2江西工业工程职业技术学院 江西萍乡 337055
摘要：由于风电机组分布广泛而发散的特点,以及未来开发海上风电场的趋势,致使在线监测系统的通讯距离远,通讯结点众多,通讯网络难以实现等问题的出现。为此,提出以无线数据传输为基础的在线监测诊断系统。介绍了整个系统的整体结构,支持监测和诊断的数据采集功能,二级网络组态的无线传输方案,并且介绍了该系统以数据库和虚拟仪器库为基础的远程诊断功能的工作模式与实现方案。详细讨论了恒速恒频及变速恒频并网型风力发电机组的控制方法,同时也介绍了大型风电场计算机监控系统。
关键词：风电场；风电组；通讯网络
1前言
自2000年开始，风电机组大型化的发展趋势显著，风电场机组通讯的即时性、可靠性、稳定性变得更为重要。早期部分风电场使用的机组监控环网采用串口单环网通讯，如Mita机组采用IC500通讯，这种通讯方式可靠性不高，通讯速度慢，在环网中某一点出线故障即可影响整个环网通讯，造成环网通讯中断。因串口单环网存在不足之处，后期风电场通讯普遍采用了更加先进的工业以太网的双环网拓扑结构，然而由于种种原因风电场通讯故障依旧不断发生。本文首先介绍了风电场工业以太网双环网拓扑结构，进而对风电场机组通讯网络常遇问题及广播风暴的产生、交换机配置VLAN抑制广播风暴等进行了分析汇总，希望本文能对风电工作者有所裨益。
2风力发电机组的类型
2.1恒速恒频与变速恒频
在风力发电中,当风力发电机组与电网并网时,要求风电的频率与电网的频率保持一致,即保持频率恒定。恒速恒频即在风力发电过程中,保持风车的转速(即发电机的转速)不变,从而得到恒频的电能。在风力发电过程中,让风车的转速随风速而变化,再通过其它控制方式来得到恒频电能的方法,被称之为变速恒频。
2.2两种类型机组的性能比较
由于风能与风速的三次方成正比,当风速在一定范围内变化时,如果允许风车做变速运动,则能达到更好利用风能的目的。风车将风能转换成机械能的效率可用输出功率系数Cp来表示,Cp在某一确定的风轮周速比(桨叶尖速度与风速之比)下达到最大值。恒速恒频机组的风车转速保持不变,而风速又经常变化,显然Cp不可能保持最佳值。变速恒频机组的特点是风车和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率。由于风车的转速可变,可以通过适当的控制,使风车的周速比处于或接近最佳值,从而最大限度地利用风能发电。
2.3恒速恒频机组的特点
目前,在风力发电系统中采用最多的异步发电机属于恒速恒频发电机组。为了适应大、小风速的要求,一般采用两台不同容量、不同极数的异步发电机,风速低时用小容量发电机发电,风速高时则用大容量发电机发电,同时一般通过变桨距系统改变桨叶的攻角以调整输出功率。但这也只能使异步发电机在两个风速下具有较佳的输出系数,而无法有效地利用不同风速时的风能。
2.4变速恒频系统的实现
可用于风力发电的变速恒频系统有多种,如:交-直-交变频系统、交流励磁发电机系统、无刷双馈电机系统、开关磁阻发电机系统、磁场调制发电机系统、同步异步变速恒频发电机系统等。这种变速恒频系统有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的;有的则是发电机与电力电子装置、微机控制系统相结合而实现变速恒频的。它们各有其特点,适用场合也不一样。为了充分利用不同风速时的风能,应该对各种变速恒频技术做深入的研究并尽快开发出实用且适合于风力发电的变速恒频技术。
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3目前风电场通讯网络存在的问题
