背景
風力發電是把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發電。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。在我國能源的需求下，風力發電不斷的擴展，風電建設的工作也不斷的加大，其中一個電力公司會有幾個風電場，而這些風電場大多數都會分布在不同的區域。同時，一個風電場根據規模的不同，會擁有幾十到上百臺不等的發電風機，這種條件的影響下，每個風電場都會有自己的電力監控系統。但是，對于多個風電場的統一管理就增加了難度，為了解決這一問題，集控中心的出現就很好的解決了這一問題。因此，風電場在網絡化、智能化在提高生產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。2、風力發電機組控制系統
風力機的運行及保護需要一個全自動控制系統，它必須能控制風機自動啟動，控制葉片槳距的機械調節裝置及在正常和非正常情況下停機。除了控制功能，系統用于監測以提供運行狀態、風速、風向等信息。風機控制系統是由塔基主控制柜、機艙控制柜、輪轂控制柜組成。風力發電機組控制單元（WPCU）是每臺風機的控制核心，分散布置在機組的塔筒和機艙內。圖1 風電機組總體結構2.1 塔座控制站塔座控制站即主控制器機柜是風電機組設備控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。控制器硬件采用32位處理器，系統軟件采用強實時性的操作系統，運行機組的各類復雜主控邏輯通過現場總線與機艙控制器機柜、變槳距系統、變流器系統進行實時通訊，以使機組運行在最佳狀態。塔基控制柜是由PLC主站、RTU（遠程接口單元）、工業以太網交換機、UPS電源、觸摸屏（本地監控及操作）、各種按鈕、指示燈、小型斷路器、繼電器、加熱元件、風機、端子板等等組成。2.2 機艙控制站機艙控制站采集機組傳感器測量的溫度、壓力、轉速以及環境參數等信號，通過現場總線和機組主控制站通訊，主控制器通過機艙控制機架以實現機組的偏航、解纜等功能，此外還對機艙內各類輔助電機、油泵、風扇進行控制以使機組工作在最佳狀態。機艙控制柜是由機艙PLC站、電源模塊、FASTBUS從站模塊、CANBUS主站模塊、以太網模塊（本地PC維護接口）、DIO、AIO模塊、各種斷路器、繼電器、開關等組成。2.3 變槳距系統大型MW級以上風電機組通常采用液壓變槳系統或電動變槳系統。變槳系統由前端控制器對3個風機葉片的槳距驅動裝置進行控制，其是主控制器的執行單元，采用CANOPEN與主控制器進行通訊，以調節3個葉片的槳距工作在最佳狀態。變槳系統有后備電源系統和安全鏈保護，保證在危急工況下緊急停機。輪轂控制柜是由輪轂PLC站、伺服驅動單元、緊急變槳蓄電池及監視單元、緊急變槳模塊、超速保護繼電器、小型斷路器、各種繼電器及端子板、各種按鈕、指示燈及維護開關。2.4 后備危急安全鏈系統后備危急安全鏈系統獨立于計算機系統的硬件保護措施，即使控制系統發生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。安全鏈是將可能對風力發電機造成致命傷害的超常故障串聯成一個回路，當安全鏈動作后將引起緊急停機，機組脫網，從而最大限度地保證機組的安全。3、系統架構及功能介紹
風電電力監控系統包括現場風力發電機組控制單元、高速環型冗余光纖以太網、遠程上位機操作員站等部分?，F場風力發電機組控制單元是每臺風機控制的核心，實現機組的參數監視、自動發電控制和設備保護等功能；每臺風力發電機組配有就地HMI人機接口以實現就地操作、調試和維護機組；高速環型冗余光纖以太網是系統的數據高速公路，將機組的實時數據送至上位機界面；上位機操作員站是風電廠的運行監視核心，并具備完善的機組狀態監視、參數報警，實時/歷史數據的記錄顯示等功能，操作員在控制室內實現對風場所有機組的運行監視及操作風電電力監控系統網絡架構如下圖所示：圖2 風電電力監控系統架構3.1 現場控制層主要包括塔座主控制器機柜、機艙控制站機柜、變槳距系統、變流器系統、現場觸摸屏站、以太網交換機、現場總線通訊網絡、UPS電源、緊急停機后備系統等?，F場風力發電機組控制單元是每臺風機控制的核心，實現機組的參數監視、自動發電控制和設備保護等功能，同時每臺風力發電機組配有就地HMI人機接口以實現就地操作、調試和維護機組。3.2 中央監控層是風電廠的運行監視核心，并具備完善的機組狀態監視、參數報警，實時/歷史數據的記錄顯示等功能，操作員在控制室內實現對風場所有機組的運行監視及操作，也可對液壓系統、氣象系統、電動變槳距系統、增速齒輪箱系統、偏航系統和偏航系統控制。4、系統資產情況
此次調研問卷主要對風電工控系統情況進行了摸底，即中央監控系統、PLC設備，其中針中央監控系統要從操作系統、系統廠家及型號進行統計分析，針對PLC系統主要從系統廠家及型號進行統計分析。4.1 中央監控系統經統計，中央監控系統廠家有華銳風電、新疆金風科技、國電南自、西門子、南瑞繼保、蘇司蘭能源，統計信息如下圖所示，其中以新疆金風科技和國電南自為主，新疆金風科技產品使用占有率為44%，國電南自產品使用占有率為22%。圖3 風電中央監控系統集成商統計情況4.2 PLC設備經統計，PLC廠家有倍福、ABB、巴赫曼，其中倍福的PLC使用率達78%，型號以CX1500M和CX1020為主。4.3 工控主機操作系統本節中將工控系統中的工程師站、監控站等稱為工作站，將組態服務器、實時數據庫、歷史數據庫服務器統稱為服務器，并對工作站和服務器的操作系統進行統計分析。( 1 ) 工作站操作系統總體情況經統計，工作站操作系統使用了WindowsXP、Windows7、Linux、Windows 2000、Windows 2008和Ubuntu等。其中以Windows XP和Windows7為主。( 2 ) 服務器操作系統總體情況經統計，風電場服務器操作系統使用了Windows2000、Windows 2003、Windows 2008、Windows10、Linux和Ubuntu等、其中以Windows 2003和Windows 2008操作系統為主。原文來源：老馬玩工控安全Copyright ? 2021-2022 精北傳動機械（上海）有限公司 All Rights Reserved. 滬公網安備31012002005970 滬ICP備20024360號-1
