文章介紹了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況，以及風(fēng)電場的通訊管理和監(jiān)控系統(tǒng)。講述了通訊管理機在風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控方式及功能。重點介紹了立華嵌入式通訊平臺LEC-3110的規(guī)格特點以及該設(shè)備在風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及其成功案例。
1. 背景概述
在全球能源供應(yīng)緊張、環(huán)境問題突出的情況下，風(fēng)能已在全球引起重視，大力發(fā)展清潔能源，使用風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源短缺的重要途徑之一。
由于風(fēng)力發(fā)電受到環(huán)境本身的制約，風(fēng)力發(fā)電機一般在惡劣的無人值守的環(huán)境下常年運行，因此在風(fēng)力發(fā)電場中，如何實時有效的監(jiān)控與采集各個風(fēng)力發(fā)電機數(shù)據(jù)信息變得至關(guān)重要。風(fēng)場的監(jiān)控系統(tǒng)需要通過網(wǎng)絡(luò)采集風(fēng)機、氣象監(jiān)測、升壓站、箱式變電站等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并作本地存儲和數(shù)據(jù)遠傳，對通訊設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)性能要求較高。
2. 系統(tǒng)描述
2.1系統(tǒng)構(gòu)架圖
風(fēng)場綜合管理系統(tǒng)由三個部分組成，包括總公司核心數(shù)據(jù)中心、區(qū)域分公司分數(shù)據(jù)中心以及風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集站。其中，風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集站，主要負責(zé)采集風(fēng)機、測風(fēng)塔、升壓站、箱式變電站、氣象監(jiān)測和電量監(jiān)測等接口數(shù)據(jù)。區(qū)域分公司（風(fēng)電公司）分數(shù)據(jù)中心，主要負責(zé)收集并存儲本區(qū)域公司所轄各風(fēng)電場上傳的實時運行數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)匯集至總部核心數(shù)據(jù)中心。總部核心數(shù)據(jù)中心，負責(zé)匯總收集下屬各級風(fēng)電場區(qū)域公司全部實時數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一分析和比較，提供豐富的生產(chǎn)信息服務(wù)。
如下圖1，為風(fēng)場綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖1 風(fēng)場綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.2系統(tǒng)功能
立華嵌入式通訊管理機主要用于風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集站。
風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集升壓站、風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測和箱式變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本地保存，并將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳后臺服務(wù)器。如下圖2所示。
圖2 風(fēng)電場監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖
風(fēng)電場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)不同類型風(fēng)機信息統(tǒng)一采集處理和控制，為實現(xiàn)風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)布置WEB服務(wù)器，用戶可在辦公室或者任意地點通過網(wǎng)頁瀏覽的方式獲取風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機的實時信息和歷史記錄；風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電場多年運行資料，擬合風(fēng)機實際運行功率曲線，包括超短期風(fēng)力預(yù)測和日前風(fēng)電出力預(yù)測；氣象測量系統(tǒng)實時采集風(fēng)電場的氣象信息，以多種通信方式將采集、測量的氣象信息上送到風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)；箱式變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要是對箱式變電站內(nèi)部設(shè)備的模擬信號和開關(guān)信號進行采集和控制，并上傳到當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控后臺和升壓站的自動化系統(tǒng)中，也就是將箱式變電站的現(xiàn)地控制單元（有的是帶保護功能的現(xiàn)地保護控制單元）通過光纖環(huán)網(wǎng)組成多個子網(wǎng)絡(luò)，再將各個子網(wǎng)絡(luò)和當(dāng)?shù)刂骺貙釉O(shè)備組成主干網(wǎng)，并與風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信；升壓站自動化系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)基本一致，采集變電站內(nèi)的各類電氣信號，再通過以太網(wǎng)的形式傳送至綜合監(jiān)控系統(tǒng)。
