ارتباطات اترنت صنعتی در مزارع بادی فراساحلی (قسمت دوم)

4. طرح های ارتباطی معمول برای مزارع بادی فراساحلی در چین

امروزه، "مغز" کل مزرعه بادی فراساحلی، پلت فرم نظارت و مدیریت یکپارچه است که در مرکز کنترل خشکی قرار دارد. این پلت فرم از سوئیچ هسته ایستگاه تقویت کننده خشکی به عنوان گره اصلی هسته استفاده می کند، توپولوژی ستاره اترنت را اتخاذ می کند و بر اساس پروتکل شبکه TCP/IP است. از طریق شبکه لایه پیوند انتقال به زیرسیستم های مختلف تولید در محل متصل می شود.

زیرسیستم‌های تولید در سایت شامل یک سیستم نظارت کامپیوتری ایستگاه تقویت‌کننده، یک سیستم نظارت کامپیوتری توربین بادی، یک سیستم نظارت بر امنیت ویدئویی، یک سیستم نظارت بر ایستگاه پست پیش‌ساخته، یک سیستم نظارت بر وضعیت تجهیزات آنلاین، یک سیستم نظارت یکپارچه کابلی زیردریایی، و یک سیستم DC است. از آنجایی که شبکه سازی چهار زیرسیستم اخیر بسیار ساده است، در اینجا به تفصیل مورد بحث قرار نخواهد گرفت.

4.1

راه حل ارتباط شبکه برای سیستم مانیتورینگ کامپیوتری ایستگاه تقویت کننده

به طور کلی، یک مزرعه بادی فراساحلی دارای یک ایستگاه تقویت کننده در خشکی و یک ایستگاه تقویت کننده فراساحلی است. هر ایستگاه تقویت کننده مجهز به سیستم مانیتورینگ کامپیوتری است. این سیستم یک ساختار توزیع شده سلسله مراتبی با پیکربندی شبکه دوگانه دارد. ایستگاه تقویت کننده خشکی مجهز به واحدهای کنترل از راه دور دوگانه (RTUs) است. سیستم مانیتورینگ ایستگاه تقویت کننده فراساحلی به عنوان یک سیستم فرعی در سیستم مانیتورینگ رایانه ایستگاه تقویت کننده خشکی ادغام شده است. ایستگاه تقویت کننده خشکی اطلاعات کنترل از راه دور را مستقیماً از طریق سیستم نظارت کامپیوتری به مرکز اعزام ارسال می کند. یک کابل کامپوزیت فیبر نوری زیردریایی و یک فرستنده و گیرنده نوری SDH (2.5G) بین سکوی ایستگاه تقویت کننده دریایی و ایستگاه تقویت کننده خشکی برای انتقال اطلاعات بین دو ایستگاه نصب شده است.

توربین های بادی در محل چندین شبکه حلقه تشکیل می دهند، معمولاً شش توربین بادی در هر حلقه. در هر شبکه رینگ یک سوئیچ وجود دارد که به سوئیچ تجمیع پست دریایی متصل است.

شکل 4-1 نمودار توپولوژی شبکه سیستم نظارت کامپیوتری برای ایستگاه تقویت کننده

4.2

راه حل ارتباط شبکه برای سیستم مانیتورینگ کامپیوتر توربین بادی

تجهیزات حفاظتی و نظارتی برای مجموعه ژنراتورهای توربین بادی همراه با مجموعه ژنراتورهای توربین بادی ارائه می شود. این یک روش نظارت متمرکز را اتخاذ می کند و یک سیستم نظارت کامپیوتری توربین بادی را برای نظارت و کنترل خودکار مجموعه ژنراتورهای توربین بادی راه اندازی می کند. این می تواند سیگنال دهی از راه دور، اندازه گیری از راه دور و کنترل از راه دور مجموعه ژنراتورهای توربین بادی دریایی را درک کند.