风电场通讯质量的好坏严重影响风电场SCADA数据采集与监视控制系统）的正常工作，更为风电场业主监盘、数据上传、AGC与AVC调度远控命令执行带来巨大问题。风电场技术人员通常是在风电机组通讯突然批量丢失或信号闪断时才紧急查找故障原因，由于风电现场技术人员对风电场通讯网络了解甚少，处理此类通讯故障便力不从心，故处理故障时间较久。目前风电场通讯网络存在的问题
主要有以下几点：
风电场在调试初期，通讯调试人员未严格按照风电场通讯环网图纸配置交换机IP地址，为现场管理交换机带来巨大困难。由于塔基交换机可以即插即用，即使同一环网内网络冗余通讯协议不一致，也可以正常使用，但这却存在很大的安全隐患，极易引起广播风暴的产生。核心交换机在出厂时是默认配置，风电现场未根据风电场实际情况配置vlan（虚拟局域网），导致广播可以在整个风电场内传播，从而发生广播风暴。核心交换机网线未贴标签，十分混乱，为以后管理带来巨大麻烦。部分风电场技术员胡乱混用单模、多模光纤，或混用交换机单模、多模端口，造成更加复杂的通讯故障。交换机一般安装于塔基变频器内，在夏季因天气较热，变频器工作也会散热，交换机环境温度高达50℃至60℃，交换机长时间在高温条件下工作会发生数据丢包现象，此时应特别注意交换机散热问题。其中，现场遇到最棘手的问题是通讯网络发生广播风暴。广播风暴的产生与避免风电场通讯网络使用的是环形冗余双环网，由于其回路拓扑结构，本身就存在广播风暴的风险。风电场发生最大的通讯故障即是广播风暴。
4广播风暴的产生与避免
风电场交换机网络属于同一个广播域，广播会扩展到每一条线路、每一个节点，并且风电场网络中存在回路，广播封包会在回路中不停的循环，无限循环的结果，仅仅一个广播包就会消耗全部带宽，导致网络瘫痪。一条广播就可以扩展到整个风电场网络。正常情况下，风电场塔基管理型交换机均启用了RSTP（快速生成树协议），或者不同交换机厂家均启用了自己私有协议，如科洛理思JetNet交换机启用了RapidSuperRing协议，MOXA交换机启用了TurboRing协议，
这些协议工作原理基本相似，均定义了一台RM管理者的交换机来侦测环的状态，如果环网是闭合的，RM管理者自判断并热阻塞一条路径，这条阻塞的路径作为备援通路，它也同时切断回路防止广播风暴产生。如果该环形通讯网络某处发生开路，备援通路将立即启用，防止通讯中断。在将网络开路故障修复后，管理交换机将会再选择备援通路，并再热阻塞备援通路，防止形成通讯环路。然而不良的设计、设置或操作，都可能导致广播风暴。交换机网络冗余配置需要通讯调试技术员在通讯环网调试时进行配置，然而有些通讯调试技术员根本就未对交换机进行任何配置，即使通讯调试技术员对交换机进行了正确配置，在后期风电场风电机组运行后，由于个别交换机的损坏，风电场留守技术人员直接更换新交换机，未对交换机进行任何配置，导致网络冗余协议不匹配，从而发生网络故障，如数据丢包、数据丢失等。因此，建议风电场一一校验交换机网络冗余协议，保证整个风电场内网络冗余协议一致。同时，建议同一风电场使用同一品牌、同一型号的交换机，同一品牌、同一型号的通讯光纤，并保证交换机接线端口一致。
5结束语
风力发电技术已日趋成熟,在可再生的绿色能源开发领域中占有突出的地位,具有重要的开发利用价值。尤其是在偏远的山区、牧区和海岛等地区,风力发电可为当地居民的生活和生产提供洁净的能源,缓解能源供应紧张的局面。
参考文献
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论文作者:贺箭林1,欧阳慧平2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：交换机论文; 通讯论文; 风电场论文; 风速论文; 网络论文; 机组论文; 风电论文; 《基层建设》2018年第1期论文;