4. Scheme tipice de comunicare pentru fermele eoliene offshore din China
Astăzi, „creierul” întregului parc eolian offshore este platforma integrată de monitorizare și management situată în centrul de control onshore. Această platformă folosește comutatorul central al stației de amplificare onshore ca nod principal principal, adoptă o topologie stea Ethernet și se bazează pe protocolul de rețea TCP/IP. Este conectat la diferite subsisteme de producție la fața locului prin intermediul rețelei de nivel de legătură de transmisie.
Subsistemele de producție-la fața locului includ un sistem de monitorizare computerizată a stației de amplificare, un sistem de monitorizare computerizată a turbinei eoliene, un sistem de monitorizare a securității video, un sistem de monitorizare a substației prefabricate, un sistem online de monitorizare a stării echipamentelor, un sistem de monitorizare integrat prin cablu submarin și un sistem DC. Deoarece conectarea în rețea a ultimelor patru subsisteme este foarte simplă, acestea nu vor fi discutate în detaliu aici.
4.1
Soluție de comunicare în rețea pentru sistemul de monitorizare computerizat al stației de amplificare
În general, un parc eolian offshore va avea o stație de amplificare onshore și o stație de amplificare offshore. Fiecare stație de amplificare este echipată cu un sistem de monitorizare computerizată. Acest sistem adoptă o structură ierarhică distribuită cu o configurație de rețea dublă-. Stația de amplificare onshore este echipată cu unități duale de control de la distanță (RTU). Sistemul de monitorizare al stației de amplificare offshore este integrat în sistemul de monitorizare computerizat al stației de amplificare onshore ca subsistem. Stația de amplificare onshore transmite informațiile de control de la distanță direct către centrul de dispecer prin sistemul de monitorizare computerizat. Un cablu compozit de fibră optică submarină și un transceiver optic SDH (2.5G) sunt instalate între platforma stației de amplificare offshore și stația de amplificare de la uscat pentru transmiterea informațiilor între cele două stații.
Turbinele eoliene de la fața locului vor forma mai multe rețele inelare, de obicei șase turbine eoliene pe inel. În fiecare rețea de inel, există un comutator care este conectat la comutatorul de agregare al substației offshore.
Figura 4-1 Diagrama topologiei rețelei a sistemului de monitorizare computerizat pentru stația de amplificare
4.2
Soluție de comunicare în rețea pentru sistemul de monitorizare computerizată a turbinei eoliene
Echipamentele de protecție și monitorizare pentru grupurile electrogene pentru turbine eoliene sunt furnizate împreună cu grupurile electrogene pentru turbine eoliene. Adoptă o metodă de monitorizare centralizată și instalează un sistem de monitorizare computerizată a turbinei eoliene pentru monitorizarea și controlul automat al generatoarelor de turbine eoliene. Poate realiza semnalizarea de la distanță, măsurarea de la distanță și controlul de la distanță al grupurilor generatoare de turbine eoliene offshore.
În sistemul de monitorizare a computerului turbinei eoliene (vezi Figura 4-2), mai multe porturi electrice ale comutatorului de agregare sunt utilizate pentru a se conecta la serverele de monitorizare ale diferitelor sisteme de la fermul eolian offshore, inclusiv serverul SCADA pentru turbina eoliană, serverul de telefon IP, serverul de monitorizare a vibrațiilor online CMS, serverul platformei de alimentare WPPM etc. cabinet.
Comutatorul Ethernet industrial din dulapul de control al bazei turnului (vezi Figura 4-3) nu numai că formează o rețea de inel de fibră optică cu comutatorul de agregare, dar necesită și mai multe porturi Ethernet de 100 Mbps pentru a se conecta la controlerul ventilatorului de la baza turnului, telefonie IP și alte servicii. O altă interfață de fibră optică de 100 Mbps este conectată direct la portul de fibră optică de 100 Mbps al comutatorului Ethernet industrial din dulapul de comandă al camerei mașinilor.