در سیستم مانیتورینگ کامپیوتر توربین بادی (نگاه کنید به شکل 4-2)، چندین پورت الکتریکی سوئیچ تجمع برای اتصال به سرورهای مانیتورینگ سیستم‌های مختلف در مزرعه بادی فراساحلی، از جمله سرور توربین بادی SCADA، سرور تلفن IP، سرور نظارت بر ارتعاش آنلاین CMS، سرور نظارت بر ارتعاش آنلاین CMS، WPPM قدرت WPPM و غیره استفاده می‌شود. سوئیچ های اترنت صنعتی در کابین کنترل پایه برج.

سوئیچ اترنت صنعتی در کابینه کنترل پایه برج (شکل 4-3 را ببینید) نه تنها یک شبکه حلقه فیبر نوری را با سوئیچ تجمیع تشکیل می دهد، بلکه به چندین پورت اترنت 100 مگابیت در ثانیه نیز برای اتصال به کنترل کننده فن در پایه برج، تلفن IP و سایر خدمات نیاز دارد. یک رابط فیبر نوری 100 مگابیت در ثانیه مستقیماً به پورت فیبر نوری 100 مگابیت بر ثانیه سوئیچ اترنت صنعتی در کابین کنترل موتورخانه متصل می شود.

سوئیچ اترنت صنعتی داخل کابینت کنترل موتورخانه دارای چندین پورت اترنت 100 مگابیت بر ثانیه برای اتصال به سیستم مانیتورینگ ارتعاش آنلاین CMS و خدمات تلفن IP در موتورخانه می باشد. سپس از طریق یک رابط فیبر نوری تک حالته 100 مگابیت بر ثانیه به یک پورت فیبر نوری تک حالته 100 مگابیت بر ثانیه در کابین کنترل پایه برج متصل می شود.

شکل 4-2 نمودار توپولوژی شبکه سیستم مانیتورینگ کامپیوتری توربین بادی

شکل 4-3 نمودار نصب کلید صنعتی در داخل کابینت کنترل پایه برج

4.3

راه حل ارتباط شبکه سیستم نظارت بر امنیت تصویری

توربین‌های بادی عمدتاً در محیط‌های طبیعی خشن کار می‌کنند و موقعیت جغرافیایی آنها کاملاً پراکنده است. علاوه بر این، ناسل های توربین نزدیک به 100 متر در هوا قرار گرفته اند که بازرسی و مدیریت را برای پرسنل تعمیر و نگهداری دشوار می کند. با پیشرفت‌های تکنولوژیکی، نظارت تصویری به دلیل ویژگی‌های بصری، دقیق، به‌موقع و اطلاعات{3}}ش، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. معرفی نظارت تصویری در توربین‌های بادی می‌تواند ایمنی عملکرد توربین، راحتی عملیات و تعمیر و نگهداری و سطح اطلاعات در مانیتورینگ توربین را بهبود بخشد.

سیستم نظارت تصویری در درجه اول وضعیت عملیاتی تجهیزات و پرسنل را در مکان هایی مانند ناسل، فضای داخلی و خارجی پایه برج و منطقه اطراف توربین بادی نظارت می کند و ایمنی تجهیزات و پرسنل را تضمین می کند. سیستم مانیتورینگ از یک شبکه حلقه تشکیل شده توسط کابل های فیبر نوری پشتیبان برای انتقال داده ها به ایستگاه های تقویت کننده جزیره و خشکی استفاده می کند. مرکز نظارت می‌تواند پیش‌نمایش‌های-در زمان واقعی و پخش ویدیو را انجام دهد.

