立华通讯管理机LEC-3110在风电场集中监控系统的应用

文章介绍了风力发电的发展情况，以及风电场的通讯管理和监控系统。讲述了通讯管理机在风电监控系统中的监控方式及功能。重点介绍了立华嵌入式通讯平台LEC-3110的规格特点以及该设备在风电监控系统的应用及其成功案例。

1. 背景概述
        在全球能源供应紧张、环境问题突出的情况下，风能已在全球引起重视，大力发展清洁能源，使用风力发电已经成为解决世界能源短缺的重要途径之一。
        由于风力发电受到环境本身的制约，风力发电机一般在恶劣的无人值守的环境下常年运行，因此在风力发电场中，如何实时有效的监控与采集各个风力发电机数据信息变得至关重要。风场的监控系统需要通过网络采集风机、气象监测、升压站、箱式变电站等系统的数据信息，并作本地存储和数据远传，对通讯设备的网络性能要求较高。
2. 系统描述
        2.1系统构架图
        风场综合管理系统由三个部分组成，包括总公司核心数据中心、区域分公司分数据中心以及风电场数据采集站。其中，风电场数据采集站，主要负责采集风机、测风塔、升压站、箱式变电站、气象监测和电量监测等接口数据。区域分公司（风电公司）分数据中心，主要负责收集并存储本区域公司所辖各风电场上传的实时运行数据，同时将数据汇集至总部核心数据中心。总部核心数据中心，负责汇总收集下属各级风电场区域公司全部实时数据，并统一分析和比较，提供丰富的生产信息服务。
        如下图1，为风场综合管理系统架构图。

图1 风场综合管理系统架构图

        2.2系统功能
        立华嵌入式通讯管理机主要用于风电场数据采集站。
        风电场数据采集系统采集升压站、风机监控系统、气象监测系统、风功率预测和箱式变电站系统的数据，本地保存，并将监控数据上传后台服务器。如下图2所示。

图2 风电场监控和数据采集系统架构图

        风电场数据采集系统实现不同类型风机信息统一采集处理和控制，为实现风电场远程监控系统提供数据基础。在风电场综合监控系统内布置WEB服务器，用户可在办公室或者任意地点通过网页浏览的方式获取风电场内风机的实时信息和历史记录；风电功率预测系统根据风电场多年运行资料，拟合风机实际运行功率曲线，包括超短期风力预测和日前风电出力预测；气象测量系统实时采集风电场的气象信息，以多种通信方式将采集、测量的气象信息上送到风电场综合监控系统；箱式变电站监控系统主要是对箱式变电站内部设备的模拟信号和开关信号进行采集和控制，并上传到当地的监控后台和升压站的自动化系统中，也就是将箱式变电站的现地控制单元（有的是带保护功能的现地保护控制单元）通过光纤环网组成多个子网络，再将各个子网络和当地主控层设备组成主干网，并与风电场综合监控系统通信；升压站自动化系统与变电站自动化系统基本一致，采集变电站内的各类电气信号，再通过以太网的形式传送至综合监控系统。
        以上数据信息的采集通过立华公司的LEC-3110A设备实现。LEC-3110A使用INTEL ATOM D525 CPU，ICH8M芯片组，搭配6路Intel 82574L千兆网卡芯片，2路光隔离串口通信接口。
        监控系统所应包括的监控对象，分为测量类、控制类、状态监视系统和后台存储。

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如表1所示。

表1 系统监控对象

3. LEC-3110产品介绍
LEC-3110是立华科技推出的一款高性能、低功耗、无风扇的电力行业专用通讯管理设备，产品通过了中国电科院电力四级认证，包括：工频磁场、脉冲磁场、阻尼振荡磁场、高频干扰、快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌、高低温影响测试等56项非常严苛的测试。此产品采用模块化设计，便于根据不同的现场需求定制不同的产品规格。LEC-3110采用INTEL Atom D525双核1.8GHz CPU，南桥采用ICH8M，支持最大到4GB DDR3内存，6路INTEL 83574L扩展网口，使网络性能得到极大的提高，板载2路光隔离串口，适应电力现场对于EMC电磁抗干扰的要求。通过板上预留的PCI和PCI104接口，可以灵活扩展出6网10串，6网18串，以及对于百兆光口、CAN接口和B码对时功能的支持。冗余电源设计更加适合电力行业，端子输入支持110VDC/AC 和220VDC/AC，直流9~~36V输入。
LEC-3110支持Windows XP Embedded、Windows CE以及Linux操作系统。CTR按钮由客户自定义和控制，Run和PIO LED指示灯由客户自定义其物理意义，以适应客户不同的现场环境要求和客户需求。

图3 LEC-3110标准品前后面板示意图

4. 客制化需求
        在客户客制化方面，充分发挥公司OEM/ODM灵活多变的特点，满足客户以下个性化需求：
        更改串口数量：客户使用此产品主要是网路数据通讯，对串口数量要求较低，4个串口即可满足需求。因此，充分利用LEC-3110的模块化设计模式，将扩展的8串口取消，同时把主板上预留的2路串口引出来，用做管理和调试端口，这样形成了一款6网4串的客制化产品。
        更改USB出线方式：把标准品LEC-3110的4个后出线USB接口，更改为2个后出线，2个前出线方式。
        插座供电接口方式：在电源接口方面，我们为客户订制了客户要求的标准的220VAC电源插座，方便客户在现场的电源供电，并保证供电安全。同时，产品支持直流24V输入，宽电源支持9~36V输入。
        客制化贴膜和外包装箱：设备前面板以及设备的外包装箱，均按照客户的要求给客户定制了带客户logo的贴膜和包装箱，满足了客户的客制化需求。
        通过以上四个方面的修改，客户的需求得到了快速满足，同时产品品质得到有效的保证，保证设备运行的稳定性和可靠性。

图3 客制化前后面板图

5. 结论
风电场的综合监控系统是通过对现场的各个监控数据的采集、存储、分析与上传来监测并控制风机的运转，立华通讯管理机LEC-3110在系统中扮演关键的角色。设备不仅采集信号还有存储的功能，防止突然的掉电或者其他意外而将丢失数据，同时可以将采集的信号分析并做远传，使得无人值守的变电站的安全和可靠性大大提高。
客户使用此设备已经在辽宁、内蒙、山东和湖南等多地风电场使用，目前设备运行非常稳定。

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