摘要

    隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的大量建設，風(fēng)場(chǎng)變電站SCADA監控系統、風(fēng)場(chǎng)視頻安防系統、風(fēng)力發(fā)電機組遠程監控系統也大量應用，監控系統的建設對于風(fēng)機的安全監控、提高風(fēng)能利用率、提高風(fēng)機工作效率、風(fēng)電場(chǎng)的安全監控都十分重要。但這些系統應用環(huán)境惡劣，需要管理型寬溫工業(yè)以太網(wǎng)交換機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )支持。

    關(guān)鍵詞

    歐邁特工業(yè)以太網(wǎng)交換機OMATE6100、OMATE6300；OE-Ring快速環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)

    一. 系統需求

    風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)對網(wǎng)絡(luò )設備的需求：

    1、風(fēng)電應用環(huán)境惡劣，晝夜溫差大，風(fēng)沙嚴重，要求工作溫度：-40～75℃ 存儲溫度：-45～85℃ ，存儲濕度：0%～95%，無(wú)凝結。

    2、電磁環(huán)境惡劣，需要工業(yè)交換機具有較強的抗電磁干擾能力、長(cháng)時(shí)間的平均無(wú)故障時(shí)間。

    3、為了保障通信的可靠性，要求建立冗余的環(huán)網(wǎng)，具有快速自愈功能。通信網(wǎng)絡(luò )出故障時(shí)，能夠自動(dòng)平滑的切換到冗余備份線(xiàn)路。

    4、為了保證遠程監控的數據的安全性，交換機需要有全面的網(wǎng)絡(luò )安全設置。

    二. 網(wǎng)絡(luò )設計方案

    風(fēng)電機組監控系統具有對風(fēng)電機組自動(dòng)啟動(dòng)、停機、平穩并網(wǎng)、雙速切換、自動(dòng)對風(fēng)、數據檢測和處理、故障記錄及自動(dòng)保護等就地控制功能，同時(shí)具有在中央監控室對分散運行在風(fēng)電場(chǎng)上的各風(fēng)電機組運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、運行數據的統計處理、運行故障記錄報警、風(fēng)速－功率特性曲線(xiàn)的測量、開(kāi)機、停機、左右偏航、修改風(fēng)電機組運行參數等遠程監控功能。由三部分組成：就地控制部分、中央集控部分、通信部分。根據不同風(fēng)機的應用網(wǎng)絡(luò )通信分為兩部分：風(fēng)機內部控制通信部分、風(fēng)機與風(fēng)機間或風(fēng)機與控制中心的網(wǎng)絡(luò )通信部分。

    根據風(fēng)電行業(yè)即有其普遍性也有其特殊性，我們在組網(wǎng)方案中主要考慮以下幾個(gè)方面：

    1、系統設計充分考慮多個(gè)業(yè)務(wù)子系統的系統特點(diǎn)，技術(shù)上遵循先進(jìn)性、實(shí)用性與成熟可靠性并重的原則，形成一整套功能齊全的組網(wǎng)解決方案。

    2、能夠滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)苛刻的物理環(huán)境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求

    3、因網(wǎng)絡(luò )規模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結構，從最根本的網(wǎng)絡(luò )結構設計上簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )的維護及管理，實(shí)現故障點(diǎn)的快速分離及明確，確保系統的穩定運行。

    4、組網(wǎng)方案自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設備故障、鏈路故障進(jìn)行自我診斷及快速排除，并實(shí)時(shí)報警。

    5、對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行人工維護、擴容、或故障修復時(shí)應該做到影響最小化，做到維護及擴容對系統運行無(wú)影響；故障修復只對相關(guān)網(wǎng)絡(luò )設備的連接終端有一定的影響。

    6、網(wǎng)絡(luò )設備選擇采用具備高實(shí)時(shí)性和穩定性的工業(yè)級設備

    7、組網(wǎng)方案必須具備兼容性，能夠無(wú)縫連接不同廠(chǎng)商的網(wǎng)絡(luò )設備，具備高性?xún)r(jià)比。

    8、考慮到工業(yè)現場(chǎng)對實(shí)時(shí)性要求，采用的是環(huán)網(wǎng)設計理念，避免單條鏈路故障對網(wǎng)絡(luò )的影響。
  