以上數(shù)據(jù)信息的采集通過立華公司的LEC-3110A設(shè)備實現(xiàn)。LEC-3110A使用INTEL ATOM D525 CPU，ICH8M芯片組，搭配6路Intel 82574L千兆網(wǎng)卡芯片，2路光隔離串口通信接口。
監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)包括的監(jiān)控對象，分為測量類、控制類、狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和后臺存儲。
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如表1所示。
表1 系統(tǒng)監(jiān)控對象
3. LEC-3110產(chǎn)品介紹
LEC-3110是立華科技推出的一款高性能、低功耗、無風(fēng)扇的電力行業(yè)專用通訊管理設(shè)備，產(chǎn)品通過了中國電科院電力四級認證，包括：工頻磁場、脈沖磁場、阻尼振蕩磁場、高頻干擾、快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌、高低溫影響測試等56項非常嚴苛的測試。此產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，便于根據(jù)不同的現(xiàn)場需求定制不同的產(chǎn)品規(guī)格。LEC-3110采用INTEL Atom D525雙核1.8GHz CPU，南橋采用ICH8M，支持最大到4GB DDR3內(nèi)存，6路INTEL 83574L擴展網(wǎng)口，使網(wǎng)絡(luò)性能得到極大的提高，板載2路光隔離串口，適應(yīng)電力現(xiàn)場對于EMC電磁抗干擾的要求。通過板上預(yù)留的PCI和PCI104接口，可以靈活擴展出6網(wǎng)10串，6網(wǎng)18串，以及對于百兆光口、CAN接口和B碼對時功能的支持。冗余電源設(shè)計更加適合電力行業(yè)，端子輸入支持110VDC/AC 和220VDC/AC，直流9~~36V輸入。
LEC-3110支持Windows XP Embedded、Windows CE以及Linux操作系統(tǒng)。CTR按鈕由客戶自定義和控制，Run和PIO LED指示燈由客戶自定義其物理意義，以適應(yīng)客戶不同的現(xiàn)場環(huán)境要求和客戶需求。
圖3 LEC-3110標(biāo)準(zhǔn)品前后面板示意圖
4. 客制化需求
在客戶客制化方面，充分發(fā)揮公司OEM/ODM靈活多變的特點，滿足客戶以下個性化需求：
更改串口數(shù)量：客戶使用此產(chǎn)品主要是網(wǎng)路數(shù)據(jù)通訊，對串口數(shù)量要求較低，4個串口即可滿足需求。因此，充分利用LEC-3110的模塊化設(shè)計模式，將擴展的8串口取消，同時把主板上預(yù)留的2路串口引出來，用做管理和調(diào)試端口，這樣形成了一款6網(wǎng)4串的客制化產(chǎn)品。
更改USB出線方式：把標(biāo)準(zhǔn)品LEC-3110的4個后出線USB接口，更改為2個后出線，2個前出線方式。
插座供電接口方式：在電源接口方面，我們?yōu)榭蛻粲喼屏丝蛻粢蟮臉?biāo)準(zhǔn)的220VAC電源插座，方便客戶在現(xiàn)場的電源供電，并保證供電安全。同時，產(chǎn)品支持直流24V輸入，寬電源支持9~36V輸入。
客制化貼膜和外包裝箱：設(shè)備前面板以及設(shè)備的外包裝箱，均按照客戶的要求給客戶定制了帶客戶logo的貼膜和包裝箱，滿足了客戶的客制化需求。
通過以上四個方面的修改，客戶的需求得到了快速滿足，同時產(chǎn)品品質(zhì)得到有效的保證，保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性。
圖3 客制化前后面板圖
5. 結(jié)論
風(fēng)電場的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是通過對現(xiàn)場的各個監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析與上傳來監(jiān)測并控制風(fēng)機的運轉(zhuǎn)，立華通訊管理機LEC-3110在系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵的角色。設(shè)備不僅采集信號還有存儲的功能，防止突然的掉電或者其他意外而將丟失數(shù)據(jù)，同時可以將采集的信號分析并做遠傳，使得無人值守的變電站的安全和可靠性大大提高。
客戶使用此設(shè)備已經(jīng)在遼寧、內(nèi)蒙、山東和湖南等多地風(fēng)電場使用，目前設(shè)備運行非常穩(wěn)定。
（轉(zhuǎn)載）
