光纖通信在風力發電系統中的應用研究分析

周遠峰

（北京外企人力資源服務江蘇有限公司南通分公司，江蘇 南通 226000）

0 引 言

隨著對風力發電系統通信質量研究的不斷深入，需要整合資源內容，建構一個更加高效、合理的光纖通信控制體系，以充分發揮風力發電作為清潔可再生能源的優勢，打造更加可控且合理的通信平臺，優化風力發電系統內數據管理的可靠性和安全性。

近幾年，風力發電系統的應用范圍不斷擴大，是新能源發電技術中較為成熟且規模開發條件較好的發電方式之一。風力發電系統由3 個基本部分組成，即塔基控制單元（S1）、機艙控制單元（S2）和輪轂控制單元（S3）。傳統的信息交互體系主要利用位于控制局域網絡（Controller Area Network，CAN）上的高層通信協議連接機艙和輪轂，受通信距離、傳輸頻帶等因素的限制，無法及時建立通信。因此，可以將光纖通信技術應用在風力發電系統中，以建立一種能夠實現遠距離實時數據通信的體系，提高信息交互水平，為風力發電系統的通信管理效能優化提供保障[1]。

1 風力發電系統中光纖通信模塊設計要點

在明確風力發電系統中光纖通信管理要求的同時，要結合實際情況選取適配的技術方案，滿足系統運行需求，確保硬件處理、軟件處理等工作都能貼合實際要求，從而提高光纖通信的質量水平。

1.1 需求分析

為確保風力發電系統中的塔基和機艙之間能夠實現長距離信息數據傳輸，要選取適配的技術方案，不僅要符合風機控制系統運行的標準，還要有效提高通信網絡的質量水平。因此，文章以STM32 為控制平臺，利用光纖作為傳輸介質，并選取數據用戶報協議（User Datagram Protocol，UDP）作為通信協議格式，以建構光纖通信模塊的運行方案。此外，利用現場可編程門列陣（Field Programmable Gate Array，FPGA）建立主從站應用結構，使系統能在1 ms 內完成塔基和機艙之間的數據交換。

1.2 硬件結構

文章基于可變靜態存儲控制器（Flexible Static Memory Controller，FSMC）建立網絡拓撲結構，利用光電轉換芯片完成信息的實時性交互處理，確保模塊能更加精準地訪問相關聯數據。同時，利用FGPA設計具體應用模塊，只需將其插入底板即可完成采樣訪問分析[2]。

光纖分為單模光纖和多模光纖2 種，要結合實際情況選取適配的光纖模塊，確保應用效果和信息交互質量。單模光纖通常使用黃色光纖跳線，對應的接頭和保護套為藍色。由于其信息傳輸距離較長，因此能更好地滿足長距離信息交互管理需求。而多模光纖則使用橙色或灰色光纖跳線，接頭和保護套為米色。對應的傳輸距離有限，因此更適合在傳輸距離受限的環境中使用。為確保光纖模塊應用控制的合理性，光纖跳線兩端的光模塊發收發波長要維持一致，從而更好地保障信息交互處理的科學性和規范性。

1.3 軟件結構

在設計軟件結構時，要結合軟件應用平臺，選取更加適配風力發電系統常態化運行環境的軟件，在滿足內存共享要求的同時，能踐行UDP 協議，以維持綜合應用控制的合理性和可控性。

1.3.1 內存共享

基于硬件設計，整個系統擁有2 KB 的信息只讀存儲空間，并劃分了對應的共享空間。一旦完成域內數據匯總，便能支持后續操作。同時，在系統完成數據交互的過程中，光纖模塊能夠迅速讀取信息數據并打包發送。接收端在獲取數據后，會進行精準解析處理，并將其存儲在存儲空間。對于整個系統主機而言，這種處理能更好地滿足訪問協議的應用要求，提高通信實效性[3]。共享內存空間的讀寫協議如圖1所示。

