5.1 通訊方式
目前風(fēng)電場(chǎng)所采用的風(fēng)電機(jī)組都是以大型并網(wǎng)型機(jī)組為主，各機(jī)組有自己的控制系統(tǒng)，用來(lái)采集自然參數(shù)，機(jī)組自身數(shù)據(jù)及狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算、分析、判斷而控制機(jī)組的啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)向、剎車和開(kāi)啟油泵等一系列控制和保護(hù)動(dòng)作，能使單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)控制，無(wú)需人為干預(yù)。當(dāng)這些性能優(yōu)良的風(fēng)電機(jī)組安裝在某一風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，集中監(jiān)控管理各風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)、保護(hù)裝置動(dòng)作情況、故障類型等，十分重要。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，下位機(jī)（機(jī)組控制機(jī)）控制系統(tǒng)應(yīng)能將機(jī)組的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障情況等通過(guò)專用的通訊裝置和接口電路與中央控制室的上位計(jì)算機(jī)通訊，同時(shí)上位機(jī)應(yīng)能向下位機(jī)傳達(dá)控制指令，由下位機(jī)的控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，上、下位機(jī)通訊有如下特點(diǎn):
①一臺(tái)上位機(jī)能監(jiān)控多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，屬于一對(duì)多通訊方式;
②下位機(jī)應(yīng)能獨(dú)立運(yùn)行，并能對(duì)上位機(jī)通訊;
③上、下位機(jī)之間的安裝距離較遠(yuǎn)，超過(guò)500m;
④下位機(jī)之間的安裝距離也較遠(yuǎn)，超過(guò)100m;
⑤上、下位機(jī)之間的通訊軟件必須協(xié)調(diào)一致，并應(yīng)開(kāi)發(fā)出工業(yè)控制專用功能。
為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離通訊的需要，目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)所引進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)主要采用如下兩種通訊方式:
?、佼惒酱型ㄓ崳肦S-422或RS-485通訊接口。它的傳輸距離可達(dá)數(shù)千公里，傳輸速度也可達(dá)數(shù)百萬(wàn)位。由于所用傳輸線較少，所以成本較低，很適合風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用。同時(shí)因?yàn)榇朔N通訊方式的通訊協(xié)議比較簡(jiǎn)單，也很常用，所以成為較遠(yuǎn)距離通訊的首選方式。
②調(diào)制解調(diào)器（MODEM）方式。這是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成一種模擬信號(hào)，通過(guò)介質(zhì)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方，在遠(yuǎn)方再用解調(diào)器將信號(hào)恢復(fù)，取出信息進(jìn)行處理，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)姆绞健４朔N傳輸方式的傳輸距離不受限制，可以將某地的信息與世界各地交換，且抗干擾能力較強(qiáng)，可靠性高，雖相對(duì)說(shuō)來(lái)成本較高，但在風(fēng)電機(jī)組通訊中也有較多的應(yīng)用。
5.2 上、下位機(jī)通訊接口的設(shè)計(jì)
（1） 上位機(jī)通訊接口的設(shè)計(jì)
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用中，通常采用工控PC機(jī)作為上位計(jì)算機(jī)，通過(guò)RS-232串行口與下位機(jī)通訊，構(gòu)成集散式監(jiān)控系統(tǒng)。但是，采用RS-232串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差，僅用于近距離（15m以內(nèi)）通訊，無(wú)法滿足分散的、遠(yuǎn)距離的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控的通訊要求。無(wú)論是采用異步串行通訊方式還是調(diào)制解調(diào)方式，均要在PC機(jī)RS-232串行口的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)與擴(kuò)展。
RS-232的電氣接口是單端的，雙極性電源供電系統(tǒng)，這種電路無(wú)法區(qū)分由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的有用信號(hào)和外部引入的干擾信號(hào)，使傳輸速率和傳輸距離都受到限制；RS-422則采用平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的方法，從根本上消除信號(hào)地線。當(dāng)干擾信號(hào)作為共模信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，接收器只接收差分輸入電壓，因而這種電路保證了較長(zhǎng)的傳輸距離和較高的傳輸速率。兩者之間可用異步通訊用RS-232/422轉(zhuǎn)換接口板轉(zhuǎn)換。
