制造执行系统层使用一台工业控制计算机（Ｐｌａｎｔ ＰＣ）实现对现场数据的分析、加工、处理和显示。采用一 台Ｐｌａｎｔ ＰＣ作为上位机，安装组态软件，实现对风力发 电机采集数据的处理工作。基于组态王（Ｋｉｎｇｖｉｅｗ ６．５） 建立大型风电场单机监控系统，实现如下功能呤ｏ：
①风力发电机组参数的监控，如发电机各相电 压、电流、功率因数和发电量等；
变浆状态等。 １．２现场系统控制级的设计
随着智能采集与控制模块的大量出现，现场总线控 制系统（ＦＣＳ）已经逐渐取代分布式控制系统（ＤＣＳ），成 为工业控制的主流控制系统。由于智能模块集成了 ＤＣＳ中控制站的作用，大大简化了控制系统的结构。节 省了成本和空间。风力发电机拥有众多被测参数，需要 大量监测执行模块，虽然这些监测执行模块由不同厂家 生产，但是只要共同支持某种现场总线协议，这些模块 就能同时跨接在现场总线上协同工作、互不干扰。
万方数据
风电场远程监控系统及无线网络技术应用研究王成，等
内，不能满足风力发电机组的数据采集与监控要求，而 ＩｔＳ．４８５标准最大传输距离为ｌ ２００ ｍ。所以，现场总线 常常采用ＩｔＳ一４８５作为现场传输总线。如图１所示， ＲＳ－４８５现场总线只需要使用一对双绞线就可以实现 现场数据的采集和传输，具有安装灵活方便、易于系统 扩容和维修等特点。
ｗｉｎｄ ｆａｒｍ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｗｉｒｉｎｇ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｆａｒｍ－ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒ－ ｋｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａ陀ａＩｌａｌｙ舱ｄ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ｆｕｌｆｉｌｌ ｂａｓｉｃ ｆｕｎｃ· ｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｐｒｎｇｒａｎｕｎｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｉｎｄ ｆａｒｍ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ＷＬＡＮ Ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＶＰＮ）Ｆｉｅｌｄｂｕｓ
单机监控上位机需要向监控室主监控机上传的数 据一般不是很大，一般而言，一个拥有３０台风力发电 机组的风电场，网络流量为８００ ｋｂｐｓ，而现在ＩＥＥＥ ８０２．１ｌ通信协议支持的带宽为５４ Ｍｂｐｓ，所以可以满 足无线监控系统的网络负荷要求。 ２．１．６无线局域网的稳定性
２．１．４无线网络的中继 如果风电场分布于山的两侧，或者风电场空间内
有物体遮挡（如树木等），无线电波不能够进行传播， 这时为了能够组建无线局域网络，就需要使用无线网 桥进行网络中继。由于Ｐｌａｎｔ ＰＣ之间不需要相互通 信，只需要同ＡＰ通信，所以，根据不同的地理条件可 以组成点对多点的无线桥接模式。这样就扩大了无线 网络的范围，增强了无线网络选址的灵活性。 ２．１．５无线局域网的网络负荷
１．４ Ｐｌａｎｔ ＰＣ与ＦＣＳ的接口 如图３所示，Ｐｌａｎｔ ＰＣ需要提供一个ＲＳ一２３２的９
针串行通信接口。通过一个ＲＳ．４８５／ＲＳ一２３２转换器 即可以实现Ｍｏｄｂｕｓ和Ｐｌａｎｔ ＰＣ的连接。该转换器能 够自动实现ＲＳ一４８５到ＲＳ一２３２通信协议的转换。如果 Ｍｏｄｂｕｓ使用ＲＳ－２３２作为通信介质，仍然需要一个标 准的转换接口实现和Ｐｌａｎｔ ＰＣ的互连。
采用Ｈｕｂ型拓扑结构，可以满足网络需求，即无 线局域网中的通信信号全部通过中央节点进行收发， 风电场集控室使用有线以太网组网，在有线网络上连 接有风电场主监控机（Ｐａｒｋ ＰＣ）、数据服务器、登陆服 务器、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器等；无线桥接器（ＡＰ）连接在无线 网络与有线网络之间，负责各Ｐｌａｎｔ ＰＣ与主监控机 （Ｐａｒｋ ＰＣ）通信信息的收发。图４所示为风电场有线 网络和无线网络分布图。
０ 引言
１风力发电机单机监控系统的设计
随着能源在国民建设中发挥越来越重要的作用， 其消耗量也越来越大。风能是一种可再生绿色能源， 由于自然风有其随机性，使得风力发电有别于煤电、 水电，更加复杂。这就需要有一套完整的数据采集 与监控系统对风力发电机参数进行全程跟踪。由于 风力发电机结构复杂，需要监控的参数多，所以风力 发电机内部使用现场总线，对各个需要监控参数进 行实时测量和采集，并上传至就地工控机进行数据 处理。
风电场一般包括数十台风力发电机组，对风电场 内的风力发电机组进行联网集中管理与优化控制显得 尤为重要。普通以太网使用光纤通信，而对于大型风 电场，随着风力发电机组数量的增加，势必增加布线费 用，且当风电场需要改建或扩充时，过多的通信线路会 占用很多空间、造成铺设困难等问题。因此，采用无线 局域网络来代替有线以太网络来实现各风力发电机的 联网是一种可行的好方法。
风电场远程监控系统及无线网络技术应用研究王成。等
风电场远程监控系统及无线网络技术应用研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｗｉｎｄ Ｆａｒｍ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
