(国投云南风电有限公司 650206)
摘要：文章以解决风电机组与风电场SCADA系统的兼容通信问题为工程背景,借鉴国内外在电力远动数据通信方面应用IEC 61850协议的成果和经验,基于IEC 61400-25协议和MMS通信协议,设计了风电设备信息模型的获取方法，并通过测试和验证，对同类型工程具有一定的借鉴意义。
关键词：风电机组；SCADA；IEC 61400-25；MMS；信息模型；
1 前言
随着科学技术的快速发展和国内用电量的快速增加，国内部分发展比较早的风电场正在积极实施风电场扩容和技术升级的项目。对于在用风电项目而言，扩容和技术升级不仅仅是设备上的升级变化，而且还要在通讯软件等方面进行协调和升级。而实际运行的风电项目中，风电机组常常与其数据采集与监控系统（SCADA）之间存在一定的不兼容情况[1]。
在中国某风电场二期项目的扩容升级中就出现了这种不兼容、无法衔接的情况。按照常规的做法，风电机组通常要求SCADA系统被动地适配其私有通信协议，但这样将大大的增加了系统的复杂度,提高系统升级运行成本,同时还降低了监控系统的运行效率。因此，如何对SCADA系统软件进行二次开发，使其能与风电机组兼容通信成为了一个需要进行研究探讨的问题。
2、风电场数据采集与监控通信系统
风电场数据采集与监控通信（SCADA）系统采用C/S+B/S双重结构相结合的方式设计，通过前置服务实现各个风机数据或者其他设备的实时数据显示，提高数据采集效率。通过各个风机单独查询的方式获得选定风机的实时详细状态显示。通过下达命令的方式实现对选定风机的就地控制。
在中国某风电场二期项目的扩容升级中，风电机组运行系统采用的是Bachmann公司设计生产的M1型风机控制系统,该系统支持采用IEC 61400-25协议进行通信,但与机组配套的SCADA系统尚未支持该协议,只能采用远程接口单元(RIU)，才能实现数据的转接与通信，这就成出现了前文所述的问题。
国际上常用的风电场SCADA系统已经向遵循IEC 61400-25协议中特定通信服务映射(SCSM)协议的方向发展[2]。为了使风电机组与风电场SCADA系统向兼容，就需要在符合制造报文规范(MMS)的风电场监控通信系统下,将在用的原有SCADA系统服务和数据交互全部都映射至MMS协议,从而成为标准化的数据通道。
在风电场中，这种标准化方法是基于以太网进行的。一方面，原有SCADA系统通过COM与遵守IEC 61400-25协议的风电场监控通信系统和MMS通信软件进行通信；另一方面风机控制器轮毂模块通过CAN Open总线与机舱模块进行通信，机舱模块通过光纤与塔基模块和风机通信服务器进行通信。通信对象主要为基于IEC 61400-25协议对象化的信息模型,这些模型信息主要有:（1）单台风机的实时运行参数及控制参数；（2）风机群组的运行参数；（3）场站设施信息；（4）地理信息等实时数据；（5）风机运行日志；（6）风机操作日志；（7）风机气象历史记录等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在这种标准化方法中，MMS通信软件是原有SCADA系统进行通信的关键组件。该软件主要包括（1）抽象通信服务接口(ACSI)映射接口通信；（2）数据库接口的映射；（3）业务逻辑控制器；（4）MMS PDU报文处理模块；（5）通信栈会话；（6）错误处理模块。
3、IEC 61400-25协议的风电机组信息模型
IEC61400-25标准协议是由IEC TC88国际电工委员会起草制定的，是IEC 61850标准协议在风力发电领域内的延伸,是专门面向风电场的监控系统通信而制定的。该标准协议旨在实现风电场中不同设备之间的自由通信,并使各设备之间具有互联性、互操作性和可扩展性。IEC 61400-25协议继承了IEC 61850标准的模型结构。风电机组被抽象成了LD-LN-DO-DA层次的信息模型
对于风电设备的自描述、互操作以及设备远程配置、远程维护和相关信息安全技术的引入工作而言，风电设备信息模型的发布和获取工作起到了关键性的基础作用。
在风电机组信息模型的工程应用周期中，该模型的应用主要应用于2个阶段：第一阶段是在施工阶段中。设计工程师站根据风力发电机的具体参数、风电场拓扑、当地风况等信息数据,构建和配置风电机组的信息模型,并形成风力发电机配置文件，该阶段是信息模型的建立阶段；第二阶段是在运行阶段中,设计完成的风力发电机加载配置文件,与相关设备形成通信能力,主站通过通讯获取风电机组的信息模型,获得风力发电机运行信息和配置信息,经过主站的运行分析，从而实现对风力发电机的有效监控和其他数据服务。
4、信息模型的获取及环境测试
4.1 业务逻辑控制器
信息模型的业务控制采取有限状态机模式,通过消息触发有限状态进行转换。软件状态机共5个状态：Init, Idle, Read, Write, Report handle。其中,状态的转移由具体消息触发,并由状态转移函数SetStatus()实现,状态值由系统参数IDC-STATIC-STATUS保存。状态机在Init状态内又包含多个嵌套状态,实现通信握手、信息模型重构、MMS报文协商等功能。
4.2 MMS报文的构建
作为信息模型获取的基础,MMS报文的构建主要由2部分构成：MMS服务原语构建和ASN.1/BER编码形成比特流。MMS服务原语数据整合的基本过程为：建立与MMS.asn所标定的关系一致的类结构；根据ASN.1无深度限制嵌套的结构特点,构建相应聚合关系的类及其基本行为；具体PDU封装流程则以这些聚合关系的类为基础,通过逐层构建、赋值、封装的方式进行。
4.3测试
通过在ARM9平台上移植Linux操作系统,在Java开发平台Eclipse/j2sdk-1- 4- 2- 16-linux-i586下搭建风电机组控制器仿真平台,建立风力发电机MMS服务器,构建与风电场实际网络结构一致的网络仿真环境。测试内容包括通信有效性测试、模型一致性测试、MMS开放性测试。模型一致性测试验证MMS服务器端加载的智能电子设备(IED)测试模型在客户端重构还原的完成情况。
5、结语
在MMS软件和IEC 61400-25协议的框架下设计了风电场信息模型获取方法,解决了风电机组与SCADA系统之间信息模型的交互问题。并在风电场网络仿真环境下，测试验证了该方法的可行性。为风电机组基于信息模型的互操作功能提供了前提和基础。
参考文献：
[1]黄凌翔, 段斌, 龙辛. 基于MMS的风电设备信息模型获取方法[J]. 电力系统自动化, 2009, 33(19):101-105.
[2]王文卓, 秦世耀, 曲春辉. 基于面向对象建模的风电场监控系统的研究与开发[J]. 电网技术, 2013(10):2912-2919.
论文作者:张仕华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：风电论文; 模型论文; 通信论文; 机组论文; 信息论文; 风机论文; 风电场论文; 《电力设备》2016年第15期论文;