背景
風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。在我國能源的需求下，風(fēng)力發(fā)電不斷的擴(kuò)展，風(fēng)電建設(shè)的工作也不斷的加大，其中一個電力公司會有幾個風(fēng)電場，而這些風(fēng)電場大多數(shù)都會分布在不同的區(qū)域。同時，一個風(fēng)電場根據(jù)規(guī)模的不同，會擁有幾十到上百臺不等的發(fā)電風(fēng)機(jī)，這種條件的影響下，每個風(fēng)電場都會有自己的電力監(jiān)控系統(tǒng)。但是，對于多個風(fēng)電場的統(tǒng)一管理就增加了難度，為了解決這一問題，集控中心的出現(xiàn)就很好的解決了這一問題。因此，風(fēng)電場在網(wǎng)絡(luò)化、智能化在提高生產(chǎn)效率和管理效率的同時，也為惡意攻擊者增加了新的攻擊途徑，近幾年電力發(fā)生的安全事件層出不窮，使得我國電力面臨越來越多的安全威脅和挑戰(zhàn)。2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)
風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行及保護(hù)需要一個全自動控制系統(tǒng)，它必須能控制風(fēng)機(jī)自動啟動，控制葉片槳距的機(jī)械調(diào)節(jié)裝置及在正常和非正常情況下停機(jī)。除了控制功能，系統(tǒng)用于監(jiān)測以提供運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)速、風(fēng)向等信息。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是由塔基主控制柜、機(jī)艙控制柜、輪轂控制柜組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元（WPCU）是每臺風(fēng)機(jī)的控制核心，分散布置在機(jī)組的塔筒和機(jī)艙內(nèi)。圖1 風(fēng)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)2.1 塔座控制站塔座控制站即主控制器機(jī)柜是風(fēng)電機(jī)組設(shè)備控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等?？刂破饔布捎?2位處理器，系統(tǒng)軟件采用強(qiáng)實(shí)時性的操作系統(tǒng)，運(yùn)行機(jī)組的各類復(fù)雜主控邏輯通過現(xiàn)場總線與機(jī)艙控制器機(jī)柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時通訊，以使機(jī)組運(yùn)行在最佳狀態(tài)。塔基控制柜是由PLC主站、RTU（遠(yuǎn)程接口單元）、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、UPS電源、觸摸屏（本地監(jiān)控及操作）、各種按鈕、指示燈、小型斷路器、繼電器、加熱元件、風(fēng)機(jī)、端子板等等組成。2.2 機(jī)艙控制站機(jī)艙控制站采集機(jī)組傳感器測量的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速以及環(huán)境參數(shù)等信號，通過現(xiàn)場總線和機(jī)組主控制站通訊，主控制器通過機(jī)艙控制機(jī)架以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的偏航、解纜等功能，此外還對機(jī)艙內(nèi)各類輔助電機(jī)、油泵、風(fēng)扇進(jìn)行控制以使機(jī)組工作在最佳狀態(tài)。機(jī)艙控制柜是由機(jī)艙P(yáng)LC站、電源模塊、FASTBUS從站模塊、CANBUS主站模塊、以太網(wǎng)模塊（本地PC維護(hù)接口）、DIO、AIO模塊、各種斷路器、繼電器、開關(guān)等組成。2.3 變槳距系統(tǒng)大型MW級以上風(fēng)電機(jī)組通常采用液壓變槳系統(tǒng)或電動變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)由前端控制器對3個風(fēng)機(jī)葉片的槳距驅(qū)動裝置進(jìn)行控制，其是主控制器的執(zhí)行單元，采用CANOPEN與主控制器進(jìn)行通訊，以調(diào)節(jié)3個葉片的槳距工作在最佳狀態(tài)。變槳系統(tǒng)有后備電源系統(tǒng)和安全鏈保護(hù)，保證在危急工況下緊急停機(jī)。輪轂控制柜是由輪轂PLC站、伺服驅(qū)動單元、緊急變槳蓄電池及監(jiān)視單元、緊急變槳模塊、超速保護(hù)繼電器、小型斷路器、各種繼電器及端子板、各種按鈕、指示燈及維護(hù)開關(guān)。2.4 后備危急安全鏈系統(tǒng)后備危急安全鏈系統(tǒng)獨(dú)立于計算機(jī)系統(tǒng)的硬件保護(hù)措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。安全鏈?zhǔn)菍⒖赡軐︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)造成致命傷害的超常故障串聯(lián)成一個回路，當(dāng)安全鏈動作后將引起緊急停機(jī)，機(jī)組脫網(wǎng)，從而最大限度地保證機(jī)組的安全。3、系統(tǒng)架構(gòu)及功能介紹