圖1 共享內存空間的讀寫協議

為確保各模塊能更好地落實訪問內容，需要在分配空間的過程中確保身份信息、狀態信息、信息中斷等功能都能得到有效利用[4]。

1.3.2 UDP 協議

在風力發電系統中應用光纖通信技術時，要結合運行環境和具體應用規范開展相關內容。如果采取UDP通信方式，數據包要依照規范格式完成信息交互。同時利用通信校驗字，避免外來數據對交互信息產生干擾，提高信息傳遞的安全性，以滿足應用處理的基本需求[5]。數據包定義如表1 所示。

表1 數據包定義

1.3.3 配置過程

在完成數據包分析后，要結合具體的配置要求完成配置作業，以建立更加完整的模塊運行方案，確保數據流能發揮實際作用，更好地維系運行管理的效果。

第一，初始化設計，依照光纖通信模塊應用的運行要求完成初始化操作[6]。第二，讀取調頻（Frequency Modulation，FM）模塊的信息數據。當State=1 時，能夠完成對應數量的字節傳輸；當讀取信息為State=2 時，讀取共享空間的信息，并將獲取的信息發送給模塊接收設備，維持正常工作模式。通過配合光纖發送模式，可以確保信息的及時交互。第三，配置各個模塊的功能內容。

1.3.4 系統運行流程

在完成基礎模塊單元的設計處理工作后，將配置信息集中發送至固定接收中心，確保CAN 數據處理的及時性和規范性。借助光纖設備，實現UDP 接收服務器讀取的目的，并提高接收服務函數的應用水平。同時，調取規范參數管理方案，以維持光纖通信模塊應用控制的合理性。

在系統運行過程中，要依次落實主循環，對硬件初始化和設備常態運行進行監管，確保配置參數的穩定應用[7]。系統運行流程如圖2 所示。

圖2 系統運行流程

2 風力發電系統中光纖通信模塊應用仿真分析

全面分析光纖通信模塊的應用要點后，要結合實際的應用運行環境完成仿真試驗分析，從而確保風力發電系統常態化管理工作能順利開展，維系信息交互的實時性和規范性，也能更好地依據數據關聯性落實后續工作。在整個系統中，設置了2 個光纖模塊，分別是FM 模塊和FS 模塊。其中，FM 模塊負責搭建對應的參數設置體系，以便了解模塊的網絡運行情況。FS 模塊則配合程序一同寫入芯片，以便在系統重啟后進行測試和分析。同時，模塊將被放置在不同的底板結構位置上，并使用多模光纖完成連接處理[8]。通信模塊參數如表2 所示。

表2 通信模塊參數

搭建實驗室平臺時，要自上而下對塔基、機艙和輪轂展開部署。在完成數據處理后要共享內存空間讀寫訪問協議，共享空間劃分結構如圖3 所示[9]。

圖3 共享空間劃分結構

為更好地驗證系統運行情況，要對具體運行參數和流程展開針對性的分析，從而全面評估系統運行的穩定性，更好地發揮光纖通信模塊的應用價值，促進風力發電系統的進步。

第一，對鏈路進行實時性測試。借助網絡傳輸運行命令訪問FM 對應模塊后，對返回時間進行跟蹤。跟蹤結果表明，平均返回時間在1 ms 內，證明光纖通信鏈路處于較為完整且規范運行的狀態，整體運行的可靠性較高。此外，為確保數據管理的科學性，要結合實際應用控制規范，利用抓取信息的方式。通過對比抓取數據和規范運行數據，可以判斷系統是否處于正常啟動狀態。

第二，對鏈路通信速度進行測試。在完成一系列安裝操作后，要在系統處于正常運行狀態下測定FM 模塊發送信息的速率。通過向計算機發送對應的調試信息，利用模擬分析的方式，獲取實時性傳輸的基礎數據。結合數據關聯性，可以了解耗時與系統設計要求之間的差距。如果該差距在允許誤差范圍內，則表示系統傳輸效率滿足要求[10]。

3 結 論

在風力發電系統中應用光纖通信技術時，要結合系統運行的規范要求和控制標準，確保光纖通信模塊能發揮實際作用。通過搭建數據共享體系，以滿足數據交互的具體需求，提高數據利用率。同時，為風力發電系統實時性信息管控創設良好的技術平臺，促進風力發電系統實現可持續健康發展。