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风电场风电机组通讯网络常遇问题

来源:风电运维 作者:dzhen2006 2016/12/16 15:27

自2000年开始,风电机组大型化的发展趋势显著,风电场机组通讯的即时性、可靠性、稳定性变得更为重要。早期部分风电场使用的机组监控环网采用串口单环网通讯,如Mita机组采用IC500通讯,这种通讯方式可靠性不高,通讯速度慢,在环网中某一点出线故障即可影响整个环网通讯,造成环网通讯中断。因串口单环网存在不足之处,后期风电场通讯普遍采用了更加先进的工业以太网的双环网拓扑结构,然而由于种种原因风电场通讯故障依旧不断发生。本文首先介绍了风电场工业以太网双环网拓扑结构,进而对风电场机组通讯网络常遇问题及广播风暴的产生、交换机配置VLAN抑制广播风暴等进行了分析汇总,希望本文能对风电工作者有所裨益。

来源:风电运维(ID:eastwp2)

基于以太网风电场通讯网络的组成结构

1以太网

以太网是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术,它很大程度上取代了其他局域网标准,如令牌环、FDDI和ARCNET。工业以太网是指应用到工业控制系统的以太网。

1风电场通讯网络的组成

风电场通讯网络分为风电机组内部通讯网络和风电场环网通讯网络,机组内部通讯网络主要由光端机、控制单元、机舱面板、多模光纤、管理型交换机、非管理型交换机、塔基面板、RJ45网线组成。

风电机组内部通讯采用50/125μm6芯多模光纤,主要考虑到的是机组内部通讯距离短,多模光纤价格经济、实惠。拓扑图详见图1。

风电场环网通讯网络主要由单模光纤连接塔基管理型交换机组成,此处采用单模光纤是因为风电机组通讯距离较远,单模光纤色散小,适用于远程通讯。见图2。

完整的风电场通讯网络图见图3。

目前风电场通讯网络存在的问题

风电场通讯质量的好坏严重影响风电场SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition数据采集与监视控制系统)的正常工作,更为风电场业主监盘、数据上传、AGC与AVC调度远控命令执行带来巨大问题。风电场技术人员通常是在风电机组通讯突然批量丢失或信号闪断时才紧急查找故障原因,由于风电现场技术人员对风电场通讯网络了解甚少,处理此类通讯故障便力不从心,故处理故障时间较久。

目前风电场通讯网络存在的问题主要有以下几点:

1.风电场在调试初期,通讯调试人员未严格按照风电场通讯环网图纸配置交换机IP地址,为现场管理交换机带来巨大困难。

2.由于塔基交换机可以即插即用,即使同一环网内网络冗余通讯协议不一致,也可以正常使用,但这却存在很大的安全隐患,极易引起广播风暴的产生。

3.核心交换机在出厂时是默认配置,风电现场未根据风电场实际情况配置vlan(虚拟局域网),导致广播可以在整个风电场内传播,从而发生广播风暴。

4.核心交换机网线未贴标签,十分混乱,为以后管理带来巨大麻烦。

5.部分风电场技术员胡乱混用单模、多模光纤,或混用交换机单模、多模端口,造成更加复杂的通讯故障。

6.交换机一般安装于塔基变频器内,在夏季因天气较热,变频器工作也会散热,交换机环境温度高达50℃至60℃,交换机长时间在高温条件下工作会发生数据丢包现象,此时应特别注意交换机散热问题。其中,现场遇到最棘手的问题是通讯网络发生广播风暴。

2广播风暴的产生与避免

风电场通讯网络使用的是环形冗余双环网,由于其回路拓扑结构,本身就存在广播风暴的风险。风电场发生最大的通讯故障即是广播风暴。风电场交换机网络属于同一个广播域,广播会扩展到每一条线路、每一个节点,并且风电场网络中存在回路,广播封包会在回路中不停的循环,无限循环的结果,仅仅一个广播包就会消耗全部带宽,导致网络瘫痪。在图4中,一条广播就可以扩展到整个风电场网络。

正常情况下,风电场塔基管理型交换机均启用了RSTP(快速生成树协议),或者不同交换机厂家均启用了自己私有协议,如科洛理思JetNet交换机启用了RapidSuperRing协议,MOXA交换机启用了TurboRing协议,这些协议工作原理基本相似,均定义了一台RM管理者的交换机来侦测环的状态,如果环网是闭合的,RM管理者自判断并热阻塞一条路径,这条阻塞的路径作为备援通路,它也同时切断回路防止广播风暴产生。如果该环形通讯网络某处发生开路,备援通路将立即启用,防止通讯中断。在将网络开路故障修复后,管理交换机将会再选择备援通路,并再热阻塞备援通路,防止形成通讯环路。然而不良的设计、设置或操作,都可能导致广播风暴。交换机网络冗余配置需要通讯调试技术员在通讯环网调试时进行配置,然而有些通讯调试技术员根本就未对交换机进行任何配置,即使通讯调试技术员对交换机进行了正确配置,在后期风电场风电机组运行后,由于个别交换机的损坏,风电场留守技术人员直接更换新交换机,未对交换机进行任何配置,导致网络冗余协议不匹配,从而发生网络故障,如数据丢包、数据丢失等。因此,建议风电场一一校验交换机网络冗余协议,保证整个风电场内网络冗余协议一致。同时,建议同一风电场使用同一品牌、同一型号的交换机,同一品牌、同一型号的通讯光纤,并保证交换机接线端口一致。

冗余环网发生广播风暴的情况

1断线修复

更新线路将断线点修复时,由于在线路接上的那一瞬间会让环网形成回路,任意广播都将导致风暴,被瘫痪的RM无法发现回路,故无法阻塞备援路径。

2系统重启

系统中各个设备重启需要的时间各不相同,在RM完成启动并阻塞备援路径之前,有可能出现回路导致广播风暴,被瘫痪的RM无法发现回路,故无法阻塞备援路径。某风电场经常发生在升压站主箱变送电后,一条线路或多条线路风电场通讯信号闪断或SCADA根本就接收不到风电场通讯信号,后来重新配置交换机,使交换机自判断、自挑选认定RM交换机,此后通讯故障再未发生。

3RM故障

RM是环网的唯一管理者,万一RM功能失效、系统故障,或其他不可预计问题,都可能导致回路及广播风暴。通过在核心交换机处配置VLAN(VirtualLocalAreaNetwork),可以有效避免发生风电场级的广播风暴,降低风电场通讯故障率。

交换机VLAN配置

在风电场通讯柜核心交换机处配置VLAN,将不同风电机组环网进行隔离配置,这将避免风电场通讯网络故障的扩大。现以MOXAPT-7728型核心交换机为例,进行VLAN划分:

风电场概况:某风电场共计33台机组,总装机容量49.5MW。风电场分3个环形网络,每个环形网络11台机组。塔基交换机型号:EDS-408A-1M2S-ST-T。核心交换机型号:PT-7728,核心交换机VLAN配置按表1,PT-7728核心交换机WEB界面配置见图5、图6。VLAN成功配置后,核心交换机2-1端口、2-2端口、2-3端口各为一个广播域,各端口不能互相访问。2-4端口、2-5端口……4-4端口可以访问2-1端口、2-2端口、2-3端口内所有风电机组。其他厂家核心交换机VLAN配置与PT-7728界面虽有差异,但原理相通,可参照执行。

结语

风电场通讯网络是保证风电机组SCADA监控系统良好运行的基础,风电场技术人员应尽力杜绝风电场发生重大网络故障。从细节着手,将风电场网络故障消灭于萌芽之中。

 

 


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