    本方案基于歐邁特工業(yè)以太網(wǎng)交換機性?xún)r(jià)比及網(wǎng)絡(luò )可靠性的綜合考慮，針對兩個(gè)部分的網(wǎng)絡(luò )通信（可選多?；騿文９饫|）建議如下：

    1、風(fēng)機內部控制通信部分

    主要是指風(fēng)機機艙與塔基之間設備的通信，負責監控以下數據：1、電力參數包括電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數等； 2、風(fēng)力參數：風(fēng)速、風(fēng)向；3、風(fēng)力發(fā)電機組狀態(tài)參數：發(fā)電機轉速和風(fēng)輪轉速、溫度（發(fā)電機、控制器、軸承、增速器油溫等）、電纜扭轉、機械剎車(chē)狀況、機艙振動(dòng)、油位；4、反饋信號：回收葉間擾流器、松開(kāi)機械剎車(chē)、松開(kāi)偏航制動(dòng)器、發(fā)電機脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后轉速降落信號等。

                               

    目前風(fēng)機內部控制通信是通過(guò)風(fēng)機機艙與塔基之間的二對光纖收發(fā)器來(lái)實(shí)現的，會(huì )帶來(lái)安裝和維護的不便。為此北京歐邁特公司特別推出一款OMATE6100工業(yè)以太網(wǎng)交換機，只需一對設備很好解決了此類(lèi)問(wèn)題。該設備多個(gè)業(yè)務(wù)電口支持VLAN劃分，可以有效隔離廣播域，為風(fēng)機內部控制通信提供安全可靠的業(yè)務(wù)隔離傳輸；同時(shí)電源輸入冗余、基于端口聚合的二對光口互為冗余，從而進(jìn)一步提高了風(fēng)機內部通信的可靠性！
      風(fēng)機機艙配置一臺OMATE6100為機艙內的變漿控制器、機艙控制器等設備提供接入，通過(guò)控制器來(lái)采集風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、雙饋變頻器、偏航變頻器、變漿變頻器等設備的數據。同時(shí)風(fēng)機塔基配置一臺相同的OMATE6100，通過(guò)二對互為冗余光口與機艙的OMATE6100可靠連接，然后接入塔基內的環(huán)網(wǎng)交換機OMATE6300，后者為塔基內的主控制器、工控機等設備提供接入，同時(shí)負責與集中控制室的通信。

                 

    2、風(fēng)機與風(fēng)機間或風(fēng)機與控制中心的網(wǎng)絡(luò )通信部分

    風(fēng)機間通信網(wǎng)絡(luò )采用以就地監控中心為匯聚點(diǎn)的互聯(lián)百兆光纖環(huán)網(wǎng)。采用OMATE6300系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機（基于OE-RING快速環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)）構建，能有效保障網(wǎng)絡(luò )的安全性、可靠性、穩定性，以及網(wǎng)絡(luò )通信的無(wú)擾動(dòng)切換，切換時(shí)間小于30ms（網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間）。

    風(fēng)機塔基內的環(huán)網(wǎng)交換機OMATE6300（提供6個(gè)10/100M電口，2個(gè)100M光口），通過(guò)光纖與其它風(fēng)機內的交換機OMATE6300構建百兆冗余網(wǎng)絡(luò )，保障網(wǎng)絡(luò )快速自愈，提高數據傳輸的安全性、可靠性、抗干擾能力。

    在就地監控中心配置一臺多光口OMATE6300系列交換機，為風(fēng)電場(chǎng)各個(gè)百兆光纖環(huán)網(wǎng)提供匯聚接入支持，并為現場(chǎng)的控制設備提供接入支持。與遠程的中央監控中心采用光纖方式連接，為提高鏈路可靠性建議以光端口聚合方式連接，即提高通信帶寬，又為光纖鏈路提供了冗余保護。

    考慮到風(fēng)電場(chǎng)其他系統業(yè)務(wù)的接入及統一管理，例如風(fēng)電場(chǎng)視頻監控系統，不同系統業(yè)務(wù)將會(huì )采用VLAN技術(shù)隔離，在核心需要進(jìn)行三層路由交換，建議在中央監控中心配置一臺三層工業(yè)級以太網(wǎng)交換機GOE324系列（支持靜態(tài)路由、動(dòng)態(tài)路由RIP/OSPF/BGP、組播路由PIM-SM/PIM-DM/DVMRP），為整個(gè)監控系統網(wǎng)絡(luò )提供高效率的硬件路由處理功能。

