風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統的數據傳輸技術(shù)

監視控制和數據采集(Supervisory ControlAnd Data Acquisition，SCADA)系統在數據采集方面的發(fā)展已經(jīng)比較完善，但是由于風(fēng)電場(chǎng)的運行、控制、維護、并網(wǎng)等具有諸多的特殊性，必然要求S(心系統能夠加強遠距離傳輸的能力，提高數據傳輸的實(shí)時(shí)性和可靠性，因此對風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統的數據傳輸技術(shù)進(jìn)行研究具有重大的實(shí)際意義.

　　1 SCADA系統的數據傳輸方式

　　數據傳輸的主要作用是實(shí)現各站點(diǎn)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(shí)時(shí)性，并且還有助于系統的遠距離數據傳輸，起到事半功倍的效果.現有風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統主要由以下3部分組成：

　　1)就地監控部分：布置在每臺風(fēng)力發(fā)電機塔筒的控制柜內.每臺風(fēng)力發(fā)電機的就地控制能夠對此臺風(fēng)力發(fā)電機的運行狀態(tài)進(jìn)行監控，并對其產(chǎn)生的數據進(jìn)行采集.

　　2)中央監控部分：一般布置在風(fēng)電場(chǎng)控制室內.工作人員能夠根據畫(huà)面的切換隨時(shí)控制和了解風(fēng)電場(chǎng)同一型號風(fēng)力發(fā)電機的運行和操作.

　　3)遠程監控部分：根據需要布置在不同地點(diǎn)的遠程控制.遠程控制目前一般通過(guò)調制解調器或電流環(huán)等通訊方式訪(fǎng)問(wèn)中控室主機進(jìn)行控制.

　　1.1就地監控與中央監控之間的傳輸方式

　　就地監控與中央監控之間的數據傳輸主要是指下位機控制系統能將下位機的數據、狀態(tài)和故障情況通過(guò)專(zhuān)用的數據傳輸裝置和接口電路與中央監控室的上位計算機進(jìn)行通訊，同時(shí)上位機能傳達對下位機的控制指令，由下位機的控制系統執行相應動(dòng)作，從而實(shí)現遠程監控功能.根據風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，上、下位機之間的數據傳輸有如下特點(diǎn)：

　　1)一臺上位機能監控多臺風(fēng)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(fēng)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(kāi)發(fā)相應的工業(yè)控制專(zhuān)用功能.

　　為適應遠距離數據傳輸的需要，就地監控與中央監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(xiàn)傳輸一種數據.因此，上位機通過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò )采用RS-422或RS-485串行接口總線(xiàn)數據傳輸方式與各下位機進(jìn)行數據傳輸，可節省大量通信電纜，用最少的信號線(xiàn)來(lái)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?xún)葌鬏斔俾士蛇_100 kb/s.由于所用傳輸線(xiàn)較少，所以成本較低，很適合風(fēng)電場(chǎng)監控系統采用.同時(shí)，因為此種通訊方式的通訊協(xié)議比較簡(jiǎn)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(fēng)電場(chǎng)中分布的風(fēng)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(shí)時(shí)性、傳輸速率會(huì )力不從心，此時(shí)應考慮使用以太網(wǎng).以太網(wǎng)為總線(xiàn)式拓撲結構，可容納1 024個(gè)節點(diǎn)，距離可達2.5 km.站級總線(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)，比傳統的傳輸方式從傳輸速率上提高了幾個(gè)數量級，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(guò)交換機與風(fēng)電場(chǎng)光纖以太網(wǎng)環(huán)路相連接，保證了風(fēng)電場(chǎng)內部的集中監控和數據傳輸.

　　1.2中央監控與遠程監控之間的傳輸方式

　　由于各通訊條件的不同，因此，不同的風(fēng)電場(chǎng)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)意指傳統的電話(huà)交換網(wǎng)絡(luò ).此傳輸方式是利用現有的電信電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，在中央監控與遠程監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(guò)使用調制解調器連接公用交換電話(huà)網(wǎng)，由發(fā)送計算機主動(dòng)撥號，接收計算機接到呼叫后應答，然后進(jìn)行數據傳輸這種連接方式的數據安全性高，但由于風(fēng)電場(chǎng)分布在全國各地，連接屬于長(cháng)途電話(huà)，費用較高.

　　2)基于GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸

　　GPRS(General Packet Radio Service)意指通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是在GSM全球移動(dòng)通信系統網(wǎng)絡(luò )上發(fā)展起來(lái)，為用戶(hù)提供高速分組數據業(yè)務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò ).此傳輸方式是利用現有的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )，在中央監控與遠程監控計算機上各安裝一套GPRS設備，兩端設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )撥叫對方建立連接這種傳輸方式具有成本低、部署簡(jiǎn)單、隨時(shí)連接等優(yōu)點(diǎn)，但是必須是在無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )能夠覆蓋的范圍內實(shí)現，帶寬方面還有很多問(wèn)題需要解決，費用是根據數據量進(jìn)行計算的.

　　3)基于Intemet網(wǎng)絡(luò )數據傳輸

　　實(shí)現基于Intemet的傳輸主要是依靠TCP/IP協(xié)議.當數據從本地系統向遠程系統傳送時(shí)，數據在本地系統的各層協(xié)議間沿著(zhù)TCP/IP協(xié)議棧從上向下傳遞.當一個(gè)計算機系統從網(wǎng)絡(luò )上接收信息時(shí)，數據傳輸的過(guò)程恰好相反，其路徑是從網(wǎng)絡(luò )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(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸的，而互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò )上之前用數據加密算法把明文變成密文進(jìn)行傳輸，等傳輸到目的地以后再恢復為明文.

　　隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，近階段有一門(mén)網(wǎng)絡(luò )新技術(shù)崛起，即Ⅵ)N(Virtual PrivateNetwork)：虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )№J.這種技術(shù)也逐漸應用到了風(fēng)電場(chǎng)S(心系統中.它是利用現有的電信電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，在中央監控與遠程監控計算機上各安裝一套ADSL或調制解調器設備，兩端同時(shí)連接到Intemet網(wǎng)絡(luò )上，通過(guò)Intemet建立VPN網(wǎng)絡(luò )連接.通過(guò)VPN技術(shù)，用戶(hù)不再需要擁有實(shí)際的長(cháng)途數據線(xiàn)路，而是依靠Intemet服務(wù)提供商(ISP)和其他網(wǎng)絡(luò )服務(wù)提供商(NSP)，在Inter—net公眾網(wǎng)中建立專(zhuān)用的數據傳輸通道，構成一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò )，它不是真的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，但卻能夠實(shí)現專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的功能.在數據安全性方面，VPN使用了三方面的技術(shù)保證了基于Intemet的網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )VPN技術(shù)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系統的主流通信方式.