4. 中国の洋上風力発電所の一般的な通信方式
現在、洋上風力発電所全体の「頭脳」は、陸上制御センターにある統合監視および管理プラットフォームです。このプラットフォームは、陸上ブースター ステーションのコア スイッチをコア メイン ノードとして使用し、イーサネット スター トポロジを採用し、TCP/IP ネットワーク プロトコルに基づいています。伝送リンク層ネットワークを介して、現場のさまざまな生産サブシステムに接続されています。
オンサイト生産サブシステムには、ブースター ステーション コンピュータ監視システム、風力タービン コンピュータ監視システム、ビデオ セキュリティ監視システム、プレハブ変電所監視システム、オンライン機器ステータス監視システム、海底ケーブル統合監視システム、DC システムが含まれます。{0}}後の 4 つのサブシステムのネットワーキングは非常に単純なので、ここでは詳しく説明しません。
4.1
ブースターステーションのコンピュータ監視システム向けネットワーク通信ソリューション
一般に、洋上風力発電所には陸上ブースター ステーションと洋上ブースター ステーションが 1 つずつあります。各ブースター ステーションにはコンピューター監視システムが装備されています。このシステムは、二重ネットワーク構成による階層分散構造を採用しています。-陸上ブースター ステーションにはデュアル リモート コントロール ユニット (RTU) が装備されています。洋上ブースター ステーションの監視システムは、陸上ブースター ステーションのコンピューター監視システムにサブシステムとして統合されています。陸上ブースター ステーションは、コンピューター監視システムを通じて遠隔制御情報をディスパッチ センターに直接送信します。洋上ブースターステーションのプラットフォームと陸上ブースターステーションの間には、海底光複合ケーブルとSDH（2.5G）光送受信機を設置し、両ステーション間の情報伝送を行っています。
現場の風力タービンは複数のリング ネットワークを形成し、通常はリングごとに 6 台の風力タービンが設置されます。各リング ネットワークには、洋上変電所の集約スイッチに接続されるスイッチがあります。
図 4-1 ブースター ステーションのコンピュータ監視システムのネットワーク トポロジ図
4.2
風車コンピュータ監視システム向けネットワーク通信ソリューション
風力発電装置セットの保護および監視装置は、風力発電装置セットに備えられています。集中監視方式を採用し、風力発電機セットの自動監視と制御のために風力タービンコンピュータ監視システムを設置します。洋上風力発電セットの遠隔信号伝達、遠隔測定、遠隔制御を実現できます。
風力タービン コンピュータ監視システム (図 4-2 を参照) では、集約スイッチの複数の電気ポートを使用して、風力タービン SCADA サーバー、IP 電話サーバー、CMS オンライン振動監視サーバー、WPPM 電力プラットフォーム サーバーなど、洋上風力発電所のさまざまなシステムの監視サーバーに接続します。集約スイッチの光ポートは、タワー ベースの制御キャビネット内の産業用イーサネット スイッチと光ファイバー リング ネットワークを形成するために使用されます。
タワー ベースのコントロール キャビネット内の産業用イーサネット スイッチ（図 4-3 を参照）は、アグリゲーション スイッチと光ファイバ リング ネットワークを形成するだけでなく、タワー ベースのファン コントローラ、IP テレフォニー、およびその他のサービスに接続するために複数の 100Mbps イーサネット ポートも必要とします。別の 100Mbps 光ファイバー インターフェイスは、エンジン ルームの制御キャビネット内の産業用イーサネット スイッチの 100Mbps 光ファイバー ポートに直接接続されています。
エンジン ルームの制御キャビネット内の産業用イーサネット スイッチには、CMS オンライン振動監視システムとエンジン ルームの IP テレフォニー サービスに接続するための複数の 100Mbps イーサネット ポートがあります。その後、100 Mbps シングルモード光ファイバ インターフェースを介して、タワー ベース制御キャビネット内のカスケード接続された 100 Mbps シングルモード光ファイバ ポートに接続されます。-
図 4-2 風力タービンコンピュータ監視システムのネットワークトポロジ図
図 4-3 タワーベース制御盤内の産業用スイッチの設置図
4.3
映像セキュリティ監視システム ネットワーク通信ソリューション
風力タービンはほとんどの場合、地理的にかなり分散した厳しい自然環境で稼働します。さらに、タービンナセルは上空約100メートルに位置しており、保守員による点検や管理が困難となっている。技術の進歩に伴い、直感的、正確、タイムリーで情報が豊富なビデオ監視が広く採用されています。-風力タービンにビデオ監視を導入すると、タービン運転の安全性、運用とメンテナンスの利便性、タービン監視の情報化レベルが向上します。
