风电行业推荐网络解决方案.docx

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风电行业推荐网络解决方案

风电行业网络通信平台

北京东土科技股份有限公司

推荐网络解决方案

北京东土科技股份有限公司

二零一二年二月

一、业务需求描述

1.1风电场监控系统概述

风电场监控系统主要对风电场内的风力发电机组及场内变电站的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控，使监控中心能够及时准确地了解风电场的生产运行状况。

风电场监控系统主要包括三部分内容：

Ø风力发电机组监控系统

Ø风机机头控制系统

Ø场内变电站监控系统

Ø风电场视频/安防系统

1.1.1风电机组监控系统

风电机组监控系统用于控制机组运行、故障处理及机组的起、停等操作，监视机组运行情况，集中接收各风力发电机组的运行数据。

主要功能如下所示：

Ø实时多任务面向网络技术的人机联系及画面显示。

Ø远方操作

Ø报表功能

Ø测点历史数据

Ø报警功能

Ø统计查询功能

Ø档案管理和数据分析

Ø操作票生成

1.1.2变电站监控系统

变电站监控系统综合所有功能，应用自动控制技术、计算机数字化技术和数字化信息传输技术，将风电场变电站相互有关联的各部分总成为一个有机的整体，用以完成从升压站安全监测、远方监视调度控制到单个点和多个点的操作处理。

其功能为：

Ø数据采集

Ø数据传输

Ø控制与调节

Ø人机联系

Ø事件记录处理

Ø事故追忆处理

Ø报警处理

Ø报表功能

1.1.3视频/安防系统

随着计算机技术和数据通讯技术的飞速发展，图像监控也由模拟视频监控发展到数字图像监控。

远程数字图像监控至关重要的环节是图像远程传输，数字视频压缩编码技术的日益成熟使基于低成本的图像远程传输实际可行，因此远程图像监控具有非常广泛的应用前途。

随着工业自动化程度的不断提高，将逐步向无人/少人值守的方向发展，为了直观、具体地了解无人值守现场实时的情况，采用远程图像监控系统将具有非常现实的意义。

远程图像监控一般不仅仅给生产管理部门提供生动的实时图像，还具有远程控制、报警记录等多种功能，可以与传统的监控设备结合应用，提高整体的功能。

其主要功能为：

Ø通过图像监控、安防系统，保护变电站设备及风机设备的安全。

Ø通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作。

Ø通过图像监控、灯光联动、环境监测监视现场设备的运行状况，起到预警和保护作用。

Ø配合其他系统（如变电站综合自动化系统等）的工作。

1.2风电场监控系统对通信网络的要求

通信网络的根本任务是解决风电场监控系统的实时信息交换，而网络是不可或缺的功能载体，那么构建一个可靠、实时、高效的网络体系是通信系的关键之一。

通信网络的性能要求主要体现在以下几个方面：

1.2.1可靠性

由于电力生产的连续性和重要性，通信网络的可靠性是第一位的，应避免一个装置损坏导致通信中断。

特别是数字、图像信息的多媒体技术的应用，我们会更加依赖通信网络，因此，一个可靠的通信网络是首要条件。

1.2.2实时性

因测控数据、保护信号、遥控命令等都要求实时传送，虽然正常工作时，通信网络内数据流不大，但出现故障时要传送大量的数据，要求信息能在通信网络上快速传送。

1.2.3环境适应能力

风电场应用环境恶劣，长年风沙严重，昼夜、冬夏温差大，要求交换机工作温度范围较宽，拥有较高的防护等级。

在风场中存在非常强的电磁干扰，要求设备拥有极强的抗电磁干扰能力。

二、网络设备的选型原则及设计思想

结合业务的实际需求，网络的设计具体思想为各种业务负载能达到均衡传输、网络设计安全可靠的原则。

网络设计及设备选型原则如下：

Ø硬件可靠性原则，根据该项原则，系统的电磁兼容性、系统的温度湿度特性符合IEC61850-3规范的相关要求。

Ø系统的可扩展性原则，充分考虑未来的升级和换代的可能性，按照符合IEC61850协议对交换机的基本要求进行设计和选型。

Ø抑制广播风暴源数据的原则，网络中有多种数据类型可能导致广播风暴，如未知的单播数据、未知的组播数据、广播数据等，系统的广播拟制功能应根据这些数据类型分别进行抑制，达到网络性能的可靠性。

