海上风电机组互联网通信系统及海上风电场的制作方法

1.本发明涉及海上风力发电场通信技术领域，具体而言，涉及一种海上风电机组互联网通信系统及海上风电场。


背景技术：

2.现阶段风电场通信网络通过单物理环网的方式将就地控制计算、中控室监控单元及其他设备进行链接，物理上都是环形网络拓扑，而逻辑上是链形或树形拓扑；环上节点数与设备性能、业务流量、传输距离相关，各项性能要求、技术参数中的短板直接导致数据通信的质量。
3.环网结构网络中的设备互联成闭合的环路，当网络上的任一节点故障，网络断开一处，联网的设备依然可以通过其他途工作，通过rstp(rapid spanning tree protocol，快速生成树协议)或stp(spanning tree protocol，生成树协议)等协议进行自愈联通。在环形架构中，仅有单个故障点被覆盖，通过靠近故障的节点将数据流环回到另一个环上，通过长路径，允许数据流维持与目的节点之间的连接。如出现任何一个双重故障点，部分或整个环网将因通信断开造成数据丢失、通信故障。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明实施例提供一种海上风电机组互联网通信系统，包括：第一环形网络、第二环形网络及冗余5g通信链路；所述第一环形网络连接多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元；所述第二环形网络连接所述多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元；所述第一环形网络、所述第二环形网络均分别包括线缆及汇聚层设备；所述第一环形网络中的所述线缆将所述多个风力发电机组及所述汇聚层设备以环形结构连接，以及将所述汇聚层设备与所述中央监控单元连接；所述第二环形网络中的所述线缆将所述多个风力发电机组及所述汇聚层设备以环形结构连接，以及将所述汇聚层设备与所述中央监控单元连接；所述冗余5g通信链路连接所述多个风力发电机组的就地控制单元及所述中央监控单元。
5.可选地，所述冗余5g通信链路连接所述第一环形网络的汇聚层设备、所述第二环形网络的汇聚层设备与所述中央监控单元。
6.可选地，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备连接。
7.可选地，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备之间通过线缆连接，或者通过所述冗余5g通信链路连接。
8.可选地，所述冗余5g通信链路包括多个5g基站，所述多个5g基站组成环形网络，各所述5g基站均连接至少一个风力发电机组的就地控制单元；至少一个所述5g基站连接所述第一环形网络的汇聚层设备，至少一个所述5g基站连接所述第二环形网络的汇聚层设备，至少一个所述5g基站连接所述中央监控单元。
9.可选地，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备互为热备份。
10.可选地，所述第一环形网络的汇聚层设备连接第一备份汇聚层设备；和/或，所述第二环形网络的汇聚层设备连接第二备份汇聚层设备。
11.可选地，所述第一环形网络连接第一中央监控单元；所述第二环形网络连接第二中央监控单元。
12.可选地，所述线缆为光缆。
13.本发明实施例提供一种海上风电场，包括风力发电机组、升压站及上述海上风电机组互联网通信系统。
14.本发明实施例对海上风电场组建实时5g备份的环形双物理网络，各设备之间通过两个环形网络连接，且设置有冗余5g通信链路，可以解决现有网络双重故障节点导致的通信问题，增强整个数据网络的可靠性、安全性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例的一种海上风电场通信网络系统的结构示意图；
17.图2为本发明实施例的另一种海上风电场通信网络系统的结构示意图；
18.图3为本发明实施例的另一种海上风电场通信网络系统的结构示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.本发明实施例提供的方案主要用于海上风电场中风电机组、升压站等设备之间的通信，基于实时5g备份的环形双物理网络，适用于所有风电场中风力发电机组及升压站中央控制单元的通信实现。任何一种双重故障节点的情况下，都不能出现的糟糕情况，即只能影响一台风力发电机组。
21.本发明实施例中针对风电场就地控制计算单元、中央监控单元中单物理光纤环网结构，将通信交换设备、通信线路、汇聚层交换设备、监控设备进行5g连接。通过将就地控制计算单元、中央监控单元中设备进行环网链路连接，并对其进行5g备份连接，组建相互独立、相互高可用的双备份冗余网络。
22.以海上风电场为例，涉及到就地控制计算单元、中央监控单元和通信组网部分等三项，其中就地控制计算单元安装于单个风力发电机组设备塔底塔底柜或机舱柜中，中央监控单元安装于风电场升压站主控制室内，通信组网部分可以采用单模铠装光缆，通信组网部分将就地控制计算单元与中央监控单元进行网络组网连接。
23.常规海上风电场的网络拓扑一般为环形单物理网络，通过光纤将各个通信单元进