（2） 下位機(jī)通訊接口的設(shè)計(jì)
監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)是指各風(fēng)電機(jī)組的中心控制器。對(duì)于每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，即使沒(méi)有上位機(jī)的參與，也能安全正確地工作。所以相對(duì)于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，下位機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)子系統(tǒng)，具有在各種異常工況下單獨(dú)處理風(fēng)電機(jī)組故障，保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。從整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行管理來(lái)說(shuō)，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的下位控制器都應(yīng)具有與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的功能，使上位機(jī)能隨時(shí)了解下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的管理性控制，為風(fēng)電場(chǎng)的管理提供方便。因此，下位機(jī)控制器必須使各自的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠地工作，同時(shí)具有與上位機(jī)通訊聯(lián)系的專用通訊接口。
可編程控制器（PLC）具有功能齊全，可靠性高和編程方便的特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域受到廣泛的歡迎。尤其是近年來(lái)，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制要求及集散控制的要求，國(guó)外的PLC廠家紛紛推出與各自PLC相配套的通訊模塊，這些模塊提供了RS232/422適配器或RS-232接口與PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，并有專門的編程軟件，使軟件開(kāi)發(fā)更加方便。因而，采用可編程控制器（PLC）作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的下位控制器，完全可以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制和風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控的要求。
5.3 抗干擾措施
風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要干擾源是:
?、俟I(yè)干擾:高壓交流電場(chǎng)、靜電場(chǎng)、電弧、可控硅等;
?、谧匀唤绺蓴_:雷電沖擊、各種靜電放電、磁爆等;
?、鄹哳l干擾:微波通訊、無(wú)線電信號(hào)、雷達(dá)等。
這些干擾通過(guò)直接輻射或由某些電氣回路傳導(dǎo)進(jìn)入的方式進(jìn)入控制系統(tǒng)，干擾控制系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。從干擾的種類來(lái)看，可分為交變脈沖干擾和單脈沖干擾兩種，它們均以電或磁的形式干擾系統(tǒng)，從而抗干擾措施應(yīng)從以下幾方面著手:
?、僭跈C(jī)箱、控制柜的結(jié)構(gòu)上:對(duì)于上位機(jī)來(lái)說(shuō)，要求機(jī)箱能有效地防止來(lái)自空間輻射的電磁干擾，而且盡可能將所有的電路、電子器件均安裝于機(jī)箱內(nèi)。還應(yīng)防止由電源進(jìn)入的干擾，所以應(yīng)加入電源濾波環(huán)節(jié)，同時(shí)要求機(jī)箱有良好的接地和機(jī)房?jī)?nèi)有良好的接地裝置。
②通訊線路上:信號(hào)傳輸線路要求有較好的信號(hào)傳輸功能，衰減較小，而且不受外界電磁場(chǎng)的干擾，所以應(yīng)該使用屏蔽電纜。
?、弁ㄓ嵎绞郊半娐飞?不同的通訊方式對(duì)干擾的抵御能力不同。一般說(shuō)來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)中上、下位機(jī)之間的距離不會(huì)超過(guò)幾千米，這種情況下經(jīng)常采用串行異步通訊方式，其接口形式采用RS-422A接口電路，采用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收的方法，從根本上消除信號(hào)地線。這種驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于兩個(gè)單端驅(qū)動(dòng)電路，輸入相同信號(hào)，輸出一個(gè)正向信號(hào)和一個(gè)反向信號(hào)，對(duì)共模干擾有較好的抑制作用。RS-422A串行通訊接口電路適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的總線型或星型網(wǎng)絡(luò)，它的發(fā)送和接收是分開(kāi)的，所以組成雙工網(wǎng)絡(luò)非常方便，很適合于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。