風(fēng)電電力監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元、高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程上位機(jī)操作員站等部分?，F(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元是每臺風(fēng)機(jī)控制的核心，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的參數(shù)監(jiān)視、自動發(fā)電控制和設(shè)備保護(hù)等功能；每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配有就地HMI人機(jī)接口以實(shí)現(xiàn)就地操作、調(diào)試和維護(hù)機(jī)組；高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)高速公路，將機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)送至上位機(jī)界面；上位機(jī)操作員站是風(fēng)電廠的運(yùn)行監(jiān)視核心，并具備完善的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)報警，實(shí)時/歷史數(shù)據(jù)的記錄顯示等功能，操作員在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)場所有機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視及操作風(fēng)電電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示：圖2 風(fēng)電電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)3.1 現(xiàn)場控制層主要包括塔座主控制器機(jī)柜、機(jī)艙控制站機(jī)柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)、現(xiàn)場觸摸屏站、以太網(wǎng)交換機(jī)、現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)、UPS電源、緊急停機(jī)后備系統(tǒng)等?，F(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元是每臺風(fēng)機(jī)控制的核心，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的參數(shù)監(jiān)視、自動發(fā)電控制和設(shè)備保護(hù)等功能，同時每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配有就地HMI人機(jī)接口以實(shí)現(xiàn)就地操作、調(diào)試和維護(hù)機(jī)組。3.2 中央監(jiān)控層是風(fēng)電廠的運(yùn)行監(jiān)視核心，并具備完善的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)報警，實(shí)時/歷史數(shù)據(jù)的記錄顯示等功能，操作員在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)場所有機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視及操作，也可對液壓系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、電動變槳距系統(tǒng)、增速齒輪箱系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)控制。4、系統(tǒng)資產(chǎn)情況
此次調(diào)研問卷主要對風(fēng)電工控系統(tǒng)情況進(jìn)行了摸底，即中央監(jiān)控系統(tǒng)、PLC設(shè)備，其中針中央監(jiān)控系統(tǒng)要從操作系統(tǒng)、系統(tǒng)廠家及型號進(jìn)行統(tǒng)計分析，針對PLC系統(tǒng)主要從系統(tǒng)廠家及型號進(jìn)行統(tǒng)計分析。4.1 中央監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)統(tǒng)計，中央監(jiān)控系統(tǒng)廠家有華銳風(fēng)電、新疆金風(fēng)科技、國電南自、西門子、南瑞繼保、蘇司蘭能源，統(tǒng)計信息如下圖所示，其中以新疆金風(fēng)科技和國電南自為主，新疆金風(fēng)科技產(chǎn)品使用占有率為44%，國電南自產(chǎn)品使用占有率為22%。圖3 風(fēng)電中央監(jiān)控系統(tǒng)集成商統(tǒng)計情況4.2 PLC設(shè)備經(jīng)統(tǒng)計，PLC廠家有倍福、ABB、巴赫曼，其中倍福的PLC使用率達(dá)78%，型號以CX1500M和CX1020為主。4.3 工控主機(jī)操作系統(tǒng)本節(jié)中將工控系統(tǒng)中的工程師站、監(jiān)控站等稱為工作站，將組態(tài)服務(wù)器、實(shí)時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器統(tǒng)稱為服務(wù)器，并對工作站和服務(wù)器的操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計分析。( 1 ) 工作站操作系統(tǒng)總體情況經(jīng)統(tǒng)計，工作站操作系統(tǒng)使用了WindowsXP、Windows7、Linux、Windows 2000、Windows 2008和Ubuntu等。其中以Windows XP和Windows7為主。( 2 ) 服務(wù)器操作系統(tǒng)總體情況經(jīng)統(tǒng)計，風(fēng)電場服務(wù)器操作系統(tǒng)使用了Windows2000、Windows 2003、Windows 2008、Windows10、Linux和Ubuntu等、其中以Windows 2003和Windows 2008操作系統(tǒng)為主。原文來源：老馬玩工控安全Copyright ? 2021-2022 精北傳動機(jī)械（上海）有限公司 All Rights Reserved. 滬公網(wǎng)安備31012002005970 滬ICP備20024360號-1
