无线通信技术在海上风电工程中的应用程

无线通信技术在海上风电工程中的应用程

谢闽

江苏龙源振华海洋工程有限公司 江苏南通 226000

摘要：我国海上风电资源丰富，同时海上风电工程具有运行效率高、输电距离短、就地消纳方便、不占用土地、适宜大规模开发等特点，为实现“碳中和”的目标，海上风电将成为我国大力发展可再生能源的必然选择。然而海上风电施工难度大、施工周期较长，在施工过程中容易出现问题，因此在工程安全方面，如何实现海上风电建设期间的安全监控和安全管理成了海上电力通信技术的研究重点。海上风电工程主要可分为两个阶段：基建期的升压站平台施工、海缆敷设、风机机组吊装和运维期的监控管理、寿期维护检修。本文旨在设计一套远距离跨海无线通信方案，将基建期和运维期的监控视频（每路高清视频信号带宽为8M）和通话网络信息回传，以实现对海上风电工程的安全监管，并满足海上工作人员的通话和上网需求。本文主要分析无线通信技术在海上风电工程中的应用程。

关键词：海上风电；4G/5G；微波通信；安全监控；海上电信服务

引言

我国市场的迅速扩张导致对风能的需求增加。与已经很难运输的风电场相比，与海洋风电场和风电场一起工作时，到达、运行时间长、危险性高等方面也存在困难。与此同时，由于海水、湿度等危害太大，海洋和风电场的故障率高于大陆架。在这方面，我国南部海岸外的风电场提出了对距离大陆约25公里的维基人进行智能、基于网络的研究。正常运行时间取决于现场工作。本文阐述了5G、北岸、人工智能等研究海上风电场知识维度的先进技术。其中包括例行调查、人员培训、运输车辆安全援助和现场支助。

1、风场专网

专用网络是为特定用户提供网络通信服务的专用网络，而专用网络则是智能风电场驱动的维的基础。与其他行业应用程序一样，海气流的智能尺寸要求支持特定的网络拓扑、网络部署、网络资源调整、网络性能配置、网络维控制等。5G网络为企业提供了一定程度的灵活性，使其能够根据工作地点、工作类型等提供不同的数据保护和安全配置。该规划包括七个地点，其中一个地点计划提供交通复盖范围，六个地点计划提供海上空域复盖范围，以确保为海上智能计算工作站提供高效可靠的网络安全。

2、常用无线通信技术

2.1卫星通信

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站而进行的两个或多个地球站之间的无线电波通信。卫星通信具有通信距离远、无缝覆盖等优点，对于传统地面网络无法覆盖的海上风电场区域，卫星通信是一种有效的通信手段。然而卫星通信的带宽较低、传输时延高、租赁费用高（2Mb/s通信的年费为50万元左右）；且卫星的计算与存储功能有限，不支持高性能的加密协议和算法，安全防护能力不足。

2.2运营商4G/5G通信

4G是指第四代移动通信技术，是集3G与WLAN技术于一体，并能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像。5G是第五代移动通信技术，通过高接入速率、低使用时延、海量连接能力、超高流量密度，实现人与物的智能互联、信息的高速传输，从而渗透到社会各个领域，构建以用户为中心的全方位信息生态系统。4G、5G网络在海上风电基建期因缺少基站而无法实现，在运维期可利用风机塔筒外加天线建设基站，结合海缆和基站构建。其缺点是基站的信号覆盖范围小，目前很多沿海地方、油田等工业监控场所4G网络覆盖不全，5G信号只在特定、重要场所覆盖，而且单个4G基站覆盖范围小于8km，5G基站覆盖范围小于1km；4G、5G通信技术采用的是公网构建，安全方面具有一定的局限性，4G可用VPN虚拟专线承载管理信息大区业务，5G的安全性相比于4G有很大提高，可采用切片技术承载生产控制和管理信息大区业务。