調(diào)制解調(diào)方式一般適用于遠(yuǎn)距離傳輸，用于多站互聯(lián)，現(xiàn)在也有用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的例子。此種通訊方式的特點(diǎn)是采用平衡差分方式，是半雙工的，具有RS-422A的優(yōu)點(diǎn)。用一對(duì)雙絞線即可實(shí)現(xiàn)通訊，可節(jié)省電纜投資。但對(duì)于近距離通訊來(lái)說(shuō)，RS-422A電路的串行通訊方式顯得更加經(jīng)濟(jì)一些。
5.4 監(jiān)控軟件的編制
監(jiān)控應(yīng)用軟件是根據(jù)具體對(duì)象來(lái)實(shí)施工業(yè)監(jiān)控而開(kāi)發(fā)出的軟件，用在監(jiān)控系統(tǒng)中執(zhí)行監(jiān)視、控制生產(chǎn)過(guò)程和及時(shí)調(diào)整的應(yīng)用程序。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，首先要顯示風(fēng)電場(chǎng)整體及機(jī)組安裝的具體位置，而后要了解各臺(tái)機(jī)組之間的連接關(guān)系及每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況。因此，風(fēng)電場(chǎng)的監(jiān)控軟件應(yīng)具有如下功能:
?、儆押玫目刂平缑?。在編制監(jiān)控軟件時(shí)，應(yīng)充分考慮到風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理的要求，應(yīng)當(dāng)使用漢語(yǔ)菜單，使操作簡(jiǎn)單，盡可能為風(fēng)電場(chǎng)的管理提供方便。
?、谀軌蝻@示各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如每臺(tái)機(jī)組的瞬時(shí)發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電小時(shí)數(shù)、風(fēng)輪及電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等，將下位機(jī)的這些數(shù)據(jù)調(diào)入上位機(jī)，在顯示器上顯示出來(lái)，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)用曲線或圖表的形式直觀地顯示出來(lái)。
?、埏@示各風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，如開(kāi)機(jī)、停車、調(diào)向、手/自動(dòng)控制以及大/小發(fā)電機(jī)工作等情況。通過(guò)各風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)了解整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行情況，這對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的管理是十分重要的。
④能夠及時(shí)顯示各機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障。在顯示故障時(shí)，應(yīng)能顯示出故障的類型及發(fā)生時(shí)間，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理及消除故障，保證風(fēng)電機(jī)組的安全和持續(xù)運(yùn)行。
⑤能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)，只需對(duì)標(biāo)明某種功能的相應(yīng)鍵進(jìn)行操作，就能對(duì)下位機(jī)進(jìn)行改變?cè)O(shè)置、狀態(tài)和對(duì)其實(shí)
施控制。如開(kāi)機(jī)、停機(jī)和左右調(diào)向等。但這類操作必須有一定的權(quán)限，以保證整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行安全。
?、尴到y(tǒng)管理。監(jiān)控軟件應(yīng)當(dāng)具有運(yùn)行數(shù)據(jù)的定時(shí)打印和人工即時(shí)打印以及故障自動(dòng)記錄的功能，以便隨時(shí)查看風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀況的歷史記錄情況。
監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)盡可能在現(xiàn)有工業(yè)控制軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，這樣可以縮短開(kāi)發(fā)周期。（下轉(zhuǎn)23頁(yè)）同時(shí)，在軟件的編制過(guò)程申，應(yīng)當(dāng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，有利于軟件的編制和總體調(diào)試。
6結(jié)束語(yǔ)
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，在可再生的綠色能源的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中占有突出的地位，具有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。尤其是在偏遠(yuǎn)的山區(qū)、牧區(qū)和海島等地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電可為當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)提供潔凈的能源，緩解能源供應(yīng)緊張的局面。聯(lián)系人：小費(fèi)
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