文章介紹了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況，以及風(fēng)電場(chǎng)的通訊管理和監(jiān)控系統(tǒng)。講述了通訊管理機(jī)在風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控方式及功能。重點(diǎn)介紹了立華嵌入式通訊平臺(tái)LEC-3110的規(guī)格特點(diǎn)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(wèn)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(jī)一般在惡劣的無(wú)人值守的環(huán)境下常年運(yùn)行，因此在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中，如何實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控與采集各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)信息變得至關(guān)重要。風(fēng)場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集風(fēng)機(jī)、氣象監(jiān)測(cè)、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(chǔ)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，對(duì)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(chǎng)綜合管理系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，包括總公司核心數(shù)據(jù)中心、區(qū)域分公司分?jǐn)?shù)據(jù)中心以及風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站。其中，風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站，主要負(fù)責(zé)采集風(fēng)機(jī)、測(cè)風(fēng)塔、升壓站、箱式變電站、氣象監(jiān)測(cè)和電量監(jiān)測(cè)等接口數(shù)據(jù)。區(qū)域分公司（風(fēng)電公司）分?jǐn)?shù)據(jù)中心，主要負(fù)責(zé)收集并存儲(chǔ)本區(qū)域公司所轄各風(fēng)電場(chǎng)上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)匯集至總部核心數(shù)據(jù)中心?？偛亢诵臄?shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)匯總收集下屬各級(jí)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域公司全部實(shí)時(shí)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(chǎng)綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖1 風(fēng)場(chǎng)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(jī)主要用于風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站。
風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集升壓站、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)和箱式變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本地保存，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳后臺(tái)服務(wù)器。如下圖2所示。
圖2 風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖
風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型風(fēng)機(jī)信息統(tǒng)一采集處理和控制，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在風(fēng)電場(chǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)布置WEB服務(wù)器，用戶(hù)可在辦公室或者任意地點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽的方式獲取風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)信息和歷史記錄；風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)多年運(yùn)行資料，擬合風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)，包括超短期風(fēng)力預(yù)測(cè)和日前風(fēng)電出力預(yù)測(cè)；氣象測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場(chǎng)的氣象信息，以多種通信方式將采集、測(cè)量的氣象信息上送到風(fēng)電場(chǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)；箱式變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)箱式變電站內(nèi)部設(shè)備的模擬信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集和控制，并上傳到當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控后臺(tái)和升壓站的自動(dòng)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(hù)功能的現(xiàn)地保護(hù)控制單元）通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)組成多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，再將各個(gè)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(chǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信；升壓站自動(dòng)化系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)基本一致，采集變電站內(nèi)的各類(lèi)電氣信號(hào)，再通過(guò)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(guò)立華公司的LEC-3110A設(shè)備實(shí)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(duì)象，分為測(cè)量類(lèi)、控制類(lèi)、狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和后臺(tái)存儲(chǔ)。
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如表1所示。
表1 系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)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(wú)風(fēng)扇的電力行業(yè)專(zhuān)用通訊管理設(shè)備，產(chǎn)品通過(guò)了中國(guó)電科院電力四級(jí)認(rèn)證，包括：工頻磁場(chǎng)、脈沖磁場(chǎng)、阻尼振蕩磁場(chǎng)、高頻干擾、快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌、高低溫影響測(cè)試等56項(xiàng)非常嚴(yán)苛的測(cè)試。此產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，便于根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)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(chǎng)對(duì)于EMC電磁抗干擾的要求。通過(guò)板上預(yù)留的PCI和PCI104接口，可以靈活擴(kuò)展出6網(wǎng)10串，6網(wǎng)18串，以及對(duì)于百兆光口、CAN接口和B碼對(duì)時(shí)功能的支持。冗余電源設(shè)計(jì)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(hù)自定義和控制，Run和PIO LED指示燈由客戶(hù)自定義其物理意義，以適應(yīng)客戶(hù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求和客戶(hù)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(hù)客制化方面，充分發(fā)揮公司OEM/ODM靈活多變的特點(diǎn)，滿(mǎn)足客戶(hù)以下個(gè)性化需求：
更改串口數(shù)量：客戶(hù)使用此產(chǎn)品主要是網(wǎng)路數(shù)據(jù)通訊，對(duì)串口數(shù)量要求較低，4個(gè)串口即可滿(mǎn)足需求。因此，充分利用LEC-3110的模塊化設(shè)計(jì)模式，將擴(kuò)展的8串口取消，同時(shí)把主板上預(yù)留的2路串口引出來(lái)，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(xiàn)方式：把標(biāo)準(zhǔn)品LEC-3110的4個(gè)后出線(xiàn)USB接口，更改為2個(gè)后出線(xiàn)，2個(gè)前出線(xiàn)方式。
插座供電接口方式：在電源接口方面，我們?yōu)榭蛻?hù)訂制了客戶(hù)要求的標(biāo)準(zhǔn)的220VAC電源插座，方便客戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)的電源供電，并保證供電安全。同時(shí)，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(hù)的要求給客戶(hù)定制了帶客戶(hù)logo的貼膜和包裝箱，滿(mǎn)足了客戶(hù)的客制化需求。
通過(guò)以上四個(gè)方面的修改，客戶(hù)的需求得到了快速滿(mǎn)足，同時(shí)產(chǎn)品品質(zhì)得到有效的保證，保證設(shè)備運(yùn)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(chǎng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析與上傳來(lái)監(jiān)測(cè)并控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，立華通訊管理機(jī)LEC-3110在系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵的角色。設(shè)備不僅采集信號(hào)還有存儲(chǔ)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(shí)可以將采集的信號(hào)分析并做遠(yuǎn)傳，使得無(wú)人值守的變電站的安全和可靠性大大提高。
客戶(hù)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(chǎng)使用，目前設(shè)備運(yùn)行非常穩(wěn)定。
（轉(zhuǎn)載）
