研華工業交換機在風力發電中的應用

研華電力與能源事業部

一、風電行業背景

　　隨著國家對風電行業的扶持力度加大，風電產業發展迅猛。2007年中國大陸新增風電機組3155臺，裝機容量330.4萬KW。與2006年當年新增裝機133.7萬KW相比，2007年當年新增裝機增長率為147.1%

　　2007年中國大陸累積風電機組6469臺，裝機容量590.6WKW，風電場158個。分布在21個省市。于2006年累計裝機259.9KW相比。2007年累計裝機增長率為127.2%，提前３年實現國家《可再生能源法中長期發展規劃》中提出的目標。

隨著中國風電市場的快速增長以及風電機組制造商新秀的進入，中國風電機組供應市場的競爭格局也正在悄然發生變化。風電場開發商投資建設風電場的熱情也空前高漲，中國風電裝機容量將在2008年底再次超過人們預想而創下新的紀錄！預計到2008年底，中國風電機組新增裝機容量將達到730.4萬千瓦，累計裝機容量將達到1335.6萬千瓦，新增裝機容量增長率預計將達到111.71%。

　　國家制定的2020年風電裝機3000萬千萬的目標，有望在2011年實現。到2020年，中國風電裝機保守估計將達到8000萬千瓦。

　　 隨著風力發電場的大量建設，風場信息化管理系統，風機遠程監控系統也大量應用。這些系統應用環境惡劣，需要管理型寬溫工業以太網交換機進行網絡支持。近期國內一大型風機整機制造企業選擇了研華EKI系列交換機作為其風場管理系統的主干網交換機。

　　二、風電領域對網絡交換機的需求

　　1、風電應用環境惡劣，晝夜溫差大，風沙嚴重，要求工作溫度：-45～75℃ 存儲溫度：-45～85℃ ，存儲濕度：0%～95%，無凝結。

　　2、電機控制系統電磁環境惡劣，需要工業交換機具有較強的抗電磁干擾能力、較長時間的平均無故障時間。

　　3、為了保障通信的可靠性，要求建立冗余的環網，具有較小的自愈時間。通信網絡出故障時，能夠平滑的切換到冗余備份線路。

　　4、為了保證遠程監控的數據的安全性，交換機需要有全面的網絡安全設置。

　　客戶經過了全面的考察后最終選擇了研華的EKI-6554SI 和EKI-4654R作為風場管理系統以及風機遠程監控系統網絡架構交換機主干設備。

　　三、網絡架構拓撲圖

　　風場管理系統網絡拓撲圖

　　EKI-4654R

　　EKI-7554SI

　　監控中心

　　 每個風機的塔基處安裝一臺研華的管理型冗余交換機EKI-7554SI，通過單模光纖連接構成一個冗余環網。同時監控中心內部每個環網的EKI-7554SI通過電口連接到研華24口網管型冗余千兆以太網交換機EKI-4654R。監控中心內部服務器，工程師站通過EKI-4654R構成局域網系統。

