风电场SCADA系统的数据传输技术

监视控制和数据采集(Supervisory ControlAnd Data Acquisition，SCADA)系统在数据采集方面的发展已经比较完善，但是由于风电场的运行、控制、维护、并网等具有诸多的特殊性，必然要求S(心系统能够加强远距离传输的能力，提高数据传输的实时性和可靠性，因此对风电场SCADA系统的数据传输技术进行研究具有重大的实际意义.

　　1 SCADA系统的数据传输方式

　　数据传输的主要作用是实现各站点之间的信息互换.选择好的数据传输方式可以加强数据传输的实时性，并且还有助于系统的远距离数据传输，起到事半功倍的效果.现有风电场SCADA系统主要由以下3部分组成：

　　1)就地监控部分：布置在每台风力发电机塔筒的控制柜内.每台风力发电机的就地控制能够对此台风力发电机的运行状态进行监控，并对其产生的数据进行采集.

　　2)中央监控部分：一般布置在风电场控制室内.工作人员能够根据画面的切换随时控制和了解风电场同一型号风力发电机的运行和操作.

　　3)远程监控部分：根据需要布置在不同地点的远程控制.远程控制目前一般通过调制解调器或电流环等通讯方式访问中控室主机进行控制.

　　1.1就地监控与中央监控之间的传输方式

　　就地监控与中央监控之间的数据传输主要是指下位机控制系统能将下位机的数据、状态和故障情况通过专用的数据传输装置和接口电路与中央监控室的上位计算机进行通讯，同时上位机能传达对下位机的控制指令，由下位机的控制系统执行相应动作，从而实现远程监控功能.根据风电场的实际情况，上、下位机之间的数据传输有如下特点：

　　1)一台上位机能监控多台风力发电机的运行，属于一对多的通讯方式;

　　2)下位机能够独立运行，并能与上位机通讯;

　　3)上、下位机之间安装距离较远，一般有1 000--5000m：

　　4)下位机之间安装距离也较远，一般大于风轮直径的3～5倍，即100--300 m;

　　5)上、下位机的通讯软件必须协调一致，并应开发相应的工业控制专用功能.

　　为适应远距离数据传输的需要，就地监控与中央监控之间可以采用如下几种数据传输方式：

　　1)异步串行通讯，用RS422或RS-485通讯接口.所谓串行通讯，是用一条信号线传输一种数据.因此，上位机通过公共通信网络采用RS-422或RS-485串行接口总线数据传输方式与各下位机进行数据传输，可节省大量通信电缆，用最少的信号线来完成远程数据采集与控制，并且RS-422和RS-485串口传输速率指标也是不错的，在1 000 m以内传输速率可达100 kb/s.由于所用传输线较少，所以成本较低，很适合风电场监控系统采用.同时，因为此种通讯方式的通讯协议比较简单，也很常用，所以成为较远距离通讯的首选方式.

　　2)以太网通讯.大型风电场中分布的风力发电机的数目多，数据信息流大，对速率指标要求高，因此RS-422或者RS-485的实时性、传输速率会力不从心，此时应考虑使用以太网.以太网为总线式拓扑结构，可容纳1 024个节点，距离可达2.5 km.站级总线采用标准高速以太网，10 Mb/100Mb/1 Gb自适应，并兼容即将推出的10 Gb以太网总线结构，提供了高速的人机交互手段;设备级采用标准10 Mb以太网，比传统的传输方式从传输速率上提高了几个数量级，且为直接接人广域网提供了便利手段.因此，将上位机和下位机通过交换机与风电场光纤以太网环路相连接，保证了风电场内部的集中监控和数据传输.

　　1.2中央监控与远程监控之间的传输方式

　　由于各通讯条件的不同，因此，不同的风电场选择的数据传输方式也是不同的.比较有代表性的数据传输方式有如下几种：

　　1)基于PSTN的数据传输

　　PSTN(Public Switched Telephone Network)意指传统的电话交换网络.此传输方式是利用现有的电信电话网络，在中央监控与远程监控计算机上各安装一套调制解调器设备，传输数据的计算机之间通过使用调制解调器连接公用交换电话网，由发送计算机主动拨号，接收计算机接到呼叫后应答，然后进行数据传输这种连接方式的数据安全性高，但由于风电场分布在全国各地，连接属于长途电话，费用较高.

　　2)基于GPRS无线网络数据传输

　　GPRS(General Packet Radio Service)意指通用分组无线业务，是在GSM全球移动通信系统网络上发展起来，为用户提供高速分组数据业务的一种网络.此传输方式是利用现有的移动无线通讯网络，在中央监控与远程监控计算机上各安装一套GPRS设备，两端设备通过无线通讯网络拨叫对方建立连接这种传输方式具有成本低、部署简单、随时连接等优点，但是必须是在无线通讯网络能够覆盖的范围内实现，带宽方面还有很多问题需要解决，费用是根据数据量进行计算的.

　　3)基于Intemet网络数据传输

　　实现基于Intemet的传输主要是依靠TCP/IP协议.当数据从本地系统向远程系统传送时，数据在本地系统的各层协议间沿着TCP/IP协议栈从上向下传递.当一个计算机系统从网络上接收信息时，数据传输的过程恰好相反，其路径是从网络物理层向上传输给应用层.但由于基于Intemet的数据传输是通过互联网进行传输的，而互联网上存在许多不安全因素，因此保证数据传输的安全性就很重要，一般都采用数据加密的方式.在数据传输到网络上之前用数据加密算法把明文变成密文进行传输，等传输到目的地以后再恢复为明文.

　　随着计算机网络技术的迅速发展，近阶段有一门网络新技术崛起，即Ⅵ)N(Virtual PrivateNetwork)：虚拟专用网络№J.这种技术也逐渐应用到了风电场S(心系统中.它是利用现有的电信电话网络，在中央监控与远程监控计算机上各安装一套ADSL或调制解调器设备，两端同时连接到Intemet网络上，通过Intemet建立VPN网络连接.通过VPN技术，用户不再需要拥有实际的长途数据线路，而是依靠Intemet服务提供商(ISP)和其他网络服务提供商(NSP)，在Inter—net公众网中建立专用的数据传输通道，构成一个逻辑网络，它不是真的专用网络，但却能够实现专用网络的功能.在数据安全性方面，VPN使用了三方面的技术保证了基于Intemet的网络数据传输的安全性：隧道协议、身份验证和数据加密.因此，基于Intemet网络VPN技术的数据传输具有费用低、传输速率快、安全性高的优势，也将成为今后SCADA系统的主流通信方式.