为了适应远距离通讯的需要，目前国内风电场所引进的监控系统主要采用如下两种通讯方式:

   

　　①异步串行通讯，用RS-422或RS-485通讯接口。它的传输距离可达数千公里，传输速度也可达数百万位。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调制解调器(MODEM)方式。这是将数字信号调制成一种模拟信号，通过介质传输到远方，在远方再用解调器将信号恢复，取出信息进行处理，是一种实现远距离信号传输的方式。此种传输方式的传输距离不受限制，可以将某地的信息与世界各地交换，且抗干扰能力较强，可靠性高，虽相对说来成本较高，但在风电机组通讯中也有较多的应用。

   

　　5.2 上、下位机通讯接口的设计

  

　　(1) 上位机通讯接口的设计

  

　　在工业现场控制应用中，通常采用工控PC机作为上位计算机，通过RS-232串行口与下位机通讯，构成集散式监控系统。但是，采用RS-232 串行口进行数据通讯，其缺点是带负载能力差，仅用于近距离(15m以内)通讯，无法满足分散的、远距离的风电场监控的通讯要求。无论是采用异步串行通讯方式还是调制解调方式，均要在PC机RS-232串行口的基础上进行适当的改进与扩展。

    

　　RS-232的电气接口是单端的，双极性电源供电系统，这种电路无法区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号，使传输速率和传输距离都受到限制;RS-422则采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除信号地线。当干扰信号作为共模信号出现时，接收器只接收差分输入电压，因而这种电路保证了较长的传输距离和较高的传输速率。两者之间可用异步通讯用RS-232/422转换接口板转换。

   

　　(2) 下位机通讯接口的设计

   

　　监控系统的下位机是指各风电机组的中心控制器。对于每台风力发电机组来说，即使没有上位机的参与，也能安全正确地工作。所以相对于整个监控系统来说，下位机控制系统是一个子系统，具有在各种异常工况下单独处理风电机组故障，保证风电机组安全稳定运行的能力。从整个风电场的运行管理来说，每台风电机组的下位控制器都应具有与上位机进行数据交换的功能，使上位机能随时了解下位机的运行状态并对其进行常规的管理性控制，为风电场的管理提供方便。因此，下位机控制器必须使各自的风力发电机组可靠地工作，同时具有与上位机通讯联系的专用通讯接口。

   

　　可编程控制器(PLC)具有功能齐全，可靠性高和编程方便的特点，在工业控制领域受到广泛的欢迎。尤其是近年来，为了适应现场控制要求及集散控制的要求，国外的PLC厂家纷纷推出与各自PLC相配套的通讯模块，这些模块提供了RS232/422适配器或RS-232接口与PC机之间实现数据通讯，并有专门的编程软件，使软件开发更加方便。因而，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机组的下位控制器，完全可以满足风力发电机组控制和风电场监控的要求。

   

　　5.3 抗干扰措施

   

　　风电场监控系统的主要干扰源是:

   

　　①工业干扰:高压交流电场、静电场、电弧、可控硅等;

   

　　②自然界干扰:雷电冲击、各种静电放电、磁爆等;

  

　　③高频干扰:微波通讯、无线电信号、雷达等。

   

　　这些干扰通过直接辐射或由某些电气回路传导进入的方式进入控制系统，干扰控制系统工作的稳定性。从干扰的种类来看，可分为交变脉冲干扰和单脉冲干扰两种，它们均以电或磁的形式干扰系统，从而抗干扰措施应从以下几方面着手:

  

　　①在机箱、控制柜的结构上:对于上位机来说，要求机箱能有效地防止来自空间辐射的电磁干扰，而且尽可能将所有的电路、电子器件均安装于机箱内。还应防止由电源进入的干扰，所以应加入电源滤波环节，同时要求机箱有良好的接地和机房内有良好的接地装置。

  

　　②通讯线路上:信号传输线路要求有较好的信号传输功能，衰减较小，而且不受外界电磁场的干扰，所以应该使用屏蔽电缆。

  

　　③通讯方式及电路上:不同的通讯方式对干扰的抵御能力不同。一般说来，风电场中上、下位机之间的距离不会超过几千米，这种情况下经常采用串行异步通讯方式，其接口形式采用RS-422A接口电路，采用平衡驱动、差分接收的方法，从根本上消除信号地线。这种驱动器相当于两个单端驱动电路，输入相同信号，输出一个正向信号和一个反向信号，对共模干扰有较好的抑制作用。RS-422A串行通讯接口电路适合于点对点、一点对多点、多点对多点的总线型或星型网络，它的发送和接收是分开的，所以组成双工网络非常方便，很适合于风电场监控系统。

  

　　调制解调方式一般适用于远距离传输，用于多站互联，现在也有用于风电场监控系统的例子。此种通讯方式的特点是采用平衡差分方式，是半双工的，具有 RS-422A的优点。用一对双绞线即可实现通讯，可节省电缆投资。但对于近距离通讯来说，RS-422A电路的串行通讯方式显得更加经济一些。

   

　　5.4 监控软件的编制

    

　　监控应用软件是根据具体对象来实施工业监控而开发出的软件，用在监控系统中执行监视、控制生产过程和及时调整的应用程序。对于风电场监控系统，首先要显示风电场整体及机组安装的具体位置，而后要了解各台机组之间的连接关系及每台风电机组的运行情况。因此，风电场的监控软件应具有如下功能:

  

　　①友好的控制界面。在编制监控软件时，应充分考虑到风电场运行管理的要求，应当使用汉语菜单，使操作简单，尽可能为风电场的管理提供方便。

    

　　②能够显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器上显示出来，必要时还应当用曲线或图表的形式直观地显示出来。

   

　　③显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况。通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况，这对整个风电场的管理是十分重要的。

    

　　④能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。在显示故障时，应能显示出故障的类型及发生时间，以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

   

　　⑤能够对风电机组实现集中控制。值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置、状态和对其实施控制。如开机、停机和左右调向等。但这类操作必须有一定的权限，以保证整个风电场的运行安全。

  

　　⑥系统管理。监控软件应当具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，以便随时查看风电场运行状况的历史记录情况。

   

　　监控软件的开发应尽可能在现有工业控制软件的基础上进行二次开发，这样可以缩短开发周期。(下转23页)同时，在软件的编制过程申，应当采用模块化程序设计思想，有利于软件的编制和总体调试。

   

　　6结束语

   

　　风力发电技术已日趋成熟，在可再生的绿色能源的开发领域中占有突出的地位，具有重要的开发利用价值。尤其是在偏远的山区、牧区和海岛等地区，风力发电可为当地居民的生活和生产提供洁净的能源，缓解能源供应紧张的局面。

  

　　参考文献

  

　　[1] 赵斌等，大型风电场的监控系统，《新能源》，1998年第9期

  

　　[2] 夏晖，变浆距风力发电机中的RCC控制，《风力发电》，1999年第2期

  

　　[3] 杲爱卿等，双馈电机在风力发电中的应用，《新能源》，1997年第10期

  

　　[4] 吴根忠，国产200kW风力发电机组控制系统简介《风力发电》，1999年第3期

 

　　[5] 邰圣平等，300kW风力发电机组微机监控系统，《风力发电》，1999年第2期