          

    三、OMATE產(chǎn)品優(yōu)勢：

    1、良好的設備特性&安裝方式靈活性，寬溫、防塵、防潮設計：
      工作溫度：-40～80 ℃，存儲溫度：-45～85 ℃，工作濕度：5 ～ 95 % （無(wú)凝露）；金屬外殼無(wú)風(fēng)扇散熱技術(shù)，IP40以上等級防護；可定制機架、導軌、壁掛安裝；

    2、在嚴酷電磁環(huán)境可靠穩定工作：

    通過(guò)工業(yè)四級電磁兼容性檢測，有效防御工業(yè)干擾：高壓交流電場(chǎng)、靜電場(chǎng)、電弧、可控硅等；自然界干擾：雷電沖擊、各種靜電放電、磁暴等；

    3、設備平均無(wú)故障時(shí)間超過(guò)30萬(wàn)小時(shí)，長(cháng)年提供備品備件；

    4、快速冗余：
      支持OE-Ring以及RSTP等環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，保障了網(wǎng)絡(luò )通信的無(wú)擾動(dòng)切換，前者網(wǎng)絡(luò )自愈時(shí)間小于30ms。
    5、安全優(yōu)勢：

    1）支持VLAN（虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)

    VLAN是安全交換機必不可少的功能。VLAN可能跨越一個(gè)或多個(gè)交換機，與它們的物理位置無(wú)關(guān)，設備之間好像在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )間通信一樣。VLAN可以在交換機上實(shí)現廣播域的隔離，它可以把網(wǎng)絡(luò )分成一個(gè)一個(gè)獨立的區域，可以控制這些區域是否可以通訊。

    2）流量控制功能（traffic control）

    交換機的流量控制可以預防因為廣播數據包、組播數據包及因目的地址錯誤的單播數據包數據流量過(guò)大造成交換機帶寬的異常負荷，并可提高系統的整體效能，保持網(wǎng)絡(luò )安全穩定的運行。

    另外歐邁特交換機還可針對每個(gè)端口提供雙向（in/out）分別限制功能。

    3）支持端口聚合

    多個(gè)的端口的聚合即提高鏈路傳輸帶寬，又為鏈路提供了冗余保護；

    4）IEEE802.1x身份驗證機制

    IEEE 802協(xié)議集的局域網(wǎng)接入控制協(xié)議，是基于端口的訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議。它能夠在利用IEEE 802局域網(wǎng)優(yōu)勢的基礎上提供一種對連接到局域網(wǎng)的用戶(hù)進(jìn)行認證和授權的手段，達到了接受合法用戶(hù)接入，拒絕非授權用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)，保護網(wǎng)絡(luò )安全的目的。

    5）QoS機制

    歐邁特工業(yè)以太網(wǎng)交換機采用了IEEE802.p QoS CoS/TOS/DSCP優(yōu)先級策略，保障了數據關(guān)鍵數據的實(shí)時(shí)可靠傳輸。

    6）支持廣播風(fēng)暴抑制、IGMP-Snooping組播協(xié)議，提高網(wǎng)絡(luò )傳輸效率

    7）系統日志

    交換機的日志功能可以將系統錯誤、系統配置、狀態(tài)變化、狀態(tài)定期報告等信息傳送給日志服務(wù)器，網(wǎng)管人員依據這些信息掌握設備的運行狀況，及早發(fā)現問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行配置設定和排障，保障網(wǎng)絡(luò )安全穩定地運行。

    8）統一網(wǎng)管：

    除提供方便的Web等訪(fǎng)問(wèn)外，還支持SNMP、RMON管理，方便與第三方設備實(shí)現全網(wǎng)統一管理。

    四、小結

    北京歐邁特公司作為工業(yè)以太網(wǎng)設備的專(zhuān)業(yè)制造商，為風(fēng)電場(chǎng)提供專(zhuān)家級解決方案：采用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現風(fēng)電場(chǎng)的有效監控，保障了整個(gè)的系統安全性、可靠性、穩定性，提高了風(fēng)機的發(fā)電效率，標準的通信協(xié)議也為其他業(yè)務(wù)的接入提供了便利。