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S(心系統(tǒng)能夠加強遠距離傳輸?shù)哪芰?，提?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/數(shù)據(jù)傳輸">數(shù)據(jù)傳輸的實時性和可靠性，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3～5倍，即100--300 m;

　　5)上、下位機的通訊軟件必須協(xié)調(diào)一致，并應開發(fā)相應的工業(yè)控制專用功能.

　　為適應遠距離數(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或者RS-485的實時性、傳輸速率會力不從心，此時應考慮使用以太網(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，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.此傳輸方式是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡，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)絡數(shù)據(jù)傳輸

　　GPRS(General Packet Radio Service)意指通用分組無線業(yè)務，是在GSM全球移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡上發(fā)展起來，為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務的一種網(wǎng)絡.此傳輸方式是利用現(xiàn)有的移動無線通訊網(wǎng)絡，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)絡上接收信息時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程恰好相反，其路徑是從網(wǎng)絡物理層向上傳輸給應用層.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跃秃苤匾?，一般都采用?shù)據(jù)加密的方式.在數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上之前用數(shù)據(jù)加密算法把明文變成密文進行傳輸，等傳輸?shù)侥康牡匾院笤倩謴蜑槊魑?

　　隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，近階段有一門網(wǎng)絡新技術(shù)崛起，即Ⅵ)N(Virtual PrivateNetwork)：虛擬專用網(wǎng)絡№J.這種技術(shù)也逐漸應用到了風電場S(心系統(tǒng)中.它是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡，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)絡上，通過Intemet建立VPN網(wǎng)絡連接.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服務提供商(ISP)和其他網(wǎng)絡服務提供商(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，它不是真的專用網(wǎng)絡，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)專用網(wǎng)絡的功能.在數(shù)據(jù)安全性方面，VPN使用了三方面的技術(shù)保證了基于Intemet的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕核淼绤f(xié)議、身份驗證和數(shù)據(jù)加密.因此，基于Intemet網(wǎng)絡VPN技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸具有費用低、傳輸速率快、安全性高的優(yōu)勢，也將成為今后SCADA系統(tǒng)的主流通信方式.