5.1 通訊方式
目前風(fēng)電場所采用的風(fēng)電機組都是以大型并網(wǎng)型機組為主，各機組有自己的控制系統(tǒng)，用來采集自然參數(shù)，機組自身數(shù)據(jù)及狀態(tài)，通過計算、分析、判斷而控制機組的啟動、停機、調(diào)向、剎車和開啟油泵等一系列控制和保護動作，能使單臺風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)全部自動控制，無需人為干預(yù)。當(dāng)這些性能優(yōu)良的風(fēng)電機組安裝在某一風(fēng)電場時，集中監(jiān)控管理各風(fēng)電機組的運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)、保護裝置動作情況、故障類型等，十分重要。為了實現(xiàn)上述功能，下位機（機組控制機）控制系統(tǒng)應(yīng)能將機組的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障情況等通過專用的通訊裝置和接口電路與中央控制室的上位計算機通訊，同時上位機應(yīng)能向下位機傳達控制指令，由下位機的控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。根據(jù)風(fēng)電場運行的實際情況，上、下位機通訊有如下特點:
①一臺上位機能監(jiān)控多臺風(fēng)電機組的運行，屬于一對多通訊方式;
②下位機應(yīng)能獨立運行，并能對上位機通訊;
③上、下位機之間的安裝距離較遠(yuǎn)，超過500m;
④下位機之間的安裝距離也較遠(yuǎn)，超過100m;
⑤上、下位機之間的通訊軟件必須協(xié)調(diào)一致，并應(yīng)開發(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，目前國內(nèi)風(fēng)電場所引進的監(jiān)控系統(tǒng)主要采用如下兩種通訊方式:
?、佼惒酱型ㄓ?，用RS-422或RS-485通訊接口。它的傳輸距離可達數(shù)千公里，傳輸速度也可達數(shù)百萬位。由于所用傳輸線較少，所以成本較低，很適合風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)采用。同時因為此種通訊方式的通訊協(xié)議比較簡單，也很常用，所以成為較遠(yuǎn)距離通訊的首選方式。
?、谡{(diào)制解調(diào)器（MODEM）方式。這是將數(shù)字信號調(diào)制成一種模擬信號，通過介質(zhì)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方，在遠(yuǎn)方再用解調(diào)器將信號恢復(fù)，取出信息進行處理，是一種實現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號傳輸?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，可靠性高，雖相對說來成本較高，但在風(fēng)電機組通訊中也有較多的應(yīng)用。
5.2 上、下位機通訊接口的設(shè)計
（1） 上位機通訊接口的設(shè)計
在工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用中，通常采用工控PC機作為上位計算機，通過RS-232串行口與下位機通訊，構(gòu)成集散式監(jiān)控系統(tǒng)。但是，采用RS-232串行口進行數(shù)據(jù)通訊，其缺點是帶負(fù)載能力差，僅用于近距離（15m以內(nèi)）通訊，無法滿足分散的、遠(yuǎn)距離的風(fēng)電場監(jiān)控的通訊要求。無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RS-232串行口的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)?shù)母倪M與擴展。
RS-232的電氣接口是單端的，雙極性電源供電系統(tǒng)，這種電路無法區(qū)分由驅(qū)動電路產(chǎn)生的有用信號和外部引入的干擾信號，使傳輸速率和傳輸距離都受到限制；RS-422則采用平衡驅(qū)動和差分接收的方法，從根本上消除信號地線。當(dāng)干擾信號作為共模信號出現(xiàn)時，接收器只接收差分輸入電壓，因而這種電路保證了較長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） 下位機通訊接口的設(shè)計
監(jiān)控系統(tǒng)的下位機是指各風(fēng)電機組的中心控制器。對于每臺風(fēng)力發(fā)電機組來說，即使沒有上位機的參與，也能安全正確地工作。所以相對于整個監(jiān)控系統(tǒng)來說，下位機控制系統(tǒng)是一個子系統(tǒng)，具有在各種異常工況下單獨處理風(fēng)電機組故障，保證風(fēng)電機組安全穩(wěn)定運行的能力。從整個風(fēng)電場的運行管理來說，每臺風(fēng)電機組的下位控制器都應(yīng)具有與上位機進行數(shù)據(jù)交換的功能，使上位機能隨時了解下位機的運行狀態(tài)并對其進行常規(guī)的管理性控制，為風(fēng)電場的管理提供方便。因此，下位機控制器必須使各自的風(fēng)力發(fā)電機組可靠地工作，同時具有與上位機通訊聯(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，在工業(yè)控制領(lǐng)域受到廣泛的歡迎。尤其是近年來，為了適應(yīng)現(xiàn)場控制要求及集散控制的要求，國外的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機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，并有專門的編程軟件，使軟件開發(fā)更加方便。因而，采用可編程控制器（PLC）作為風(fēng)力發(fā)電機組的下位控制器，完全可以滿足風(fēng)力發(fā)電機組控制和風(fēng)電場監(jiān)控的要求。
