新能源集控系統(tǒng)規(guī)劃及建設(shè)方案設(shè)計

張國珍 付正寧 斛晉璇 王其樂

由于新能源場站分散部署、地理位置相對偏僻且數(shù)量逐漸增多，對場站進(jìn)行單獨管理呈現(xiàn)效率降低、成本升高的趨勢。此外，現(xiàn)場工作重心主要集中在設(shè)備檢修和運維方面，而監(jiān)控管理工作又需要人員24小時值守，不便于人力資源的合理分配。因此，新能源集控系統(tǒng)的建設(shè)已成為各新能源企業(yè)未來發(fā)展的方向。通過集控系統(tǒng)的建設(shè)，可以為新能源場站智能化發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐，并提高新能源場站的專業(yè)化管理水平。

本文根據(jù)新能源場站的實際情況以及過去的規(guī)劃理念，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)要求，設(shè)計了新能源集控系統(tǒng)的整體框架和建設(shè)方案，提出了一種業(yè)務(wù)中心規(guī)劃、功能開放互通、軟件分層部署、網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)的集控系統(tǒng)架構(gòu)?；谠摷軜?gòu)，詳細(xì)規(guī)劃了通信系統(tǒng)建設(shè)方案，并對集控系統(tǒng)提出了詳細(xì)的功能設(shè)計要求。

集控系統(tǒng)框架設(shè)計

目前，相關(guān)企業(yè)對集控中心專業(yè)功能的需求逐步增強(qiáng)，涉及系統(tǒng)眾多，若采用分散布置模式，將需要建設(shè)多個獨立的系統(tǒng)，需要在各系統(tǒng)間采取點對點接口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。而且由于各系統(tǒng)數(shù)據(jù)獨立，不便于開發(fā)新的應(yīng)用功能。而在標(biāo)準(zhǔn)、通用的軟硬件基礎(chǔ)平臺上構(gòu)建一體化主站系統(tǒng)，具有可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢，是未來自動化集控主站系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

因此，集控中心的設(shè)計原則是以一體化平臺構(gòu)建為基礎(chǔ)，以集控應(yīng)用建設(shè)為核心，在統(tǒng)一的平臺上建設(shè)集中監(jiān)控、電能量采集等應(yīng)用功能，通過一體化平臺實現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)處理分析，同時對集控系統(tǒng)進(jìn)行安全分區(qū)，明確各分區(qū)的安全要求，最終構(gòu)建一套功能完善、全面開放、安全可靠的集控一體化主站系統(tǒng)。

由新能源場站分布特點，確定新能源集控系統(tǒng)為“一主多從”的部署模式。將新能源集控系統(tǒng)依照不同角度分別劃分為不同結(jié)構(gòu)，劃分方式如圖1所示。其中，場站監(jiān)控層實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳；中心集控層實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制；上級監(jiān)管層實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度和上級集團(tuán)的協(xié)調(diào)溝通。監(jiān)控層采用集控中心遠(yuǎn)程SCADA值班管理模式；平臺層采用大數(shù)據(jù)平臺體系；應(yīng)用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的智能融合分析。安全I(xiàn)區(qū)為生產(chǎn)實時控制區(qū)，直接實現(xiàn)對電力一次系統(tǒng)的實時監(jiān)控；安全I(xiàn)I區(qū)為生產(chǎn)非實時控制區(qū)，在線運行但不具備控制功能；安全I(xiàn)II區(qū)為集控應(yīng)用系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理優(yōu)化；安全I(xiàn)V區(qū)為電力企業(yè)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)員工辦公、電子“兩票”管理等。監(jiān)控中心實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制，安全中心實現(xiàn)安全防護(hù)，數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)大數(shù)據(jù)存儲、處理，應(yīng)用中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示。