دوربین ها و سوئیچ های دسترسی در داخل توربین های بادی نصب می شوند. سوئیچ های دسترسی سیگنال های ویدئویی جمع آوری شده توسط دوربین ها را از طریق یک شبکه حلقه فیبر نوری به سوئیچ تجمع واقع در ایستگاه تقویت کننده جزیره متصل می کنند. سپس سوئیچ تجمع سیگنال‌ها را از طریق کابل‌های نوری زیردریایی به سوئیچ مرکزی واقع در اتاق کنترل مزرعه بادی ارسال می‌کند. در نهایت، سوئیچ هسته سیگنال ها را به باطن مانیتورینگ ویدئو، سرور رسانه جریان و سرور مدیریت منتقل می کند. (شکل 4-4 را ببینید)

شکل 4-4 نمودار توپولوژی معماری کلی نظارت تصویری

هر ناسل توربین بادی مجهز به دو مجموعه تجهیزات مانیتورینگ تصویر و یک سوئیچ صنعتی برای نظارت بر وضعیت عملکرد تمامی تجهیزات داخل ناسل است. در پایه هر برج، یک مجموعه تجهیزات مانیتورینگ تصویر و یک سوئیچ صنعتی برای نظارت بر وضعیت عملکرد تجهیزات در پایه برج نصب شده است. دوربین پان{2}} شیب- زوم (PTZ) را می توان برای چرخش کنترل کرد و نظارت کاملی بر تمام تجهیزات در پایه برج فراهم می کند. (شکل 4-5 را ببینید)

شکل 4-5 سوئیچ دسترسی در یک سیستم نظارت تصویری

5. مشکلات فعلی شبکه های ارتباطی در مزارع بادی فراساحلی

از آنجایی که سیستم‌های ارتباطی بخش ناچیزی از زیرساخت‌های مزرعه بادی فراساحلی را تشکیل می‌دهند، اغلب توجه کافی را از سوی مالکان دریافت نمی‌کنند. نصب مزرعه بادی فراساحلی با بازه های زمانی بسیار کوتاه بسیار سخت است. در طول مرحله راه اندازی، برقراری ارتباط ساده اغلب بدون هیچ گونه پیکربندی سوئیچ ها کافی است. علاوه بر این، دانش ارتباطات بسیار تخصصی است و تکنسین‌های مزرعه بادی عموماً درک محدودی از شبکه‌های ارتباطی دارند که تشخیص صحیح و رفع نقص در مواقع اضطراری را دشوار می‌کند. علاوه بر این، به دلیل زیرسیستم‌های متعدد در یک مزرعه بادی فراساحلی، برندهای متعددی از سوئیچ‌ها اغلب استفاده می‌شوند که تعمیر و نگهداری معمول را به چالش می‌کشد.

5.1

خطر بالقوه طوفان سایبری

بسیاری از سوئیچ‌های اصلی در مزارع بادی با تنظیمات پیش‌فرض پیکربندی شده‌اند و پرسنل راه‌اندازی VLAN (شبکه‌های محلی مجازی) را بر اساس وضعیت واقعی-در سایت پیکربندی نکرده‌اند. این اجازه می دهد تا پخش در سراسر مزرعه بادی پخش شود و منجر به طوفان های پخش شود. این مشکل به‌ویژه در سیستم‌های مانیتورینگ توربین‌های بادی برجسته است، که در آن همه سوئیچ‌های صنعتی در کابینت‌های کنترل برج در یک زیر شبکه قرار دارند و در نتیجه یک دامنه پخش بیش از حد بزرگ ایجاد می‌شود که به راحتی طوفان‌های پخش را ایجاد می‌کند.

5.2

خطر یک نقطه خرابی در سوئیچ های تجمع

در برخی از مزارع بادی فعال، مواردی وجود دارد که سیستم مانیتورینگ ایستگاه تقویت کننده یا سیستم مانیتورینگ توربین بادی یک شبکه واحد است. اگر سوئیچ تجمع در تقویت کننده فراساحلی از کار بیفتد، سیستم فرعی که سوئیچ تجمع در آن قرار دارد با خطر فلج شدن کل شبکه مواجه خواهد شد.

5.3

وجود تعداد زیاد زیرسیستم ها و مارک های سوئیچ تعمیر و نگهداری بعدی را دشوار می کند.

