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    摘要

    隨著風力發(fā)電場的大量建設，風場變電站SCADA監(jiān)控系統(tǒng)、風場視頻安防系統(tǒng)、風力發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)也大量應用，監(jiān)控系統(tǒng)的建設對于風機的安全監(jiān)控、提高風能利用率、提高風機工作效率、風電場的安全監(jiān)控都十分重要。但這些系統(tǒng)應用環(huán)境惡劣，需要管理型寬溫工業(yè)以太網(wǎng)交換機進行網(wǎng)絡支持。

    關鍵詞

    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

    一. 系統(tǒng)需求

    風力發(fā)電場對網(wǎng)絡設備的需求：

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

    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、長時間的平均無故障時間。

    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)絡出故障時，能夠自動平滑的切換到冗余備份線路。

    4、為了保證遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)的安全性，交換機需要有全面的網(wǎng)絡安全設置。

    二. 網(wǎng)絡設計方案

    風電機組監(jiān)控系統(tǒng)具有對風電機組自動啟動、停機、平穩(wěn)并網(wǎng)、雙速切換、自動對風、數(shù)據(jù)檢測和處理、故障記錄及自動保護等就地控制功能，同時具有在中央監(jiān)控室對分散運行在風電場上的各風電機組運行狀態(tài)的實時顯示、運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理、運行故障記錄報警、風速－功率特性曲線的測量、開機、停機、左右偏航、修改風電機組運行參數(shù)等遠程監(jiān)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(jù)不同風機的應用網(wǎng)絡通信分為兩部分：風機內(nèi)部控制通信部分、風機與風機間或風機與控制中心的網(wǎng)絡通信部分。

    根據(jù)風電行業(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方面：

    1、系統(tǒng)設計充分考慮多個業(yè)務子系統(tǒng)的系統(tǒng)特點，技術上遵循先進性、實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、能夠滿足風電場苛刻的物理環(huán)境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求

    3、因網(wǎng)絡規(guī)模龐大，組網(wǎng)方案采用清晰的多層結構，從最根本的網(wǎng)絡結構設計上簡化網(wǎng)絡的維護及管理，實現(xiàn)故障點的快速分離及明確，確保系統(tǒng)的穩(wěn)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、鏈路故障進行自我診斷及快速排除，并實時報警。

    5、對網(wǎng)絡進行人工維護、擴容、或故障修復時應該做到影響最小化，做到維護及擴容對系統(tǒng)運行無影響；故障修復只對相關網(wǎng)絡設備的連接終端有一定的影響。

    6、網(wǎng)絡設備選擇采用具備高實時性和穩(wěn)定性的工業(yè)級設備

    7、組網(wǎng)方案必須具備兼容性，能夠無縫連接不同廠商的網(wǎng)絡設備，具備高性價比。

    8、考慮到工業(yè)現(xiàn)場對實時性要求，采用的是環(huán)網(wǎng)設計理念，避免單條鏈路故障對網(wǎng)絡的影響。
  

    本方案基于歐邁特工業(yè)以太網(wǎng)交換機性價比及網(wǎng)絡可靠性的綜合考慮，針對兩個部分的網(wǎng)絡通信（可選多模或單模光纜）建議如下：

    1、風機內(nèi)部控制通信部分

    主要是指風機機艙與塔基之間設備的通信，負責監(jiān)控以下數(shù)據(jù)：1、電力參數(shù)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(shù)等； 2、風力參數(shù)：風速、風向；3、風力發(fā)電機組狀態(tài)參數(shù)：發(fā)電機轉速和風輪轉速、溫度（發(fā)電機、控制器、軸承、增速器油溫等）、電纜扭轉、機械剎車狀況、機艙振動、油位；4、反饋信號：回收葉間擾流器、松開機械剎車、松開偏航制動器、發(fā)電機脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后轉速降落信號等。

                               