集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，新能源場站通過電力專線和運營商專線，為集控中心提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)。集控中心被劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，二者采用物理隔離裝置連接，并在整個集控中心內(nèi)部署安全管理中心，實現(xiàn)集控系統(tǒng)的安全防護(hù)。集控中心系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)器采用集群部署模式，通過虛擬化軟件為不同功能模塊分配不同的資源，實現(xiàn)服務(wù)器CPU、內(nèi)存等的最優(yōu)化利用。集群系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，未來可通過新增服務(wù)器、磁盤陣列的方式對資源池進(jìn)行擴(kuò)容。

集控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

集控系統(tǒng)整合新能源場站各類信息系統(tǒng)，需要在各系統(tǒng)與應(yīng)用之間建立通信連接，其通信對象主要有：新能源場站升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組/光伏陣列監(jiān)控系統(tǒng)、功率預(yù)測系統(tǒng)等子系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，上級集團(tuán)集中監(jiān)控中心OA系統(tǒng)，第三方服務(wù)商系統(tǒng)。

一、通信系統(tǒng)建設(shè)方案

由于新能源場站地理位置偏遠(yuǎn)，自主建設(shè)光纖通道投資過大，且不利于維護(hù)。租用通道（一般包括電網(wǎng)通道和運營商通道）方式的整體投資少，易于實施，可以更好地解決新能源集控中心通信通道無人維護(hù)的問題。電網(wǎng)所建的光傳輸網(wǎng)足夠堅強(qiáng)，可以提供大容量、高可靠性的傳輸通道，滿足新能源集控中心數(shù)據(jù)監(jiān)控的要求。

按照新能源場站接入系統(tǒng)的要求，各場站在接入電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電投運的同時，也必須建成至地調(diào)或省調(diào)的通信通道，上傳升壓站相關(guān)運行信息。因此，集控系統(tǒng)下轄的各場站運行信息可通過對這一通信通道的擴(kuò)容及共享來完成通信并組網(wǎng)，實現(xiàn)集控中心與各場站的建設(shè)投運周期同步，對于將來的運行管理和與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)同配合都有很大的好處。

新能源場站建成后，運營商公網(wǎng)將會隨之實現(xiàn)覆蓋，滿足場站內(nèi)工作人員和周邊居民的生活需要，故場站運行信息也可通過對這一通信通道的擴(kuò)容及共享來完成通信并組網(wǎng)。同時，各場站通過租用電網(wǎng)通道及公網(wǎng)通道作為熱備冗余通道，滿足了電網(wǎng)及企業(yè)對數(shù)據(jù)傳輸可靠性的要求。

新能源集控中心通信系統(tǒng)建設(shè)方案為：租用電網(wǎng)公司的電力專用通信通道和運營商公司的公網(wǎng)通信通道，組建各場站至新能源集控中心的專用通信通道。無需考慮架設(shè)獨立的光纜通信網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)或星型網(wǎng)），也無需對光纜通信網(wǎng)具體敷設(shè)路徑開展勘測、征地、論證、審批等工作。

二、業(yè)務(wù)通道帶寬確定

根據(jù)新能源集控中心主站系統(tǒng)對信息采集的要求，各場站至集控中心的業(yè)務(wù)類型分為生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)，其中，生產(chǎn)業(yè)務(wù)可分為實時業(yè)務(wù)、非實時業(yè)務(wù)。以風(fēng)電場為例，其各系統(tǒng)通信速率如表1所示。

根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求，暫定需接入的數(shù)據(jù)包括：升壓站監(jiān)控、機(jī)組監(jiān)控、視頻監(jiān)控等。在新能源集控中心配置兩套匯聚路由器。在每個風(fēng)電場單獨配置2套2M專線接入路由器，分別向電網(wǎng)及運營商各租用1個用于傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)的2M帶寬通道，以及向運營商租用1個用于傳輸視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的40M帶寬通道，實現(xiàn)將各場站的統(tǒng)一信息傳輸至集控中心。新能源場站通信系統(tǒng)如圖3所示。

