風電場SCADA系統(tǒng)的數據傳輸技術

監(jiān)視控制和數據采集(Supervisory ControlAnd Data Acquisition，SCADA)系統(tǒng)在數據采集方面的發(fā)展已經比較完善，但是由于風電場的運行、控制、維護、并網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的能力，提高數據傳輸的實時性和可靠性，因此對風電場SCADA系統(tǒng)的數據傳輸技術進行研究具有重大的實際意義.

　　1 SCADA系統(tǒng)的數據傳輸方式

　　數據傳輸的主要作用是實現(xiàn)各站點之間的信息互換.選擇好的數據傳輸方式可以加強數據傳輸的實時性，并且還有助于系統(tǒng)的遠距離數據傳輸，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.每臺風力發(fā)電機的就地控制能夠對此臺風力發(fā)電機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并對其產生的數據進行采集.

　　2)中央監(jiān)控部分：一般布置在風電場控制室內.工作人員能夠根據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制解調器或電流環(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)控之間的數據傳輸主要是指下位機控制系統(tǒng)能將下位機的數據、狀態(tài)和故障情況通過專用的數據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.根據風電場的實際情況，上、下位機之間的數據傳輸有如下特點：

　　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.

　　為適應遠距離數據傳輸的需要，就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間可以采用如下幾種數據傳輸方式：

　　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據.因此，上位機通過公共通信網絡采用RS-422或RS-485串行接口總線數據傳輸方式與各下位機進行數據傳輸，可節(jié)省大量通信電纜，用最少的信號線來完成遠程數據采集與控制，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)以太網通訊.大型風電場中分布的風力發(fā)電機的數目多，數據信息流大，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.以太網為總線式拓撲結構，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，10 Mb/100Mb/1 Gb自適應，并兼容即將推出的10 Gb以太網總線結構，提供了高速的人機交互手段;設備級采用標準10 Mb以太網，比傳統(tǒng)的傳輸方式從傳輸速率上提高了幾個數量級，且為直接接人廣域網提供了便利手段.因此，將上位機和下位機通過交換機與風電場光纖以太網環(huán)路相連接，保證了風電場內部的集中監(jiān)控和數據傳輸.

　　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據傳輸方式也是不同的.比較有代表性的數據傳輸方式有如下幾種：

　　1)基于PSTN的數據傳輸

　　PSTN(Public Switched Telephone Network)意指傳統(tǒng)的電話交換網絡.此傳輸方式是利用現(xiàn)有的電信電話網絡，在中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控計算機上各安裝一套調制解調器設備，傳輸數據的計算機之間通過使用調制解調器連接公用交換電話網，由發(fā)送計算機主動撥號，接收計算機接到呼叫后應答，然后進行數據傳輸這種連接方式的數據安全性高，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無線網絡數據傳輸

　　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)網絡上發(fā)展起來，為用戶提供高速分組數據業(yè)務的一種網絡.此傳輸方式是利用現(xiàn)有的移動無線通訊網絡，在中央監(jiān)控與遠程監(jiān)控計算機上各安裝一套GPRS設備，兩端設備通過無線通訊網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絡能夠覆蓋的范圍內實現(xiàn)，帶寬方面還有很多問題需要解決，費用是根據數據量進行計算的.

　　3)基于Intemet網絡數據傳輸

　　實現(xiàn)基于Intemet的傳輸主要是依靠TCP/IP協(xié)議.當數據從本地系統(tǒng)向遠程系統(tǒng)傳送時，數據在本地系統(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)從網絡上接收信息時，數據傳輸的過程恰好相反，其路徑是從網絡物理層向上傳輸給應用層.但由于基于Intemet的數據傳輸是通過互聯(lián)網進行傳輸的，而互聯(lián)網上存在許多不安全因素，因此保證數據傳輸的安全性就很重要，一般都采用數據加密的方式.在數據傳輸到網絡上之前用數據加密算法把明文變成密文進行傳輸，等傳輸到目的地以后再恢復為明文.

　　隨著計算機網絡技術的迅速發(fā)展，近階段有一門網絡新技術崛起，即Ⅵ)N(Virtual PrivateNetwork)：虛擬專用網絡№J.這種技術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或調制解調器設備，兩端同時連接到Intemet網絡上，通過Intemet建立VPN網絡連接.通過VPN技術，用戶不再需要擁有實際的長途數據線路，而是依靠Intemet服務提供商(ISP)和其他網絡服務提供商(NSP)，在Inter—net公眾網中建立專用的數據傳輸通道，構成一個邏輯網絡，它不是真的專用網絡，但卻能夠實現(xiàn)專用網絡的功能.在數據安全性方面，VPN使用了三方面的技術保證了基于Intemet的網絡數據傳輸的安全性：隧道協(xié)議、身份驗證和數據加密.因此，基于Intemet網絡VPN技術的數據傳輸具有費用低、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.