大型风电场及风电机组的控制系统

通过专用的通讯装置和接口电路与中央控制室的上位计算机通讯，同时上位机应能向下位机传达控制指令，由下位机的控制系统执行相应的动作，从而实现远程监控功能。根据风电场运行的实际情况，上、下位机通讯有如下特点:

①　一台上位机能监控多台风电机组的运行，属于一对多通讯方式;

②　下位机应能独立运行，并能对上位机通讯;

③　上、下位机之间的安装距离较远，超过500m;

④　下位机之间的安装距离也较远，超过100m;

⑤　上、下位机之间的通讯软件必须协调一致，并应开发出工业控制专用功能。

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。

（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