行分别联通，但这种情况未实现双重故障的情况下的问题，不能满足工业通信实时性、快速自愈性的要求。本发明实施例中通过将整个系统中的所有设备连接到环形双物理网络，第一环形网络与第二环形网络以环形结构配置，并且第一环形网络及第二环形网络互相独立进行操作，并在汇聚层交换设备额外进行5g配置，实现第一环形网络与第二环形网络之外进行5g拓扑，当第一环形网络与第二环形网络发生故障时，5g加密链路介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间。
24.本发明实施例提供了一种海上风电机组互联网通信系统，包括：第一环形网络、第二环形网络及冗余5g通信链路。
25.其中，该第一环形网络连接多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元；该第二环形网络也连接上述多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元。
26.具体地，上述第一环形网络、第二环形网络均分别包括线缆及汇聚层设备。第一环形网络中的线缆将上述多个风力发电机组及汇聚层设备以环形结构连接，以及将该汇聚层设备与中央监控单元连接。第二环形网络中的线缆将上述多个风力发电机组及汇聚层设备以环形结构连接，以及将该汇聚层设备与中央监控单元连接。示例性地，该线缆为光缆。
27.进一步，上述冗余5g通信链路连接多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元。
28.上述中央监控单元可以有多个，分别与上述第一环形网络、第二环形网络连接，例如：第一环形网络连接第一中央监控单元，第二环形网络连接第二中央监控单元。
29.本发明实施例中对海上风电场组建实时5g备份的环形双物理网络，各设备之间通过两个环形网络连接，且设置有冗余5g通信链路，可以解决现有网络双重故障节点导致的通信问题，增强整个数据网络的可靠性、安全性。
30.在冗余5g通信链路连接多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元的基础上，该冗余5g通信链路还可以进一步连接第一环形网络的汇聚层设备、第二环形网络的汇聚层设备与中央监控单元，在汇聚层设备与中央监控单元之间的线缆存在故障的情况下，两者之间还可以通过5g通信，从而对其进行额外的5g备份来减少网络故障。
31.进一步，上述第一环形网络的汇聚层设备与上述第二环形网络的汇聚层设备连接，从而连通上述第一环形网络与第二环形网络，在其中之一存在故障点的情况下，可以选择通过另一环形网络实现通信。
32.具体地，第一环形网络的汇聚层设备与第二环形网络的汇聚层设备之间通过线缆连接，或者通过冗余5g通信链路连接。
33.具体地，第一环形网络的汇聚层设备与第二环形网络的汇聚层设备互为热备份，两者之一出现故障或者其他设备无法与两者之一进行通信，则可以切换至另一汇聚层设备，使数据通信能够到达上述第一中央监控单元及第二中央监控单元。进一步，还可以设置额外的备份汇聚层设备，示例性地，第一环形网络的汇聚层设备连接第一备份汇聚层设备；和/或，第二环形网络的汇聚层设备连接第二备份汇聚层设备。
34.具体地，上述冗余5g通信链路包括多个5g基站，多个5g基站组成环形网络，各5g基站均连接至少一个风力发电机组的就地控制单元；以及至少一个5g基站连接第一环形网络的汇聚层设备，至少一个5g基站连接第二环形网络的汇聚层设备，至少一个5g基站连接中央监控单元。
35.本发明实施例中的环形双物理网络，在其最简单的形式中，第一环形网络中包括就地控制计算单元、第一中央监控单元、第一通信链路组网部分，其中第一通信链路包括全套的交换设备、通信连接线缆、汇聚层交换设备等。第一中央监控单元可以通过通信链路组网部分连接到海上风电场环网中的风力发电机组。
36.海上风电场通信系统中的第二环形网络包括地控制计算单元、第二中央监控单元、第二通信链路组网部分，其中第二通信链路包括全套的交换设备、通信连接线缆、汇聚层交换设备等。第二中央监控单元可以通过通信链路组网部分连接到现场环网中的风力发电机组。
37.图1示出了本发明实施例的一种海上风电场通信网络系统的结构示意图，以单台风电机组为例，示出了第一环形网络101和第二环形网络201及冗余5g通信链路301。第一环形网络、第二环形网络及5g通信链路与风力发电机组的就地控制单元002相连接，接收数据通信，并将数据分别转发到汇聚层100、200。
38.图2示出了本发明实施例的另一种海上风电场通信网络系统的结构示意图，以多台风电机组为例，包括第一环形网络101和第二环形网络201及冗余5g通信链路301。第一环形网络、第二环形网络及5g通信链路与各个风力发电机组的就地控制单元002、004、006、008相连接，接收数据通信，并将数据转发到汇聚层设备100、200。
39.通过将系统内的所有设备进行环形连接，并对连接设备额外进行5g备份来减少网络故障的问题，所有连接设备通过两套环形结构网络101、201进行互相通信，在汇聚层中将汇聚层交换设备进行热备份处理，将风力发电机组的信息进行双物理传输到中央监控单元。
40.通过将每个设备连接到两个中央监控单元，可以覆盖双重故障出现的问题，使得环形网络适应于相互独立进行通信。如果在第一环形网络中发生通信闪断、断开等问题，可以通过第二环形网络进行数据通信，如果在第一环形网络及第二环形网络都发生通信闪断、断开等问题，可以通过额外的5g通信链路进行数据通信。通俗地讲，环形双物理网络如果同时出现通信闪断、断开等问题，启用另外5g通信链路，使网络通信的可靠性大大提高。