Comutatorul Ethernet industrial din interiorul dulapului de control al camerei mașinilor are mai multe porturi Ethernet de 100 Mbps pentru conectarea la sistemul de monitorizare a vibrațiilor online CMS și la serviciile de telefonie IP din camera mașinilor. Este apoi conectat printr-o interfață cu fibră optică de 100 Mbps cu modul unic-la un port de fibră optică cu un singur-mod de 100Mbps în cascadă din dulapul de control al bazei turnului.
Figura 4-2 Diagrama topologiei rețelei a sistemului de monitorizare a computerului turbinei eoliene
Figura 4-3 Diagrama de instalare a comutatorului industrial în interiorul dulapului de control al bazei turnului
4.3
Soluție de comunicare în rețea a sistemului de monitorizare a securității video
Turbinele eoliene funcționează în mare parte în medii naturale dure, locațiile lor geografice fiind destul de dispersate. În plus, nacelele turbinei sunt situate la aproape 100 de metri în aer, ceea ce face inspecția și managementul dificil pentru personalul de întreținere. Odată cu progresele tehnologice, supravegherea video, datorită caracteristicilor sale intuitive, precise, oportune și bogate în informații-, a fost adoptată pe scară largă. Introducerea supravegherii video în turbinele eoliene poate îmbunătăți siguranța funcționării turbinei, confortul operațiunii și întreținerii și nivelul de informatizare în monitorizarea turbinei.
Sistemul de supraveghere video monitorizează în primul rând starea de funcționare a echipamentelor și a personalului în locații precum nacela, interiorul și exteriorul bazei turnului și zona din jurul turbinei eoliene, asigurând atât siguranța echipamentului, cât și a personalului. Sistemul de monitorizare folosește o rețea de inel formată din cabluri de fibră optică de rezervă pentru a transmite date înapoi atât către stațiile de amplificare de pe insulă, cât și de pe uscat. Centrul de monitorizare poate efectua-previzualizări în timp real și redare video.
Camerele și comutatoarele de acces sunt instalate în interiorul turbinelor eoliene. Comutatoarele de acces conectează semnalele video colectate de camere la comutatorul de agregare situat la stația de amplificare a insulei printr-o rețea de inel de fibră optică. Comutatorul de agregare transmite apoi semnalele punct-la-prin cabluri optice submarine către comutatorul central situat în camera de control a parcului eolian. În cele din urmă, comutatorul central transmite semnalele către backend-ul de monitorizare video, serverul media de streaming și serverul de management. (Vezi Figura 4-4)
Figura 4-4 Diagrama topologiei arhitecturii generale a supravegherii video
Fiecare nacelă a turbinei eoliene este echipată cu două seturi de echipamente de monitorizare a imaginii și un comutator industrial pentru a monitoriza starea de funcționare a tuturor echipamentelor din nacelă. La baza fiecărui turn sunt instalate un set de echipamente de monitorizare a imaginii și un comutator industrial pentru a monitoriza starea de funcționare a echipamentului de la baza turnului. Camera pan-tilt-zoom (PTZ) poate fi controlată să se rotească, oferind o monitorizare completă a tuturor echipamentelor de la baza turnului. (Vezi Figura 4-5)
Figura 4-5 Comutator de acces într-un sistem de supraveghere video
5. Probleme curente cu rețelele de comunicații din parcurile eoliene offshore
Deoarece sistemele de comunicații reprezintă o proporție neglijabilă din infrastructura generală a parcului eolian offshore, ele nu reușesc adesea să primească suficientă atenție din partea proprietarilor. Instalarea parcurilor eoliene offshore este extrem de solicitantă, cu intervale de timp foarte scurte; în timpul fazei de punere în funcțiune, simpla stabilire a comunicării este adesea suficientă, fără nicio configurație a comutatoarelor. În plus, cunoștințele de comunicare sunt foarte specializate, iar tehnicienii parcurilor eoliene au în general o înțelegere limitată a rețelelor de comunicații, ceea ce face dificilă diagnosticarea și rezolvarea corectă a defecțiunilor în situații de urgență. În plus, datorită numeroaselor subsisteme dintr-un parc eolian offshore, sunt adesea folosite mai multe mărci de comutatoare, ceea ce face ca întreținerea de rutină să fie dificilă.