5.3 抗干擾措施
風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)的主要干擾源是:
?、俟I(yè)干擾:高壓交流電場、靜電場、電弧、可控硅等;
②自然界干擾:雷電沖擊、各種靜電放電、磁爆等;
?、鄹哳l干擾:微波通訊、無線電信號、雷達等。
這些干擾通過直接輻射或由某些電氣回路傳導(dǎo)進入的方式進入控制系統(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箱、控制柜的結(jié)構(gòu)上:對于上位機來說，要求機箱能有效地防止來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箱內(nèi)。還應(yīng)防止由電源進入的干擾，所以應(yīng)加入電源濾波環(huán)節(jié)，同時要求機箱有良好的接地和機房內(nèi)有良好的接地裝置。
?、谕ㄓ嵕€路上:信號傳輸線路要求有較好的信號傳輸功能，衰減較小，而且不受外界電磁場的干擾，所以應(yīng)該使用屏蔽電纜。
?、弁ㄓ嵎绞郊半娐飞?不同的通訊方式對干擾的抵御能力不同。一般說來，風(fēng)電場中上、下位機之間的距離不會超過幾千米，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、差分接收的方法，從根本上消除信號地線。這種驅(qū)動器相當(dāng)于兩個單端驅(qū)動電路，輸入相同信號，輸出一個正向信號和一個反向信號，對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對點、一點對多點、多點對多點的總線型或星型網(wǎng)絡(luò)，它的發(fā)送和接收是分開的，所以組成雙工網(wǎng)絡(luò)非常方便，很適合于風(fēng)電場監(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)電場監(jiān)控系統(tǒng)的例子。此種通訊方式的特點是采用平衡差分方式，是半雙工的，具有RS-422A的優(yōu)點。用一對雙絞線即可實現(xiàn)通訊，可節(jié)省電纜投資。但對于近距離通訊來說，RS-422A電路的串行通訊方式顯得更加經(jīng)濟一些。
5.4 監(jiān)控軟件的編制
監(jiān)控應(yīng)用軟件是根據(jù)具體對象來實施工業(yè)監(jiān)控而開發(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)過程和及時調(diào)整的應(yīng)用程序。對于風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)，首先要顯示風(fēng)電場整體及機組安裝的具體位置，而后要了解各臺機組之間的連接關(guān)系及每臺風(fēng)電機組的運行情況。因此，風(fēng)電場的監(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，應(yīng)充分考慮到風(fēng)電場運行管理的要求，應(yīng)當(dāng)使用漢語菜單，使操作簡單，盡可能為風(fēng)電場的管理提供方便。
?、谀軌蝻@示各臺機組的運行數(shù)據(jù)，如每臺機組的瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時數(shù)、風(fēng)輪及電機的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等，將下位機的這些數(shù)據(jù)調(diào)入上位機，在顯示器上顯示出來，必要時還應(yīng)當(dāng)用曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。
?、埏@示各風(fēng)電機組的運行狀態(tài)，如開機、停車、調(diào)向、手/自動控制以及大/小發(fā)電機工作等情況。通過各風(fēng)電機組的狀態(tài)了解整個風(fēng)電場的運行情況，這對整個風(fēng)電場的管理是十分重要的。
?、苣軌蚣皶r顯示各機組運行過程中發(fā)生的故障。在顯示故障時，應(yīng)能顯示出故障的類型及發(fā)生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證風(fēng)電機組的安全和持續(xù)運行。
?、菽軌?qū)︼L(fēng)電機組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)，只需對標(biāo)明某種功能的相應(yīng)鍵進行操作，就能對下位機進行改變設(shè)置、狀態(tài)和對其實
施控制。如開機、停機和左右調(diào)向等。但這類操作必須有一定的權(quán)限，以保證整個風(fēng)電場的運行安全。
⑥系統(tǒng)管理。監(jiān)控軟件應(yīng)當(dāng)具有運行數(shù)據(jù)的定時打印和人工即時打印以及故障自動記錄的功能，以便隨時查看風(fēng)電場運行狀況的歷史記錄情況。
監(jiān)控軟件的開發(fā)應(yīng)盡可能在現(xiàn)有工業(yè)控制軟件的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，這樣可以縮短開發(fā)周期。（下轉(zhuǎn)23頁）同時，在軟件的編制過程申，應(yīng)當(dāng)采用模塊化程序設(shè)計思想，有利于軟件的編制和總體調(diào)試。
6結(jié)束語
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發(fā)領(lǐng)域中占有突出的地位，具有重要的開發(fā)利用價值。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
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