三、集控中心至電網(wǎng)調(diào)度通信系統(tǒng)建設(shè)

新能源集控中心至電網(wǎng)調(diào)度一般采用雙光纖通信。根據(jù)集控中心地理位置，本文提供2個集控中心至電網(wǎng)調(diào)度光纜建設(shè)方案（見圖4）。

（1）直接敷設(shè)2根24芯普通光纜至電網(wǎng)

本方案考慮從新能源集控中心直接敷設(shè)2根24芯普通光纜至電網(wǎng)調(diào)度側(cè)配線柜，接入電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，形成2個集控中心至電網(wǎng)調(diào)度光纜路由。

（2）敷設(shè)2根24芯普通光纜分別至電網(wǎng)變電站

本方案考慮從新能源集控中心敷設(shè)2根24芯普通光纜分別至2個就近的已接入電網(wǎng)調(diào)度的電網(wǎng)變電站，保證變電站通信通道鏈路富余，并具備冗余。

在實際應(yīng)用中，可根據(jù)現(xiàn)實情況對不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，并考慮后期維護(hù)和安全防護(hù)的影響確定最終方案。

集控系統(tǒng)功能設(shè)計規(guī)范

一、安全I(xiàn)區(qū)集控功能

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)視

集控系統(tǒng)應(yīng)對場站端數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性查詢，包括各類模擬量和開關(guān)量等；實時數(shù)據(jù)監(jiān)測的內(nèi)容包括關(guān)鍵參數(shù)、省級信息、場站信息、風(fēng)電機(jī)組及部件信息、光伏陣列信息、升壓站信息等。顯示方式至少應(yīng)包括：列表、矩陣、線路圖、柱狀圖、趨勢、報警、操作等。頁面實時數(shù)據(jù)刷新頻率小于2s/次，各頁面切換時間小于1s。

（2）遠(yuǎn)程控制

集控人員可控制兩狀態(tài)設(shè)備如斷路器和隔離開關(guān)，三狀態(tài)設(shè)備如電動隔離開關(guān)，多狀態(tài)（升/降）設(shè)備如變壓器分接頭，設(shè)定值設(shè)備如發(fā)電機(jī)控制器、控制序列預(yù)定義設(shè)備、無功補(bǔ)償設(shè)備。

（3）分層分控

系統(tǒng)具有橫向的責(zé)任區(qū)處理功能和縱向的權(quán)限管理功能，系統(tǒng)的其他任何功能都與這兩項功能進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一：無論是具體設(shè)備對象、對象組合，還是系統(tǒng)的處理功能，每一個功能步驟均考慮同步實現(xiàn)責(zé)任區(qū)處理功能和權(quán)限管理功能。

（4）集控五防

系統(tǒng)應(yīng)提供基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞南到y(tǒng)級智能五防功能，對在集控中心進(jìn)行的操作進(jìn)行防誤閉鎖判斷，每次遙控操作均需檢測與所操作對象有關(guān)聯(lián)的設(shè)備，保證控制操作的安全。

（5）人機(jī)交互

系統(tǒng)應(yīng)提供公共的、一體化的具有靈活定制和集成能力的圖形用戶界面，為各類應(yīng)用提供統(tǒng)一的人機(jī)服務(wù)界面。用戶界面應(yīng)具備多窗口支持能力，并支持將多個窗口組合在一屏中綜合顯示，用戶可根據(jù)需要隨時切換主顯示窗口，其應(yīng)包括基本畫面、SVG圖形和3D可視化界面等展示功能。

二、安全I(xiàn)I區(qū)輔助功能

（1）功率預(yù)測

通過在安全I(xiàn)I區(qū)設(shè)置功率預(yù)測信息接收服務(wù)器，將各場站的功率預(yù)測信息上傳至集控指揮中心主站系統(tǒng)，進(jìn)行所轄場站的功率預(yù)測統(tǒng)計分析。