ビデオ監視システムは主にナセル、タワー基部の内外、風力タービン周辺などの機器や人員の稼働状況を監視し、機器や人員の安全を確保します。この監視システムは、バックアップ光ファイバー ケーブルで形成されたリング ネットワークを利用して、島と陸上のブースター ステーションの両方にデータを送信します。モニタリング センターは、リアルタイムのプレビューとビデオ再生を実行できます。-
カメラとアクセス スイッチは風力タービンの内部に設置されます。アクセス スイッチは、カメラによって収集されたビデオ信号を、光ファイバー リング ネットワークを介して島のブースター ステーションにあるアグリゲーション スイッチに接続します。次に、集約スイッチは、信号をポイントツーポイントで海底光ケーブル経由で風力発電所の制御室にあるコア スイッチに送信します。-最後に、コア スイッチはビデオ モニタリング バックエンド、ストリーミング メディア サーバー、および管理サーバーに信号を送信します。 (図 4-4 を参照)
図 4-4 ビデオ監視の全体的なアーキテクチャ トポロジ図
各風力タービン ナセルには、ナセル内のすべての機器の動作状態を監視するために、2 セットの画像監視装置と 1 つの産業用スイッチが装備されています。各タワーの基部には、タワー基部の機器の稼働状況を監視するための画像監視装置と産業用スイッチが1台ずつ設置されています。パン-チルト- ズーム (PTZ) カメラは回転制御でき、タワーの基部にあるすべての機器を包括的に監視できます。 (図 4-5 を参照)
図 4-5 ビデオ監視システムのアクセス スイッチ
5. 洋上風力発電所の通信ネットワークに関する現在の問題
通信システムが洋上風力発電インフラ全体に占める割合はごくわずかであるため、所有者から十分な注意が得られないことがよくあります。洋上風力発電所の設置は非常に要求が厳しく、非常に短い期間がかかります。コミッショニング段階では、多くの場合、スイッチを設定せずに通信を確立するだけで十分です。さらに、通信の知識は高度に専門化されており、風力発電所の技術者は一般に通信ネットワークについての理解が限られているため、緊急時に障害を正確に診断して解決することが困難になります。さらに、洋上風力発電所には多数のサブシステムがあるため、複数のブランドのスイッチが使用されることが多く、日常のメンテナンスが困難になります。
5.1
潜在的なサイバーストームリスク
風力発電所のコア スイッチの多くはデフォルト設定で構成されており、試運転担当者は実際の状況に応じて現場で VLAN（仮想ローカル エリア ネットワーク）を構成していません。-これにより、ブロードキャストが風力発電所全体に伝播し、ブロードキャスト ストームが発生する可能性があります。この問題は、タワー制御キャビネット内のすべての産業用スイッチが同じサブネット内にある風力タービン監視システムで特に顕著であり、その結果、ブロードキャスト ドメインが過度に大きくなり、ブロードキャスト ストームを容易に引き起こすことになります。
5.2
アグリゲーションスイッチにおける単一障害点のリスク
稼働中の風力発電所によっては、ブースターステーションの監視システムや風車監視システムが単一のネットワークとなっている場合があります。オフショア ブースターの集約スイッチに障害が発生した場合、集約スイッチが配置されているサブシステムは、ネットワーク全体が麻痺するリスクに直面します。
5.3
サブシステムやブランドの切り替えが多すぎると、後のメンテナンスが困難になります。
第 4 章では、フィールド生産システムには多数のサブシステムがあり、各サブシステムは異なる会社によって製造されていると述べています。スイッチのブランドは異なることがよくあります。さらに、洋上風力発電所は通常、複数のフェーズに分けて建設され、第 1 フェーズと第 2 フェーズの風力タービンのメーカーが異なることがよくあります。風力タービン監視システムとこれらのシステム内の産業用スイッチ製品も異なります。非常に多くのサブシステムと非常に多くのスイッチ ブランドがあるため、試運転後のオンサイトでの運用とメンテナンスは非常に困難になります。{4}}
6. 次世代洋上風力発電ネットワーク計画の見通し-
再生可能エネルギーの開発と利用を促進する国家政策により、中国の洋上風力発電産業は近年繁栄している。新型風車の研究開発・生産も着々と進んでいます。しかし、通信ネットワークは依然として時代遅れのネットワーク方式を使用しているため、風力発電所の現在の通信要件を満たすことができず、多くの問題が生じています。したがって、信頼性が高く長期的に安定した新しいネットワーク伝送プラットフォームを構築することが最も重要です。-
私たちの外国の関係者は 2 ～ 3 年前に次世代風力発電所ネットワーキング通信ソリューションの研究を開始しており、私たちにとっても時間が非常に迫っています。{0}
6.1