Ø广播域最小的原则，提高网络传输的可靠性和安全性。

一个子系统由于某种原因出现广播风暴，不会影响到其他子系统的通信。

Ø网络数据实时性原则：

网络设备具有全线速转发的能力，能保障系统的数据在小于10ms或甚至4ms的时间内完成数据传输和系统操作。

Ø网络平台冗余或系统快速恢复的原则：

网络平台应具有链路冗余的功能，当网络无意中相成环型网络，能快速的把网络分解成逻辑的链型结构，保证网络的可靠性。

或者提供环行的网络结构，当网络某点故障时，系统能快速恢复。

根据以上几个原则，在本系统中选用北京东土科技股份有限公司高性能工业以太网交换机。

三、风电网络解决方案介绍

3.1方案一

3.1.1方案详细介绍

此方案介绍了风电主流组网应用，网络系统整体网络采用核心和骨干环网层两个网络的构架，主要传输业务有电力SCADA、在线震动检测系统，风机主控系统、机头变桨控制系统等，在每个风机的塔筒底部放置工业以太网交换机，环网设备及核心设备通过100M光纤互联，核心机房由两台东土工业以太网交换机SICOM3024组成，实现核心网络冗余，分担了设备负载和网络流量，提高了网络可靠性。

每个风机内由SICOM3005工业以太网交换机组成多个百兆余环网，每个环网通过物理相隔离提高网络的安全性，环网交换机启用DT-Ring快速环网冗余协议，保障了网络的无扰切换，网络自愈时间小于50ms，在环网中启用交换机的VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）虚拟局域网络功能，将电力SCADA、在线震动检测系统，风机主控系统、机头变桨控制系统等业务隔离，防止业务的广播风暴产生影响其他业务，并将交换机各业务接入端口（交换机使用端口）采用东土的广播风暴抑制功能，可以实现网络中“有效数据传输，无效数据隔离”的功能，提高网络数据传输的安全性。

同时采用QOS（QualityofService）服务质量功能，根据不同的业务级别对交换机的接入端口进行带宽分配，提高网络数据传输的高效性。

网络拓扑如图所示

3.1.2DT-Ring工作原理：

工业冗余环网的设计是为了实现在恶劣环境下，数据传输的稳定性、可靠性和实时性。

其工作原理如下，物理连接上成环型，工作时整个网络成链状结构，有一段是不传输数据，只传输硬件间的数据流，用来相互通知各自的状态给其他设备。

环上的每一个设备都知道并随时通知其他设备自己的状态。

一旦有一段网络发生故障，临近交换机会马上通知其他交换机，极短的时间内这一信息就会传遍全网。

作为“根”的交换机就会实行切换，就是原来没有数据通过的那段链路马上进行数据传输。

整个切换时间包括光纤链路切换时间和交换机之间MAC地址学习时间，总时间小于50毫秒。

切换后整个网络还是呈链状工作状态，实现冗余。

当损坏的网络修复后，网络恢复到初始工作状态。

所以如果在系统工作时交换机的连接介质发生故障，环形结构将在小于50ms时间内切换网络工作拓扑结构。

不影响整个系统的工作，从而保证了系统的可靠性。

而且在同样的冗余度下，冗余环网结构不仅减少了风险的集中，更降低了实现成本。

可以灵活的与其他网络交换机接入，良好的安全特性能够保证数据安全传输。

东土科技工业以太网交换机光纤环网工作原理图如下：

图1-1

1．网络初始，物理上成环形。

图1-2

2．数据流在逻辑上是链状拓扑，在根节点一端有一段热备份链路。

图1-3

3．硬件间传送DT-ring协议数据流，用来相互通知各自的状态给其他设备。

图1-4

4．环状网络出现故障链路，启用热备份链路，业务在50ms内恢复正常。

图1-5

故障光缆恢复正常，业务恢复到初始状态。

3.1.3方案优势说明

3.1.3.1高安全性

提供完整的安全体系结构，在各个环节均采用冗余技术东土私有环网协议DT-Ring、QOS、广播风暴抑制、VLAN、等安全措施，确保网络的安全性。

3.1.3.2高效率

提供高品质的QOS（QualityofService）服务质量，为不同的业务提供不同的优先级服务，QOS可根据端口的优先级来设置端口的带宽，保证了整个网络数据的高效率传送，对对应端口的业务进行带宽设置。

3.1.3.3高可靠

设备支持高可靠的DT-Ring快速冗余技术，共品质的工艺设计，设备自身机壳采用东土专利铝制机箱散热表面设计，无风扇，防护等级为IP40，设备支持工业四级抗电磁干扰性和电磁兼容性，支持冗余电源。

3.1.3.4易维护管理

提供简单方便的Web、Telnet、CLI、SNMP、RMON多种管理方式，同时还支持东土自主研发的Kyvision网管软件，本软件提供人性化的管理，通过Kyvision网管软件可以直观形象的看出网络的状态，当网络出现故障时可精确定位故障点。

3.2方案二

本方案共24台风机，组成两个冗余环网，在中心机房放置两台KIEN2000交换机，交换机通过光纤和每个环网内交换机组成百兆冗余环网，然后通过RJ45以太网接口分别连接核心两台KIEN3016M，服务器采用双网卡分别接入核心两台KIEN3016M交换机，详细网络如上图。