41.第一环形网络包含两种环形状态：转发状态、阻塞状态。转发状态是转发所有以太网报文；阻塞状态不转发以太网报文，只是转发链路检测报文、拓扑改变报文、链路故障报文、链路恢复报文。当第一环形网络处于阻塞状态，并且报文信息显示为故障时，第二环形网络将数据转发到汇聚层交换设备，而汇聚层交换设备在第一环形网络与第二环形网络为热备份状态，故数据通信能够到达第一中央监控单元及第二中央监控单元。
42.图3示出了本发明实施例的另一种海上风电场通信网络系统的结构示意图，为多台网络汇聚拓扑图，示出了包括第一环形网络101和第二环形网络201及冗余5g通信链路301。第一环形网络、第二环形网络及5g通信链路与风力发电机组的就地控制单元002、004、006、008相连接，接收数据通信，并将数据转发到汇聚层设备100、200。汇聚层设备100与200通过5g备份150实现数据互联，并将数据转发到中央监控单元110、210。
43.本发明实施例在现有海上风电场单环网通信的基础上进行升级和优化，组建实时5g备份的环形双物理网络，适用于所有风电场中风力发电机组及升压站中央控制单元的通信实现。同时，整套5g网络通信方法解决现有网络双重故障节点导致的通信问题，增强整个数据网络的可靠性、安全性。本发明同时适用于所有风力发电机组及升压站中央控制单元，
对现场原有通信网络不造成影响，可以就现有网络进行实地增添，保证风电场的通信正常高效。
44.本发明实施例还提供一种海上风电场，包括风力发电机组、升压站及上述海上风电机组互联网通信系统。
45.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。
46.当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。
47.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，包括：第一环形网络、第二环形网络及冗余5g通信链路；所述第一环形网络连接多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元；所述第二环形网络连接所述多个风力发电机组的就地控制单元及中央监控单元；所述第一环形网络、所述第二环形网络均分别包括线缆及汇聚层设备；所述第一环形网络中的所述线缆将所述多个风力发电机组及所述汇聚层设备以环形结构连接，以及将所述汇聚层设备与所述中央监控单元连接；所述第二环形网络中的所述线缆将所述多个风力发电机组及所述汇聚层设备以环形结构连接，以及将所述汇聚层设备与所述中央监控单元连接；所述冗余5g通信链路连接所述多个风力发电机组的就地控制单元及所述中央监控单元。2.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述冗余5g通信链路连接所述第一环形网络的汇聚层设备、所述第二环形网络的汇聚层设备与所述中央监控单元。3.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备连接。4.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备之间通过线缆连接，或者通过所述冗余5g通信链路连接。5.根据权利要求2所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述冗余5g通信链路包括多个5g基站，所述多个5g基站组成环形网络，各所述5g基站均连接至少一个风力发电机组的就地控制单元；至少一个所述5g基站连接所述第一环形网络的汇聚层设备，至少一个所述5g基站连接所述第二环形网络的汇聚层设备，至少一个所述5g基站连接所述中央监控单元。6.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述第一环形网络的汇聚层设备与所述第二环形网络的汇聚层设备互为热备份。7.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述第一环形网络的汇聚层设备连接第一备份汇聚层设备；和/或，所述第二环形网络的汇聚层设备连接第二备份汇聚层设备。8.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述第一环形网络连接第一中央监控单元；所述第二环形网络连接第二中央监控单元。9.根据权利要求1所述的海上风电机组互联网通信系统，其特征在于，所述线缆为光缆。10.一种海上风电场，其特征在于，包括风力发电机组、升压站及权利要求1-9任一项所述的海上风电机组互联网通信系统。

技术总结
本发明提供了一种海上风电机组互联网通信系统及海上风电场，对海上风电场组建实时5G备份的环形双物理网络，各设备之间通过两个环形网络连接，且设置有冗余5G通信链路，可以解决现有网络双重故障节点导致的通信问题，增强整个数据网络的可靠性、安全性。安全性。安全性。


技术研发人员：王亮
受保护的技术使用者：国电联合动力技术有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/28