فصل 4 اشاره می کند که در سیستم تولید میدانی زیرسیستم های زیادی وجود دارد و هر زیرسیستم توسط یک شرکت متفاوت ساخته می شود. مارک های سوئیچ اغلب یکسان نیستند. علاوه بر این، یک مزرعه بادی فراساحلی معمولاً در چند فاز ساخته می‌شود و سازندگان توربین‌های بادی برای فاز اول و دوم اغلب متفاوت هستند. سیستم های نظارت بر توربین بادی و محصولات سوئیچ صنعتی در این سیستم ها نیز متفاوت هستند. با وجود زیرسیستم‌های بسیار و مارک‌های سوئیچ بسیار،-عملکرد و نگهداری در سایت پس از راه‌اندازی بسیار دشوار خواهد بود.

6. Prospects for Next-Generation Offshore Wind Farm Networking Schemes

صنعت برق بادی فراساحلی چین با هدایت سیاست‌های ملی ترویج توسعه و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، در سال‌های اخیر شکوفا شده است. تحقیق و توسعه و تولید مدل های جدید توربین بادی نیز به طور پیوسته در حال پیشرفت است. با این حال، شبکه ارتباطی هنوز از طرح های شبکه منسوخ استفاده می کند، که دیگر نمی تواند نیازهای ارتباطی فعلی مزارع بادی را برآورده کند و مشکلات متعددی را ایجاد می کند. بنابراین، ساخت یک پلتفرم انتقال شبکه جدید، بسیار قابل اعتماد و طولانی مدت از اهمیت بالایی برخوردار است.

همتایان خارجی ما دو یا سه سال پیش تحقیق در مورد راه‌حل‌های ارتباطی شبکه‌سازی نیروگاه بادی نسل بعدی-را آغاز کردند، بنابراین زمان برای ما نیز بسیار تنگ است.

6.1

توصیه‌هایی برای-نسل بعدی طرح‌های شبکه‌سازی مزرعه بادی فراساحلی

برای-نسل بعدی مزارع بادی فراساحلی، ادغام شبکه های ارتباطی سیستم نظارت بر توربین و سیستم نظارت تصویری توصیه می شود. معماری شبکه همچنان باید از یک مدل سه-لایه استفاده کند: لایه دسترسی، لایه تجمع و لایه هسته. سوئیچ‌های مبتنی بر برج- در لایه دسترسی باید از سوئیچ‌های اترنت سریع آبشاری گیگابیتی استفاده کنند که با استفاده از پورت‌های نوری تک حالته{5} گیگابیتی شبکه شده و در نهایت یک شبکه حلقه با سوئیچ‌های لایه تجمع در پست دریایی تشکیل می‌دهند. این شبکه حلقه یک ساختار شبکه دوگانه-است. سوئیچ‌های ناسل همچنان باید همه{10}}سوئیچ‌های 100 مگابیت در ثانیه باشند که از طریق فیبر چند حالته 100 مگابیت بر ثانیه به برج{14} متصل هستند. شبکه لایه دسترسی باید به VLAN بر اساس توربین بادی تقسیم شود تا هر توربین ایزوله شود و حوزه های برخورد پخش کاهش یابد. سوئیچ‌های لایه تجمع باید در ایستگاه فرعی، با استفاده از دو سوئیچ صنعتی لایه ۲ گیگابیتی، ترجیحاً پشته‌بندی، قرار گیرند. سوئیچ های لایه هسته باید در مرکز کنترل خشکی قرار گیرند و از دو سوئیچ لایه 3 تمام گیگابیتی استفاده کنند که ترجیحاً از انباشته شدن پشتیبانی می کنند.

شکل 6-1 چشم انداز توپولوژی شبکه برای مزارع بادی فراساحلی نسل بعدی

6.2

مزایای نسل بعدی پیکربندی شبکه مزرعه بادی فراساحلی-

6.2.1

اجتناب از خطرات احتمالی طوفان های سایبری

شبکه ارتباطی سیستم مانیتورینگ توربین بادی در ابتدا یک زیرشبکه بزرگ بود، اما اکنون به چندین زیرشبکه تقسیم شده است. علاوه بر این، VLAN ها دامنه پخش را تا حد زیادی کاهش داده اند، که می تواند به طور موثر از وقوع طوفان های شبکه جلوگیری کند.