5.1
Risc potențial de furtună cibernetică
Multe switch-uri de bază din parcurile eoliene sunt configurate cu setări implicite, iar personalul de punere în funcțiune nu a configurat VLAN-uri (Virtual Local Area Networks) pe site-în funcție de situația actuală. Acest lucru permite transmisiilor să se propage în întregul parc eolian, ducând la furtuni transmise. Această problemă este deosebit de importantă în sistemele de monitorizare a turbinelor eoliene, unde toate comutatoarele industriale din dulapurile de control ale turnului sunt în aceeași subrețea, rezultând un domeniu de difuzare excesiv de mare care declanșează cu ușurință furtunile de difuzare.
5.2
Risc de un singur punct de defecțiune în comutatoarele de agregare
În unele parcuri eoliene care funcționează, există cazuri în care sistemul de monitorizare al stației de amplificare sau sistemul de monitorizare a turbinei eoliene este o singură rețea. Dacă comutatorul de agregare din amplificatorul offshore eșuează, subsistemul în care este amplasat comutatorul de agregare se va confrunta cu riscul ca întreaga rețea să fie paralizată.
5.3
Având prea multe subsisteme și mărci de comutare, întreținerea ulterioară este dificilă.
Capitolul 4 menționează că există multe subsisteme în sistemul de producție în câmp, iar fiecare subsistem este fabricat de o firmă diferită; mărcile comutatoarelor nu sunt adesea aceleași. În plus, un parc eolian offshore este de obicei construit în mai multe faze, iar producătorii de turbine eoliene pentru prima și a doua fază sunt adesea diferiți. Sistemele de monitorizare a turbinelor eoliene și produsele comutatoare industriale din cadrul acestor sisteme sunt, de asemenea, diferite. Cu atât de multe subsisteme și atât de multe mărci de comutatoare, operarea și întreținerea la fața locului-va fi extrem de dificilă după punere în funcțiune.
6. Perspective pentru viitoarea-generație a sistemelor de rețea de parcuri eoliene offshore
Condusă de politicile naționale care promovează dezvoltarea și utilizarea energiei regenerabile, industria eoliană offshore din China a înflorit în ultimii ani. De asemenea, cercetarea și dezvoltarea și producția de noi modele de turbine eoliene progresează în mod constant. Cu toate acestea, rețeaua de comunicații folosește în continuare scheme de rețea învechite, care nu mai pot îndeplini cerințele actuale de comunicare ale parcurilor eoliene și prezintă numeroase probleme. Prin urmare, construirea unei noi platforme de transmisie prin rețea, foarte fiabilă și stabilă-pe termen lung, este de o importanță capitală.
Omologii noștri străini au început să cerceteze soluțiile de comunicare în rețea de generație următoare de-parcuri eoliene în urmă cu doi sau trei ani, așa că timpul este, de asemenea, foarte scurt pentru noi.
6.1
Recomandări pentru schemele de rețea de parcuri eoliene offshore de -generație următoare
Pentru parcurile eoliene offshore de -generație următoare, se recomandă fuzionarea rețelelor de comunicații ale sistemului de monitorizare a turbinelor și ale sistemului de monitorizare video. Arhitectura de rețea ar trebui să adopte în continuare un model cu trei-straturi: stratul de acces, stratul de agregare și stratul de bază. Switch-urile bazate pe turn-din stratul de acces ar trebui să utilizeze switch-uri Gigabit Fast Ethernet în cascadă, conectate în rețea folosind porturi optice gigabit single-mode, formând în cele din urmă o rețea de inel cu comutatoarele din stratul de agregare la substația offshore. Această rețea de inel este o structură de rețea-duală. Comutatoarele de nacelă ar trebui să fie în continuare toate comutatoarele de-100 Mbps, conectate la comutatoarele bazate pe turn-prin fibră multimodă de 100 Mbps. Rețeaua stratului de acces ar trebui să fie împărțită în VLAN-uri bazate pe turbina eoliană pentru a izola fiecare turbină și a reduce domeniile de coliziune difuzate. Comutatoarele de nivel de agregare ar trebui să fie amplasate la substația offshore, utilizând două comutatoare industriale toate-gigabit Layer 2, de preferință care să accepte stivuirea. Comutatoarele stratului de bază ar trebui să fie amplasate în centrul de control onshore, folosind două comutatoare Layer 3 all-gigabit, de preferință care să sprijine stivuirea.
