脑中。 IP地址 IP地址是给每一台连入网络的主机所分配的唯一的逻辑上的通讯地址，是运行TCP/IP协议的唯一标识。在IP协议软件之上的传输控制软件和应用程序都用IP地址进行寻址。 IP地址是一个32位， 4字节长的二进制数。每字节应小于28=256，字节间用点号分隔。形如：xxx.xxx.xxx.xxx（172.031.129.031)。 IP采用分层结构，分为两个部
12、分：前缀和后缀。前缀标明主机连入的物理网络，地址后缀标明连入物理网络的不同主机。 网线RJ45接头的制作规则 RJ45接口制作有两种排序标准：EIA/TIA 568B标准和 EIA/TIA568A标准。 568B标准的线序为 ：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 568A标准的线序为 ：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 光纤通信概述 人类社会现在已发展到了信息社会，声音、 图象和数据等信息的交流量非常大。以前的通讯手段已经不能满足现在的要求，而光纤通讯以其信息容量大、保密性好、 重量轻体积小、无中继段距离长等优点得到广泛应用。其应用领域遍及通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算
13、机等行业，并正在向更广更深的层次发展。光及光纤的应用正给人类的生活带来深刻的影响与变革。 光纤通信系统 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式，起主导作用的是光源、光纤、光发送机、和光接收机。 光源光波产生的根源； 光纤传送光波的导体； 光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤； 光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并把它转变成电信号，经解码后再做相应处理。 光纤通讯构成 发送单元：把电信号转换成光信号； 传输单元：载送光信号的介质； 接收单元：接收光信号并转换成电信号； 连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。 光纤通信的基本结构示意图 光
14、发送机光接收机光纤光接收机光发送机电信号传输和光信号传输的差别 电信号： 1.传输距离有限； 2.易受到干扰； 3.通讯网络成本相对较低。 光信号： 1.传输距离远； 2.抗干扰性强； 3.组网成本相对较高。 常见的光缆故障（一） ?光纤断裂通常是由于外力物理挤压或过度弯折； 传输功率不足； 光纤铺设距离过长可能造成信号丢失； 连接器受损可能造成信号丢失； 光纤接头和连接器（connectors）故障可能造成信号丢失； ? 使用过多的光纤接头和连接器可能造成信号丢失； 常见的光缆故障（二） ? 光纤配线盘（patchpanel）或熔接盘（splicetra）连接处故障。 通常而言，如果连接完全
15、不通，那么很可能是光纤断裂。但如果连接时断时续，可能有以下原因： 结合处制作水平低劣或结合次数过多造成光纤衰减严重； 由于灰尘、指纹、擦伤、湿度等因素损伤了连接器； 传输功率过低； 在配线间连接器错误。 判断光缆断裂的简易方法 有一种不太科学，但非常简单有效的判断光纤故障的方法。我首先将光纤两端断开，然后把一只激光指点器对准光纤一段，看另一端是否有光线出来。如果没有光线通过线缆，那么这条光纤就的确被损坏了，需要把它换掉。如果光线的确可以通过线缆，也并不一定能够说明线缆可以工作正常，这只能表明线缆内部的光纤并没有完全断裂。 几种常用的尾纤适配头 光纤接头的清洗 使用酒精对光纤接头和法兰连接处进行
16、擦洗。当出现线路通讯时通时断时，就可以采用这种方式进行处理。需要注意擦洗时要对中断处的每个环节都要进行，如：光纤跳线接头，法兰接头及上一台风机相对应的光纤跳线接头、法兰接头。 安全防护总体原则及防护重点 风电场电力监控系统安全防护应符合国能安全2015 36号文要求，防护总体原则是“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证、综合防护”。 安全防护重点是边界防护，同时兼顾内部的物理、网络、主机、应用和数据安全，加强机构、人员、系统建设和系统维护管理，提高系统整体安全防护能力，保证电力系统及重要数据的安全。 风电场监控系统安全分区要求 控制区包括：风机监控系统、风电场监控系统、无功电压控制功能、发电
17、功率控制功能、升压站监控功能、PMU、继电保护装置及管理终端。 非控制区包括：故障录波装置、电能量采集装置、风电功率预测、风机状态监测。 管理信息大区包括：测风塔、数字天气预报、管理信息系统。 其中，不存在外网联系的孤立业务系统，对安全分区无特殊要求。 安全防护重点要求（一） 1.生产控制大区与管理信息大区间必须设置经国家指定部门检测认证的电力专用横向单向安全隔离装置。生产控制大区内部的安全区之间应当采用具有访问控制功能的网络设备、防火墙或者相当功能的设施，实现逻辑隔离。 2.安全接入区与生产控制大区相连时，应当采用电力专用横向单向安全隔离装置进行集中互联。 3.生产控制大区与调度数据网纵向连
18、接处应当设置经过国家指定部门检测认证的电力专用纵向加密认证装置 安全防护重点要求（二） 或加密认证网关及相应设施，实现双向身份认证、数据加密和访问控制。 4.风电场应从监控系统主机、网络设备、恶意代码防范、应用安全控制、审计、备份及容灾等多个层面开展信息安全防护工作，提高综合防护水平。 5.禁止设备生产厂商或其他外部企业（单位）远程连接生产控制大区中的业务系统及设备。 风电场监控系统安全部署示意图 结束语 以上内容仅对风电场风电机组通信基础知识做简略介绍，由于编者知识水平有限，故其中有很多地方，未能深入的讲解介绍，也有很多知识没有涉及到，请大家谅解。如有需要深入了解，请自行查阅相关资料。谢谢！
