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风电场升压站之间微波网络链路的建设
概叙
  海上风电场通常远离大陆有一定距离,通常几公里到几十公里不等,不同区域内风力发电机发电后,集中到海上升压装置站点,再通过海底电缆,将升压后的电力输送到岸站.岸站统一再次升压处理后,接入电网.由于海上风力电厂建设条件制约,且许多海域海底地形变化较大,海底光缆敷设可能会受环境影响,为确保海上风电各设施能稳定可靠运转,对无人设施进行实时远程管控监控,我们需要在海底光缆为主要传输通道的基础上,建设以卫星\微波等为通道的备份冗余传输链路.以作为应急通讯系统切换等用途.

微波和和卫星备用设备建设的必要性
  本风电场海上升压站采用无人值班方式运行,在陆上220kV开关站对海上风电场进行实时远程监控。海上升压站内所有系统信息均采用光纤通道作为主通道进行传输,海上升压站至之间建设有海底光电复合缆,并形成回路链路,最终到达登陆后光缆转接敷设至陆上开关站。
  考虑海上升压站平台到陆上开关站传输通道的可靠性,传输路由采用多重冗余设计,采用卫星通信通道和微波作为备用传输路由。每个海上升压站平台设立远端站,建立卫星专用通信网络作为风电场的备用传输通道。本技术要求为海上风电场项目工程电话交换系统、无线通信(VSAT和微波)及应急通信系统、卫星通信系统技术要求。
  在海上升压站之间各设置1套微波通信装置,实现两个海上汇集站点对点通信通道,并结合已配置光纤通信通道和卫星应急备用通道实现海陆间多种通信方式并存,提高区域风电场通信可靠性。

  完善微波备用传输通道后的整体风电场的升压站与陆上开关站之间的整体通讯链路,如下图:
微波备用传输通道后的整体风电场的升压站与陆上开关站之间的整体通讯链路
微波备用传输通道后的整体风电场的升压站与陆上开关站之间的整体通讯链路图

  卫星通信系统仅在光缆故障情况下使用,并按时段租用。
 
  微波通信系统,做为备用通道,仅在A和B升压站无法通过光缆传输数据至陆上开关站的情况下,经过微波传输至C或D升压站,再经过光缆D->C->传输至陆上开关站;同理,在C和D升压站无法通过光缆传输数据至陆上开关站的情况下,经过微波传输至A或B升压站,再经过光缆B->A->传输至陆上开关站;如图(海上升压站光纤中断情况下,采用的通讯链路):
微波备用传输通道后的整体风电场的升压站与陆上开关站之间的整体通讯链路-光纤中断情况下链路图
微波备用传输通道后的整体风电场的升压站与陆上开关站之间的整体通讯链路-光纤中断情况下链路图


微波设备架设部署的现场条件
1、微波安装辅助立杆
  在风电升压站A,B,C,D,微波设备安装架设,需要一定的条件,通常需要在升压站顶层平台,靠近对端站方向的栏杆边沿,固定或焊接一条直径50mm~70mm的镀锌钢管或不锈钢钢管,长度建议在1.5米左右,钢管应垂直与海平面,不得倾斜焊接。焊接立杆两边尽量远离周边其它无线电设施,而且固定天线位置正前方通讯方向,不得有其它金属物体遮挡。用于固定微波设备和抛物面天线。如图(仅供参考):
升压站微波安装辅助立杆
  A与C,B与D升压站,互相面对面方向各自安装一条辅助微波杆。
  由于钢管基础的焊接工作,涉及到热工作业,需申请(包含相关所需管材、热工焊接设备),并实施和完成,全程施工需遵守升压站平台相关管理规定,施工时务必做好防火措施,相关人员严格依照劳保规范和和遵循安全相关措施。
 
微波安装杆海拔高度要求
  对于远距离微波无线传输的情形,我们需要考虑地球曲率以及无线电传输菲涅尔因素的影响,我们分析下B与D升压站,假设二者相距20公里,采用5GHz频段微波和MIMO双极化高增益天线,B与D海上升压站的微波天线海拔挂高22米时传输链路仿真:
海上升压站的微波天线传输链路仿真
  20公里时,5.8GHz频段的空间链路损耗为133.69dB;
  微波发射功率按25dBm,B、D海上升压站按32dBi天线增益计算时,微波信号余量:25+32+32-133.69=-44.24(dB),考虑到线摔、雨雾天气的衰减预留10dB,信号抵达对端,完全可以获得不低于-60dB的信号强度。
海面微波传输工程,点对点远距离传输,虽然长距离传输海面反射可能会导致部分信号传输的不足,采用功率较大发射功率而且尽可能提高天线增益,以提高系统富裕度,保证传输的稳定性。

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