2.3无线通信技术比选

针对海上风电工程建设和运维的场景，本文结合传输距离、可行性、安全性、可靠性、成本五大因素，对上述无线通信技术进行对比分析。由于卫星通信运维成本高，信号传输时延高，视频回传的通信质量一般，且存在安全隐患，考虑到工程的时效性和经济性。基建期：由于海上升压站、风机均处于建设阶段，而4G/5G网络的传输距离比较短，陆上运营商基站提供的网络无法覆盖风电场海域，因此，只能采用微波通信技术。运维期：运维期可利用已建的风机和海上升压站建立4G/5G基站，使4G/5G网络延伸覆盖风电场海域。由于4G比5G网络覆盖范围更广，建设更少的基站便可满足风场海域通信网络覆盖的需求。微波通信网络虽然安全性更高、成本更低，但是其传输信号质量易受天气、船舶移动和障碍物阻挡等影响而变差，甚至会出现信号中断的现象，同时4G信号比微波信号的质量更好，可靠性更高。因此，工程实践可结合4G和微波通信的优点，对于风电场海域，采用4G通信技术；对于陆上集控中心至海上升压站之间的海缆所在区域，4G网络难以覆盖，采用微波通信技术。本文最终选择在基建期采用微波通信技术，在运维期采用微波通信技术与运营商4G通信技术。

3、海上无线通信技术挑战

3.1海上超远距离传输

海上现有无线通信系统的主要有源、高频和甚高频频带为导航、应急安全和语音通信等企业提供服务。中间带段和高频段用于数据较少的公司，例如b .海员的航行和紧急安全。此类业务需要扩大信号传输范围以提高服务复盖面，例如b . DSC系统中的更大范围，以增加邻近船只接收来自撞击船只的信号的可能性，从而及时获得援助。海上无线信号通常允许通过蒸发电缆和天线传输进行远距离通信。由于海面的逆温和逆变湿度等因素，大气折射率与海拔呈负梯度关系。当负差值满足条件时，磁轨道曲率大于地球曲率，使电磁波捕捉到大气厚度，产生蒸发力。蒸发准则特别适用于频率超过3GHz的电磁波。

3.2无线电台

广播电台有不同的分类，可按频率划分为不同的无线电波、中波、短波(也称为高频)、短波和微波。借助业务部门，您可以导航到各种无线电台、航空航天站、救援活动、广播、贸易、气象条件等。还可以使用图形轮廓将它们分为手持设备和autodesktypen类型。海上通信使用两个电台:短波(HF)和短波(HF)。短波广播电台利用短、频繁的无线电波发送和接收信号，因为它们因季节天气变化较小，通信质量优于其他广播电台，通信流量高，传输方法稳定，广泛适用于海上通信。由于超短波向天空发射的波长和频率既不反映地面，也不超出障碍物的特性和直射电波的原理，决定短波无线电只能应用于近距离通信，但没有阻挡的海洋是超声波条件的充分作用舞台，即使在远距离情况下也能与超短波通信的范围。短波无线电波波长较短，频率较低，与超短波无线电相比，当信号发送到天空时，电离层能吸收的无线电波较少，从而导致范围更广。短波电台通常用于远距离通信。但是，由于电离隔热层的额外吸收和电离层的不稳定性，短波短时间的收发信号可能显得微弱。因此，船舶上的短波设备通常需要鞭子或高天线才能令人满意地传递信息。

结束语

1. 本文对比各无线通信技术的特点，结合海上风电建设与运维的具体通信需求，在基建期选择微波通信技术，实现海陆之间远距离传输；在运维期采用4G通信技术，实现海上风电场域的高质量可靠传输，同时采用微波通信技术，维持对海陆之间海缆区域的通信服务。综合安全性、可靠性、总成本、施工可行性等因素，本文方案是较为合理和实用的通信方案。

（2）5G虽然有着高速率、低时延、大连接等特点，且安全性优于4G，其缺点是覆盖范围太小，目前在海上风电所处的大范围区域中需要建设过多的基站和设备，工程总成本过高。但5G仍然是未来通信发展的趋势，随着5G所用频段和技术的改进，5G将是海上风电建设和运维的重要通信技术。

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