　　四、方案分析

　　根據風電行業即有其普遍性也有其特殊性，我們在組網方案中主要考慮以下幾個方面：

　　1． 系統設計充分考慮多個業務子系統的系統特點，技術上遵循先進性、實用性與成熟可靠性并重的原則，形成一整套功能齊全的組網解決方案。

　　2． 能夠滿足風電場苛刻的物理環境，溫度、防塵、電磁兼容性等要求

　　3． 因網絡規模龐大，組網方案采用清晰的多層結構，從最根本的網絡結構設計上簡化網絡的維護及管理，實現故障點的快速分離及明確，確保系統的穩定運行。

　　4． 組網方案自身必須具備一定的故障排除及快速自愈功能，能夠針對設備故障、鏈路故障進行自我診斷及快速排除，并實時報警。

　　5． 對網絡進行人工維護、擴容、或故障修復時應該做到影響最小化，做到維護及擴容對系統運行無影響；故障修復只對相關網絡設備的連接終端有一定的影響。

　　6． 網絡設備選擇采用具備高實時性和穩定性的工業級設備

　　7． 組網方案必須具備兼容性，能夠無縫連接不同廠商的網絡設備，具備高性價比。

　　考慮到工業現場對實時性要求，采用的是環網設計理念，避免單條鏈路故障對網絡的影響。

　　五、 研華方案的優勢

　　 研華工業級以太網交換機具有如下優越特性：

　　1、快速冗余

　　研華的工業以太網產品可以組成快速的冗余網絡，使用研華獨創的X-Ring協議，為您搭建可靠的工業網絡，具有超快小于10毫秒的自愈時間。

　　商用的產品也可以組成冗余網絡，但需要啟動STP協議，這樣冗余自余的時間就會達到10~~30秒，以上，所以不能用于工業環境中使用。

　　2、抗強擾—適用于嚴苛環境

　　研華以太網產品可以工作在嚴酷的電磁環境中，并且在數據口防雷、快速脈沖群，靜電等都有較高的防護等級，而商業使用的產品這一點是不具備的。

　　3、良好的溫度特性&安裝方式靈活性

　　良好的溫度特性，研華的EKI系列交換機是寬溫設計的。工作溫度：-45～75℃ 存儲溫度：-45～85℃ ，滿足惡劣氣象環境下的穩定需求。

　　安裝方式更加靈活，工業級產品可支持導軌式安裝、面板式安裝，堆疊式安裝和機柜安裝等多種方式。

　　4、電源優勢&安裝方式優勢

　　電源供電部分是任何產品的根源，所有產品出現故障，其電源故障所占的比率為35%以上。所以工業產品為了避免電源故障造成的麻煩，一般都會選擇雙電源供電的模式。而且采用直流供電。商用產品一般采用交流單電源供電。

　　5、安全優勢

　　 研華工業以太網交換機采取如下若干措施來保證工業網絡的萬無一失

　　1) VLAN（虛擬局域網）技術

　　 VLAN是安全交換機必不可少的功能。VLAN可能跨越一個或多個交換機，與它們的物理位置無關，設備之間好像在同一個網絡間通信一樣。VLAN可以在交換機上實現廣播域的隔離，它可以把網絡分成一個一個獨立的區域，可以控制這些區域是否可以通訊。

　　2) IP/MAC與端口綁定

　　 設置IP/MAC地址與端口的綁定功能，可有限的限制用戶的非授權網絡訪問。

　　3) 流量控制功能(traffic control)

　　交換機的流量控制可以預防因為廣播數據包、組播數據包及因目的地址錯誤的單播數據包數據流量過大造成交換機帶寬的異常負荷，并可提高系統的整體效能，保持網絡安全穩定的運行。

　　另外研華交換機還可針對每個端口提供雙向(in/out)分別限制功能。

　　4) ACL（訪問控制列表）技術

　　 研華交換機采用了訪問控制列表ACL來實現包過濾防火墻的安全功能，增強安全防范能力。訪問控制過濾措施可以基于源/目標IP、TCP/UDP端口等方式實現。ACL不但可以讓網絡管理者用來制定網絡策略，針對個別用戶或特定的數據流進行允許或者拒絕的控制，也可以用來加強網絡的安全屏蔽，從而更大程度的保證了網絡安全。

　　5) IEEE802.1x身份驗證機制

　　IEEE 802協議集的局域網接入控制協議，是基于端口的訪問控制協議。它能夠在利用IEEE 802局域網優勢的基礎上提供一種對連接到局域網的用戶進行認證和授權的手段，達到了接受合法用戶接入，拒絕非授權用戶的訪問，保護網絡安全的目的。

　　6) QoS機制

　　 研華工業以太網交換機采用了IEEE802.p QoS CoS/TOS/DSCP優先級策略，保障了數據關鍵數據的實時可靠傳輸。

　　7) SysLog（系統日志）

　　交換機的Syslog 日志功能可以將系統錯誤、系統配置、狀態變化、狀態定期報告等信息傳送給日志服務器，網管人員依據這些信息掌握設備的運行狀況，及早發現問題，及時進行配置設定和排障，保障網絡安全穩定地運行。

　　如欲獲取以上案例詳細信息，請撥打研華免費服務熱線：800-810-0345 或登錄研華自動化官方網站：www.advantech.com.cn/eAutomation

　　研華自動化電力與能源事業部

　　研華自動化電力與能源事業部門（Power & Energy Dept. ），專注于為電力與可再生能源的自動化系統提供優質可靠的信息化組件產品，即“3C+1E“產品，就是在自動化系統中承擔計算（Compute）、通訊（Communication）和控制（Control）的基于嵌入式技術（Embeded Technology）的產品，諸如工業人機界面、電力前置機、嵌入式遠動終端、IEC-61850-3工業以太網交換機、串行-以太網-光纖-Wifi轉換網關等系統組件產品。我們專注的應用為發電廠控制系統、變電站綜合自動化系統、IEC-61850數字化變電站系統、可再生能源（風能、太陽能）控制系統及其配用電自動化系統。