互 威 互志新 旅华绳
Ｆｉｇ．５
图５ Ｐｌａｎｔ ＰＣ与Ｐａｒｋ ＰＣ连接图 Ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｐｌａｎｔ ＰＣ ａｎｄ Ｐａｒｋ ＰＣ
无线同络
图４风电场现场网络分布图 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ访ｎｄ ｆａｒｍ ｎｅｔｗｏｒｋ
２．１．３无线局域网配件的位置 无线电波的调制方式采用扩展频谱调制，扩展频
（上海交通大学电气工程系，上海２１）０用有线方式，成本较高。采用无线局域网的风电场监控系统，能降低布线难度和维护成本。
分析ｆ风电场监控参数、无线组网方案及网络拓扑结构，编制ｒ相应的适合应用于风电场无线监控系统的监控软件，能够完成对风电
场监控的基本功能。
关键词：风电场监控系统无线局域网 虚拟专用网现场总线
＜自动化仪表》第汐卷第ｌｌ期２００８年１１月
万方数据
如图２所示为单机监控软件报警部分示意图，能 够自动产生报警并记录，提供人工就地和远程复位功 能，对于特别紧急的报警可以根据设置自动动作。
图２监控系统软件报警部分示意图
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ａｌａｒｍ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ
谱调制又可以分为跳频扩展（ＦＨＳＳ）方式和直接序列 扩频技术（ＤＳＳＳ），由于调制技术自身的自然特征，频 率跳跃能够达到２ Ｍｂｐｓ，更快的数据速率将导致大量 的错误Ｈ’。所以，目前市场上的产品一般都使用直接 序列扩频技术（ＤＳＳＳ）进行调制。８０２．１１的ＤＳｓＳ中 一共存在着相互覆盖的１４个频道，在这１４个频道中。 仅有３个频道是完全不覆盖的。Ｐｌａｎｔ ＰＣ固定于风力 发电机塔筒内，不存在移动的问题，也就免去了移动主 机跨小区漫游所带来的ＡＰ转换的开销。一个无线桥
本设计中现场控制级采用Ｍｏｄｂｕｓ现场总线，该总 线广泛应用于工业控制领域，且其协议中没有规定物 理传输介质，一般来讲，可以采用ＲＳ．２３２和ＲＳ－４８５传 输协议。由于ＲＳ．２３２协议传输距离一般在１５ ｍ以
１６ ．ＰＲＯＣＥＳＳＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ矾ＳＴＲＵＭ】弧ＴＡＴＩＯＮ Ｖ０１．２９ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００８
中圈分类号：７Ｉ眄９３；ＴＨ８６
文献标志码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｒｍａｌｌｙ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｆａｒｍｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉ【ｇｈ ｃｏｓｔｓ．Ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ ｂａｓｅｄ
２风电场多机监控系统的设计
２．１无线局域网的设计 目前，风电场中风力发电机组监控系统联网使用
的都是基于有线介质的以太网，存在网络布线费用昂 贵、损坏后不易维修等不足。 ２．１．１无线局域网的构成
需要一个或者数个无线桥接器（ＡＰ）、若干无线网 卡以及天线（包括功率放大器）组建无线局域网，实现
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多机监控，具有结构简单、方便的特点睁】。 ２．１．２无线局域网的拓扑结构
一般有两种无线局域网拓扑结构：无中心对等网 络（Ａｄ ｈｏｅ）型，即点对点型；有中心的结构化网络 （Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型，即Ｈｕｂ型。Ｈｕｂ型相当于有线网络 的星型拓扑。一般无线局域网还要与有线网络连接， 这时无线桥接器还兼作无线网络和有线网络的网关。 无线桥接器（ＡＰ）是各个移动主机之间通信的桥梁，无 线局域网内任何两台移动主机的通信全都要通过无线 桥接器转发。无线局域网内的任何一台移动主机同有 线网络的主机通信也要通过无线桥接器（ＡＰ）。由于 风电场中的单机监控系统之间不需要相互通信，即移 动主机之间不需要无线桥接器（ＡＰ）转发信息，而只需 要和有线网络中的服务器通信，所以就大大简化了拓 扑结构。
接器（ＡＰ）和若干移动主机（这里指Ｐｌａｎｔ ＰＣ）组成一 个基本服务集合（ＢＳＳ），多个基本服务集合（ＢＳＳ）组 成了一个扩展服务集合（ＥＳＳ）ＨＪ。所以可以在数台风 力发电机所确定的空间范围内选定合适的地点安装无 线桥接器（ＡＰ）和附属全向天线而不产生无线桥接器 （ＡＰ）覆盖范围相互重叠的现象。选择合适的无线桥 接器的安装地点就可以免去ＡＰ作用范围覆盖而造成 的干扰问题，即任何一台Ｐｌａｎｔ ＰＣ只处在一个ＡＰ的作 用范围内。无线网卡位于各Ｐｌａｎｔ ＰＣ内，配合外加天 线，实现与Ｐａｒｋ ＰＣ的通信。图５所示为风电场Ｐｌａｎｔ ＰＣ与Ｐａｒｋ ＰＣ连接图。
上海市博士后基金（墒号：鸺Ｒ２１４１３４）； 曩育部留学回国科研基金项目（壕号：２００７１１０８）； 上海市白玉兰科技人才基金费助项目（缡号：２００７８０７３）。 修改编收到日期：２００８一０７—２３。 第一作者王成．男，１９８３年生，现为上海交通大学电气工程系在读硕 士研究生；主要从事大型风电场监控技术方向的研究。