Figura 6-1 Perspectivă pentru topologia rețelei pentru fermele eoliene offshore de nouă generație
6.2
Avantajele următoarei-configurații ale rețelei de parcuri eoliene offshore
6.2.1
Evitarea riscurilor potențiale ale furtunilor cibernetice
Rețeaua de comunicații a sistemului de monitorizare a turbinelor eoliene a fost inițial o subrețea mare, dar acum a fost împărțită în mai multe subrețele. În plus, VLAN-urile au redus foarte mult domeniul de difuzare, ceea ce poate evita efectiv apariția furtunilor în rețea.
Pentru segmentarea VLAN, poate fi un VLAN (subrețea) pe circuit sau poate fi segmentat un VLAN (subrețea) separat pentru fiecare serviciu dintr-un circuit. De asemenea, comutatoarele pot segmenta un VLAN (subrețea) separat într-un circuit. Camera de control centrală poate fi segmentată într-o subrețea separată ca ventilator special.
6.2.2
Fuzionarea rețelelor de comunicații pentru a economisi costuri și pentru a îmbunătăți fiabilitatea
Combinarea rețelelor de comunicații ale sistemului de monitorizare a turbinei eoliene și a sistemului de supraveghere video reduce numărul de comutatoare, economisind costuri și reducând volumul de lucru de instalare, punere în funcțiune și întreținere ulterioară. Comutatoarele din baza turnului și nacelă sunt perfect capabile să gestioneze atât serviciile de monitorizare a turbinelor eoliene, cât și de supraveghere video. În plus, utilizarea unei rețele de inel gigabit pentru comutatoarele de bază ale turnului crește lățimea de bandă de comunicație. Această structură de rețea dual-ring evită, de asemenea, riscul potențial de defecțiuni cu un singur-punct la comutatoarele de agregare.
6.2.3
Designul standardizat al rețelei facilitează întreținerea ulterioară.
A propune ca comutatoarele de agregare și de bază să accepte tehnologia de stivuire simplifică extinderea porturilor switch-ului de câmp. Avantajul tehnologiei de stivuire este că gestionează un grup de comutatoare ca un singur obiect, oferind utilizatorilor o gestionare și o operare simplificată. Deoarece majoritatea parcurilor eoliene offshore sunt construite în etape, utilizarea comutatoarelor activate-stivuirea permite stivuirea simplă a comutatoarelor noi de agregare și de bază atunci când se adaugă sisteme de a doua sau a treia fază. Acest lucru evită situația actuală în care comutatoarele de bază pentru turbinele eoliene noi de a doua sau a treia fază și sistemele de monitorizare video sunt mărci și modele complet diferite față de cele din prima fază, făcându-le incompatibile cu turbinele eoliene și sistemele de monitorizare video din prima fază. Cu design de rețea standardizat, în cadrul aceluiași parc eolian, cu excepția sistemului de monitorizare a stației de amplificare (care necesită acces la Zona de siguranță I și Zona de siguranță II și are cerințe speciale), modelele de comutatoare industriale pentru alte subsisteme pot fi fixate la 3 până la 4 modele, ceea ce este foarte util pentru întreținerea ulterioară pe teren, pregătirea pieselor de schimb și depanarea.
7. Concluzie
În prezent, construcția inteligenței industriale este în plină desfășurare. Industria energiei eoliene, în special industria eoliană offshore, are un grad ridicat de automatizare și informatizare și o bază bună, dar există încă un decalaj între aceasta și un cu adevărat „parc eolian inteligent”. Construirea unei rețele de comunicații robuste, stabile, fiabile și scalabile de generația următoare-să constituie baza parcurilor eoliene inteligente și va ajuta cu siguranță industria energiei eoliene offshore să realizeze o nouă rundă de dezvoltare rapidă.