    目前風機內(nèi)部控制通信是通過風機機艙與塔基之間的二對光纖收發(fā)器來實現(xiàn)的，會帶來安裝和維護的不便。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問題。該設備多個業(yè)務電口支持VLAN劃分，可以有效隔離廣播域，為風機內(nèi)部控制通信提供安全可靠的業(yè)務隔離傳輸；同時電源輸入冗余、基于端口聚合的二對光口互為冗余，從而進一步提高了風機內(nèi)部通信的可靠性！
      風機機艙配置一臺OMATE6100為機艙內(nèi)的變漿控制器、機艙控制器等設備提供接入，通過控制器來采集風速傳感器、風向傳感器、雙饋變頻器、偏航變頻器、變漿變頻器等設備的數(shù)據(jù)。同時風機塔基配置一臺相同的OMATE6100，通過二對互為冗余光口與機艙的OMATE6100可靠連接，然后接入塔基內(nèi)的環(huán)網(wǎng)交換機OMATE6300，后者為塔基內(nèi)的主控制器、工控機等設備提供接入，同時負責與集中控制室的通信。

                 

    2、風機與風機間或風機與控制中心的網(wǎng)絡通信部分

    風機間通信網(wǎng)絡采用以就地監(jiān)控中心為匯聚點的互聯(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）構建，能有效保障網(wǎng)絡的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，以及網(wǎng)絡通信的無擾動切換，切換時間小于30ms（網(wǎng)絡自愈時間）。

    風機塔基內(nèi)的環(huán)網(wǎng)交換機OMATE6300（提供6個10/100M電口，2個100M光口），通過光纖與其它風機內(nèi)的交換機OMATE6300構建百兆冗余網(wǎng)絡，保障網(wǎng)絡快速自愈，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃浴⒖垢蓴_能力。

    在就地監(jiān)控中心配置一臺多光口OMATE6300系列交換機，為風電場各個百兆光纖環(huán)網(wǎng)提供匯聚接入支持，并為現(xiàn)場的控制設備提供接入支持。與遠程的中央監(jiān)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。

    考慮到風電場其他系統(tǒng)業(yè)務的接入及統(tǒng)一管理，例如風電場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不同系統(tǒng)業(yè)務將會采用VLAN技術隔離，在核心需要進行三層路由交換，建議在中央監(jiān)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、動態(tài)路由RIP/OSPF/BGP、組播路由PIM-SM/PIM-DM/DVMRP），為整個監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡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 % （無凝露）；金屬外殼無風扇散熱技術，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(wěn)定工作：

    通過工業(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、靜電場、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、設備平均無故障時間超過30萬小時，長年提供備品備件；

    4、快速冗余：
      支持OE-Ring以及RSTP等環(huán)網(wǎng)冗余技術，保障了網(wǎng)絡通信的無擾動切換，前者網(wǎng)絡自愈時間小于30ms。
    5、安全優(yōu)勢：

    1）支持VLAN（虛擬局域網(wǎng)）技術

    VLAN是安全交換機必不可少的功能。VLAN可能跨越一個或多個交換機，與它們的物理位置無關，設備之間好像在同一個網(wǎng)絡間通信一樣。VLAN可以在交換機上實現(xiàn)廣播域的隔離，它可以把網(wǎng)絡分成一個一個獨立的區(qū)域，可以控制這些區(qū)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(shù)據(jù)包、組播數(shù)據(jù)包及因目的地址錯誤的單播數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流量過大造成交換機帶寬的異常負荷，并可提高系統(tǒng)的整體效能，保持網(wǎng)絡安全穩(wěn)定的運行。

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

    3）支持端口聚合

    多個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，是基于端口的訪問控制協(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)的用戶進行認證和授權的手段，達到了接受合法用戶接入，拒絕非授權用戶的訪問，保護網(wǎng)絡安全的目的。

    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(shù)據(jù)關鍵數(shù)據(jù)的實時可靠傳輸。

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

    7）系統(tǒng)日志

    交換機的日志功能可以將系統(tǒng)錯誤、系統(tǒng)配置、狀態(tài)變化、狀態(tài)定期報告等信息傳送給日志服務器，網(wǎng)管人員依據(jù)這些信息掌握設備的運行狀況，及早發(fā)現(xiàn)問題，及時進行配置設定和排障，保障網(wǎng)絡安全穩(wěn)定地運行。

    8）統(tǒng)一網(wǎng)管：

    除提供方便的Web等訪問外，還支持SNMP、RMON管理，方便與第三方設備實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一管理。

    四、小結

    北京歐邁特公司作為工業(yè)以太網(wǎng)設備的專業(yè)制造商，為風電場提供專家級解決方案：采用先進的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術實現(xiàn)風電場的有效監(jiān)控，保障了整個的系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性，提高了風機的發(fā)電效率，標準的通信協(xié)議也為其他業(yè)務的接入提供了便利。