برای تقسیم بندی VLAN، می تواند یک VLAN (زیر شبکه) در هر مدار باشد، یا یک VLAN (زیر شبکه) جداگانه برای هر سرویس در یک مدار تقسیم شود. سوئیچ ها همچنین می توانند یک VLAN (زیر شبکه) جداگانه را در یک مدار تقسیم کنند. اتاق کنترل مرکزی را می توان به عنوان یک فن مخصوص به یک زیر شبکه جداگانه تقسیم کرد.

6.2.2

ادغام شبکه های ارتباطی برای صرفه جویی در هزینه ها و بهبود قابلیت اطمینان

ترکیب شبکه‌های ارتباطی سیستم مانیتورینگ توربین بادی و سیستم نظارت تصویری باعث کاهش تعداد سوئیچ‌ها، صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش نصب، راه‌اندازی و متعاقباً حجم کاری تعمیر و نگهداری می‌شود. سوئیچ‌های پایه برج و ناسل کاملاً قادر به نظارت بر توربین بادی و خدمات نظارت تصویری هستند. علاوه بر این، استفاده از یک شبکه حلقه گیگابیتی برای سوئیچ های پایه برج، پهنای باند ارتباط را افزایش می دهد. این ساختار شبکه حلقه‌ای دوگانه همچنین از خطر بالقوه خرابی‌های یک نقطه- در سوئیچ‌های تجمع جلوگیری می‌کند.

6.2.3

طراحی شبکه استاندارد شده تعمیر و نگهداری بعدی را تسهیل می کند.

پیشنهاد اینکه تجمیع و سوئیچ های هسته از فناوری انباشتگی پشتیبانی می کنند، گسترش پورت های سوئیچ میدان را ساده می کند. مزیت فناوری انباشتگی این است که گروهی از سوئیچ ها را به عنوان یک شی واحد مدیریت می کند و مدیریت و عملکرد ساده ای را برای کاربران فراهم می کند. از آنجایی که بیشتر نیروگاه‌های بادی فراساحلی به صورت فازی ساخته می‌شوند، استفاده از سوئیچ‌های فعال{2}}Stacking، امکان انباشته کردن ساده‌ای از سوئیچ‌های جدید و هسته را هنگام اضافه کردن سیستم‌های فاز دوم یا سوم فراهم می‌کند. این امر از وضعیت فعلی که در آن سوئیچ‌های هسته برای توربین‌های بادی فاز دوم یا سوم جدید و سیستم‌های مانیتورینگ تصویری مارک‌ها و مدل‌های کاملاً متفاوت از فاز اول هستند، جلوگیری می‌کند و آنها را با توربین‌های بادی فاز اول و سیستم‌های نظارت تصویری ناسازگار می‌کند. با طراحی شبکه استاندارد شده، در همان مزرعه بادی، به جز سیستم مانیتورینگ ایستگاه تقویت کننده (که نیاز به دسترسی به Safety Zone I و Safety Zone II دارد و دارای الزامات ویژه است)، مدل های سوئیچ صنعتی برای سایر زیر سیستم ها را می توان در مدل های 3 تا 4 ثابت کرد که برای تعمیر و نگهداری بعدی در میدان، آماده سازی قطعات یدکی و عیب یابی بسیار مفید است.

7. نتیجه گیری

در حال حاضر، ساخت هوش صنعتی در حال انجام است. صنعت برق بادی، به ویژه صنعت برق بادی فراساحلی، دارای درجه بالایی از اتوماسیون و اطلاعات و پایه خوبی است، اما هنوز بین آن و یک "مزرعه بادی هوشمند" واقعاً فاصله وجود دارد. ایجاد یک شبکه ارتباطی قوی، پایدار، قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر برای نسل بعدی- پایه و اساس مزارع بادی هوشمند است و مطمئناً به صنعت برق بادی دریایی کمک می‌کند تا به دور جدیدی از توسعه سریع دست یابد.