宇泰工业交换机在 海上风力发电系统中应用案例

一、项目概况

海上风电具有发电量高、单机装机容量大、机组运行稳定、适合大规模开发等优点， 成为全球电场建设的新趋势。华能江苏如东近海风电项目总投资53亿元，总装机容量为300兆瓦，使用50台4兆瓦的海上风电机组和20台5兆瓦的海上风电机组。其中5兆瓦海上风电机组单机重量为230吨、机身高度为97米、风叶直径为151米，三项指标均为国内同行之最。项目还包括2座110千伏海上升压站和1座220千伏陆上升压站。工程于2016年4月25日动工，一期26台风机于当年12月发电，全部项目于今年9月21日开始并网试运行，是目前亚洲已建成装机容量最大的海上风电项目。该工程开启了两个国内首创：2座110千伏海上升压站为国内第一个“双胞胎”，同时设计、制造、安装、并网发电；连接风场南北区的110kV海缆是由国内厂家自主研发、目前国内最粗的超长三芯海底电缆。

据国网如东县供电公司相关负责人介绍，项目全部并网后，每年发电量将达到8.2亿千瓦时左右、收益5亿多元，财政收入1亿多元。项目每年节约标煤24万吨，减少二氧化碳排放约50万吨，同时还能有效减少水、灰渣、粉尘等污染物的排放，净化空气环境。

二、海上风电领域对网络交换机的需求

1、 海上风电应用环境恶劣，昼夜温差大，潮湿并有盐雾，要求工作温度：-45～75℃ 存储温度：-45～85℃ ，存储湿度：0%～95%，无凝结。

2、 电机控制系统电磁环境恶劣，需要工业交换机具有较强的抗电磁干扰能力、较长时间的平均无故障时间。

3、为了保障通信的可靠性，要求建立冗余的环网，具有较小的自愈时间。通信网络出故障时，能够平滑的切换到冗余备份线路。

4、 为了保证远程监控的数据的安全性，交换机需要有全面的网络安全设置。
三、网络架构解决方案

客户呱呱风武汉科技有限公司经过了全面的考察后最终选择了宇泰的UT-62424F、UT-62408F管理型交换机作为风场管理系统以及风机远程监控系统网络架构交换机主干设备， UT-2571GMM-SC作为海上发电风机机舱与塔基的连接设备。

每个风机的机舱配置一台UT-2571GMM-SC多模收发器，通过光纤与塔基处安装的宇泰UT-62408F管理型冗余交换机连接，每个塔基放置的交换机与中心机房的核心交换机通过1000M单模光纤一个冗余环网，核心机房由宇泰UT-62424F机架式工业以太网交换机组成， UT-62424F分别汇聚多个环网数据流量。与风机内的UT-62408F组成多个环网，每个环网通过物理相隔离提高网络的安全性，环网交换机启用UT-Ring快速环网冗余协议，保障了网络的无扰切换，网络自愈时间小于20ms，在环网中启用交换机的VLAN虚拟局域网络功能，将电力SCADA、在线震动检测系统，风机主控系统、机头变桨控制系统等业务隔离，防止业务的广播风暴产生影响其他业务，并将交换机各业务接入端口（交换机使用端口）采用广播风暴抑制功能，可以实现网络中“有效数据传输，无效数据隔离”的功能，提高网络数据传输的安全性。同时采用QoS（Quality of Service）服务质量功能，根据不同的业务级别对交换机的接入端口进行带宽分配。

风场管理系统网络拓扑图

四、方案分析

根据风电行业即有其普遍性也有其特殊性，我们在组网方案中主要考虑以下几个方面：

1．  系统设计充分考虑多个业务子系统的系统特点，技术上遵循先进性、实用性与成熟可靠性并重的原则，形成一整套功能齐全的组网解决方案。

2．  能够满足风电场苛刻的物理环境，温度、防尘、电磁兼容性等要求。

3．  因网络规模庞大，组网方案采用清晰的多层结构，从最根本的网络结构设计上简化网络的维护及管理，实现故障点的快速分离及明确，确保系统的稳定运行。

4．组网方案自身必须具备一定的故障排除及快速自愈功能，能够针对设备故障、链路故障进行自我诊断及快速排除，并实时报警。

5．对网络进行人工维护、扩容、或故障修复时应该做到影响最小化，做到维护及扩容对系统运行无影响；故障修复只对相关网络设备的连接终端有一定的影响。

6．网络设备选择采用具备高实时性和稳定性的工业级设备。

7．组网方案必须具备兼容性，能够无缝连接不同厂商的网络设备，具备高性价比。考虑到工业现场对实时性要求，采用的是环网设计理念，避免单条链路故障对网络的影响。
五、宇泰方案的优势