（2）保信主站

保信主站系統(tǒng)能夠與不同廠家、不同型號的子站系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)召喚、控制、初始化配置等功能；能對子站上送的保護(hù)事件、異常及開關(guān)量變位等信息進(jìn)行分類處理及保存；能對從子站接收到的COMTRADE格式錄波文件進(jìn)行波形分析；能以多種顏色顯示各個通道的波形、名稱、有效值、瞬時值、開關(guān)量狀態(tài)。

模型數(shù)據(jù)交換過程為：子站端按照繼電保護(hù)信息系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)交換格式規(guī)范生成CIM文件，主站端通過規(guī)約以調(diào)用通用文件的方式獲取子站端生成的CIM文件并導(dǎo)入主站（在生成和導(dǎo)入過程中要求模型數(shù)據(jù)不丟失），轉(zhuǎn)換為主站的私有模型數(shù)據(jù)。主站和子站間模型的交換過程如圖5所示。

（3）電能量計量

電能量計量系統(tǒng)功能可以劃分為電能量數(shù)據(jù)采集和處理、電能量數(shù)據(jù)應(yīng)用兩大功能。在電能量數(shù)據(jù)采集和處理的基礎(chǔ)上增加電能量數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，結(jié)合電力市場的報價系統(tǒng)等，建成新能源集控中心各新能源場站參與電力市場運營的技術(shù)支持系統(tǒng)，以便適應(yīng)全面開放的電力市場運營的需要。

三、安全I(xiàn)II區(qū)應(yīng)用功能

可以將人機(jī)界面轉(zhuǎn)換為瀏覽器頁面，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到Web服務(wù)器。Web包括但不限于如下功能：

（1）實時畫面數(shù)據(jù)顯示：基于安全I(xiàn)區(qū)SCADA畫面，對展示界面進(jìn)行優(yōu)化，刷新頻率可自定義。

（2）歷史曲線顯示：歷史曲線可依據(jù)客戶需求進(jìn)行疊加。

（3）報表查看：瀏覽器支持生產(chǎn)報表查看，并提供下載及格式轉(zhuǎn)換功能。

（4）告警信息查詢：可隨時查看SCADA所產(chǎn)生的各種告警信息。

（5）采用B/S架構(gòu)，通過https進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持各類用戶通過瀏覽器調(diào)用Web服務(wù)。

（6）數(shù)據(jù)庫采用鏡像模式，實現(xiàn)主備熱冗余，提高系統(tǒng)可靠性。

（7）Web頁面內(nèi)容可組態(tài)、方便、直觀，可查詢實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

（8）信息發(fā)布免維護(hù)，即自動化系統(tǒng)的畫面修改及信息變化后，無需再在Web服務(wù)器或數(shù)據(jù)服務(wù)器上做工作。

（9）三權(quán)分立原則，配置唯一的系統(tǒng)管理員和審計管理員，運維管理員依據(jù)不同用戶設(shè)置相應(yīng)級別的監(jiān)視和操作權(quán)限，防止非授權(quán)用戶訪問，從而維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和保密性。

（10）在運行中可對系統(tǒng)進(jìn)行必要的維護(hù)。

結(jié)論

本文根據(jù)新能源場站的實際情況，設(shè)計了新能源集控系統(tǒng)的整體框架和建設(shè)方案，提出了一種業(yè)務(wù)中心規(guī)劃、功能開放互通、軟件分層部署、網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)的集控系統(tǒng)架構(gòu)。集控系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了新能源場站“無人值班，少人值守”的運維模式，實現(xiàn)了“監(jiān)控中心、安全中心、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用中心”的建設(shè)目標(biāo)，踐行了“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的電力系統(tǒng)安全防護(hù)十六字方針，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，減少了成本消耗，創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：張國珍：龍源電力集團(tuán)股份有限公司；付正寧：水電水利規(guī)劃設(shè)計總院；斛晉璇，王其樂：中能電力科技開發(fā)有限公司）