次世代洋上風力発電ネットワーク スキームに関する推奨事項-
次世代の洋上風力発電所では、タービン監視システムとビデオ監視システムの通信ネットワークを統合することが推奨されます。{0}ネットワーク アーキテクチャでは、アクセス レイヤ、アグリゲーション レイヤ、コア レイヤの 3 つのレイヤ モデルを採用する必要があります。-アクセス レイヤのタワーベースのスイッチは、ギガビット カスケード ファスト イーサネット スイッチを使用し、ギガビット シングルモード光ポートを使用してネットワーク接続され、最終的にはオフショア変電所のアグリゲーション レイヤ スイッチとリング ネットワークを形成する必要があります。-このリング ネットワークは二重ネットワーク構造です。-ナセル スイッチはすべて 100 Mbps スイッチであり、100 Mbps マルチモード ファイバ経由でタワー ベースのスイッチに接続されている必要があります。{{10}{14}}アクセス レイヤ ネットワークは、風力タービンに基づいて VLAN に分割して、各タービンを分離し、ブロードキャスト コリジョン ドメインを減らす必要があります。アグリゲーション レイヤ スイッチはオフショア変電所に配置する必要があり、2 台の全ギガビット レイヤ 2 産業用スイッチを使用し、できればスタッキングをサポートする必要があります。コア レイヤ スイッチは、できればスタッキングをサポートする 2 つの全ギガビット レイヤ 3 スイッチを使用して、陸上のコントロール センターに配置する必要があります。
図 6-1 次世代洋上風力発電所のネットワーク トポロジの見通し
6.2
次世代洋上風力発電所グリッド構成の利点-
6.2.1
サイバーストームの潜在的なリスクを回避する
風車監視システムの通信ネットワークは当初は大きなサブネットでしたが、現在は複数のサブネットに分割されています。さらに、VLAN によりブロードキャスト ドメインが大幅に削減され、ネットワーク ストームの発生を効果的に回避できます。
VLAN セグメント化の場合、回線ごとに 1 つの VLAN (サブネット) にすることも、回線上のサービスごとに個別の VLAN (サブネット) をセグメント化することもできます。スイッチは、回線内の別個の VLAN (サブネット) をセグメント化することもできます。中央制御室は、特別なファンとして別個のサブネットに分割できます。
6.2.2
通信ネットワークを統合してコストを削減し、信頼性を向上させる
風力タービン監視システムとビデオ監視システムの通信ネットワークを組み合わせることで、スイッチの数が減り、コストが削減され、設置、試運転、およびその後のメンテナンスの作業負荷が軽減されます。タワーベースとナセルのスイッチは、風力タービンの監視とビデオ監視サービスの両方を完全に処理できます。さらに、タワーベーススイッチにギガビットリングネットワークを使用することで、通信帯域幅が増加します。このデュアル リング ネットワーク構造により、集約スイッチでの単一点障害の潜在的なリスクも回避されます。-
6.2.3
標準化されたネットワーク設計により、後のメンテナンスが容易になります。
アグリゲーション スイッチとコア スイッチがスタッキング テクノロジーをサポートすることを提案することで、フィールド スイッチ ポートの拡張が簡素化されます。スタッキング テクノロジーの利点は、スイッチのグループを単一のオブジェクトとして管理し、ユーザーの管理と操作を簡素化できることです。ほとんどの洋上風力発電所はフェーズごとに構築されるため、スタッキング対応スイッチを使用すると、第 2 フェーズまたは第 3 フェーズのシステムを追加するときに、新しいアグリゲーション スイッチとコア スイッチを簡単にスタッキングできます。-これにより、新しい第 2 フェーズまたは第 3 フェーズの風力タービンおよびビデオ監視システムのコア スイッチが第 1 フェーズのものとは完全に異なるブランドおよびモデルになり、第 1 フェーズの風力タービンおよびビデオ監視システムと互換性がなくなるという現在の状況が回避されます。標準化されたネットワーク設計により、同じ風力発電所内で、ブースター ステーション監視システム (セーフティ ゾーン I およびセーフティ ゾーン II へのアクセスが必要で特別な要件がある) を除き、他のサブシステムの産業用スイッチ モデルを 3 ～ 4 モデルに固定できるため、後の現場メンテナンス、スペアパーツの準備、およびトラブルシューティングに非常に役立ちます。
7. 結論
現在、産業インテリジェンスの構築が本格化しています。風力発電産業、特に洋上風力発電産業は高度な自動化と情報化が進み、優れた基盤を備えていますが、真の「インテリジェント風力発電所」との間にはまだギャップがあります。堅牢、安定、信頼性、スケーラブルな次世代通信ネットワークの構築は、インテリジェント風力発電所の基礎であり、洋上風力発電産業が新たな急速な発展を遂げるのに確実に役立ちます。-