宇泰工业级以太网交换机具有如下优越特性：
 1、快速冗余

宇泰的工业以太网产品可以组成快速的冗余网络，使用宇泰独创的 UT-Ring 协议，为您搭建可靠的工业网络，具有超快小于20 毫秒的自愈时间。

商用的产品也可以组成冗余网络，但需要启动 STP 协议，这样冗余自余的时间就会达到10~~30 秒，以上，所以不能用于工业环境中使用。
 2、抗强扰—适用于严苛环境

宇泰以太网产品可以工作在严酷的电磁环境中，并且在数据口防雷、快速脉冲群，静电等都有较高的防护等级，而商业使用的产品这一点是不具备的。
 3、良好的温度特性&安装方式灵活性

良好的温度特性，宇泰的 UT 系列交换机是宽温设计的。工作温度：-40～85℃ 存储温度：-40～85℃ ，满足恶劣气象环境下的稳定需求。 安装方式更加灵活，工业级产品可支持导轨式安装、面板式安装，堆叠式安装和机柜安装等多种方式。
 4、电源优势&安装方式优势

电源供电部分是任何产品的根源，所有产品出现故障，其电源故障所占的比率为 35%以上。所以工业产品为了避免电源故障造成的麻烦，一般都会选择双电源供电的模式。而且采用直流供电。商用产品一般采用交流单电源供电。
5、 安全优势

宇泰工业以太网交换机采取如下若干措施来保证工业网络的万无一失

1)  VLAN（虚拟局域网）技术

VLAN 是安全交换机必不可少的功能。VLAN 可能跨越一个或多个交换机，与它们的物理位置无关，设备之间好像在同一个网络间通信一样。VLAN 可以在交换机上实现广播域的隔离，它可以把网络分成一个一个独立的区域，可以控制这些区域是否可以通讯。

2)  IP/MAC 与端口绑定

设置 IP/MAC 地址与端口的绑定功能，可有限的限制用户的非授权网络访问。

3)  流量控制功能(traffic control)

交换机的流量控制可以预防因为广播数据包、组播数据包及因目的地址错误的单播数据包数据流量过大造成交换机带宽的异常负荷，并可提高系统的整体效能，保持网络安全稳定的运行。 另外宇泰交换机还可针对每个端口提供双向(in/out)分别限制功能。

4)  ACL（访问控制列表）技术

宇泰交换机采用了访问控制列表 ACL 来实现包过滤防火墙的安全功能，增强安全防范能力。访问控制过滤措施可以基于源/目标 IP、TCP/UDP 端口等方式实现。ACL 不但可以让网络管理者用来制定网络策略，针对个别用户或特定的数据流进行允许或者拒绝的控制，也可以用来加强网络的安全屏蔽，从而更大程度的保证了网络安全。

5)  IEEE802.1x 身份验证机制

IEEE 802 协议集的局域网接入控制协议，是基于端口的访问控制协议。它能够在利用 IEEE 802 局域网优势的基础上提供一种对连接到局域网的用户进行认证和授权的手段，达到了接受合法用户接入，拒绝非授权用户的访问，保护网络安全的目的。

6)  QoS 机制

宇泰工业以太网交换机采用了 IEEE802.p QoS CoS/TOS/DSCP 优先级策略，保障了数据关键数据的实时可靠传输。

7)  SysLog（系统日志）

交换机的 Syslog 日志功能可以将系统错误、系统配置、状态变化、状态定期报告等信息传送给日志服务器，网管人员依据这些信息掌握设备的运行状况，及早发现问题，及时进行配置设定和排障，保障网络安全稳定地运行。