大型新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計

李林虎，倉義東，金東兵，衛(wèi)澤昊

（1.南京南瑞水利水電科技有限公司，江蘇 南京 211006；2.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

0 引 言

目前，很多新能源集控中心項目一開始未預(yù)料到電站數(shù)量增長過快導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃頻繁擴容，最終出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置雜亂、難以維護等問題，影響集控中心運行。基于此，結(jié)合國內(nèi)多個大中型新能源集控中心的維護及建設(shè)經(jīng)驗，闡述了大型新能源集控網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)、實施方面的方法及關(guān)鍵點，為其他同類型項目提供參考[1-3]。

1 新能源集控中心構(gòu)成與業(yè)務(wù)分類

新能源集控中心可以對多個新能源電站進行集中監(jiān)視控制、生產(chǎn)運營管理、統(tǒng)計分析、決策診斷能最大程度提高設(shè)備運行管理水平，實現(xiàn)資源優(yōu)化和能源效益最大化，是電力系統(tǒng)中電源端和電網(wǎng)端的重要聯(lián)系紐帶[4]。

從結(jié)構(gòu)劃分，新能源集控中心分為路由及交換層和數(shù)據(jù)處理層。路由及交換層主要負責(zé)集控中心至新能源電站之間的通信，數(shù)據(jù)處理層主要完成新能源電站數(shù)據(jù)采集和處理[5]。從業(yè)務(wù)分區(qū)上劃分，新能源集控中心分為安全I區(qū)、安全II區(qū)以及安全III區(qū)。安全I區(qū)和安全II區(qū)之間采用邏輯隔離，安全I區(qū)與安全III區(qū)、安全II區(qū)與安全III區(qū)之間采用物理隔離。安全I區(qū)主要包括升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)、AGVC系統(tǒng)等；安全II區(qū)主要包括功率預(yù)測系統(tǒng)、保信主站系統(tǒng)、電能量管理主站系統(tǒng)以及振動監(jiān)測系統(tǒng)等；安全III區(qū)主要包括視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析平臺、決策診斷系統(tǒng)等[6]。新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。

2 新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)需求

新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)總體框架需滿足《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》的要求，需堅持“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認證”的原則，保障電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全。為保障業(yè)務(wù)通信的可靠性，新能源集控中心和電站之間通常采用冗余A網(wǎng)、B網(wǎng)通道。A網(wǎng)、B網(wǎng)通道完全獨立運行，由業(yè)務(wù)系統(tǒng)決定通道的使用[7]。

新能源集控中心和電站之間采用星形網(wǎng)絡(luò)，各電站安全I區(qū)、安全II區(qū)僅和新能源集控中心安全I區(qū)、安全II進行通信，各電站及電站內(nèi)各業(yè)務(wù)之間無互通需求。各電站安全I區(qū)、安全II區(qū)和集控中心安全I區(qū)、安全II區(qū)之間的通信必須經(jīng)過國家指定部門檢測認證的電力專用縱向加密認證裝置，實現(xiàn)雙向身份認證、數(shù)據(jù)加密以及訪問控制。由于各個電站的安全I區(qū)、安全II區(qū)業(yè)務(wù)廠家不完全相同，因此需要做到安全I區(qū)和安全II區(qū)之間的隔離安全區(qū)內(nèi)部各電站之間的隔離，用于保障各業(yè)務(wù)之間的安全私密互通。新能源集控中心安全I區(qū)和安全II區(qū)之間有互聯(lián)需求的業(yè)務(wù)之間可以互通，但必須通過防火墻進行邏輯隔離。安全I區(qū)與安全III區(qū)、安全II區(qū)與安全III區(qū)之間的通信必須經(jīng)過國家指定部門檢測認證的電力專用國產(chǎn)正向隔離裝置、反向隔離裝置[8]。

3 大型新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計

大型新能源集控中心會接入數(shù)量龐大、跨地域、類型豐富的新能源電站，結(jié)構(gòu)和配置更加復(fù)雜。大型新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計涉及到AS與Area的劃分、路由器RD和RT值規(guī)劃、路由器互聯(lián)IP地址規(guī)劃、業(yè)務(wù)VLAN規(guī)劃以及業(yè)務(wù)IP地址規(guī)劃等，是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。

3.1 AS與Area的劃分

自制系統(tǒng)（Autonomous System，AS）是一組共享相似路由策略并在同一管理域中運行的路由器的集合，在相同AS中的路由器都運行相同的路由選擇算法并共享彼此的信息。由于新能源集控中心安全I區(qū)、安全II區(qū)不與互聯(lián)網(wǎng)直接互聯(lián)，因此AS號取值范圍為1～65 535，但推薦使用專用網(wǎng)絡(luò)編號65 412～65 535。此外，AS推薦以省區(qū)為單位進行劃分。

AS系統(tǒng)內(nèi)部可以劃分多個Area區(qū)域，其中Area 0為骨干區(qū)域、Area 1～Arean為普通區(qū)域，普通區(qū)域通過骨干區(qū)域進行互聯(lián)。劃分區(qū)域后，在區(qū)域邊界路由器上進行路由聚合，不同區(qū)域之間僅向外通告其聚合路由，這樣就可以大大減少通告到其他區(qū)域的鏈路狀態(tài)通告（Link-State Advertisement，LSA）數(shù)量，同時還可以降低由網(wǎng)絡(luò)拓撲變化造成的影響，提升整體網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，易于后續(xù)網(wǎng)絡(luò)橫向擴容。為管理方便，Area可以按照電站類型、電站數(shù)量或電站建設(shè)期數(shù)等進行綜合規(guī)劃。例如：將項目一期風(fēng)電場、光伏電站以及其他類型的電站劃分為3個區(qū)域；將所有光伏電站劃分為1個區(qū)域，將所有風(fēng)電場劃分為1個區(qū)域等。需要注意的是，每個區(qū)域內(nèi)部的路由器不要超過500個，否則路由收斂會變慢[9]。Area劃分示例如圖2所示。

AS內(nèi)部路由器采用開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）協(xié)議互聯(lián)，使用洪泛鏈路狀態(tài)信息和Dijkstra最低開銷路徑算法構(gòu)建某個自身根節(jié)點路由器至整個自制系統(tǒng)的完整拓撲圖。AS之間采用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP）進行路由選擇，實現(xiàn)在不同的自治系統(tǒng)之間的路由信息交換。

3.2 RD和RT值規(guī)劃

對于新能源集控中心而言，需確保所有網(wǎng)內(nèi)路由器路由區(qū)分符（Route-Distinguisher，RD）值和路由目標（Route-Target，RT）值不能重復(fù)。通過多協(xié)議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）協(xié)議將IP地址映射為簡單的具有固定長度的標簽，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時只在網(wǎng)絡(luò)邊緣分析IP報文頭，不用在每一跳都分析IP報文頭，從而節(jié)約了處理時間，提高了轉(zhuǎn)發(fā)速度。采用MPLS協(xié)議構(gòu)建各業(yè)務(wù)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）通道，保證各業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)陌踩訹10]。

3.3 互聯(lián)IP地址規(guī)劃

為嚴格區(qū)分新能源集控中心和電站路由器，規(guī)劃專用網(wǎng)段用于新能源集控中心和電站路由器的loopback地址和互聯(lián)地址。loopback地址采用32位掩碼，全網(wǎng)唯一；互聯(lián)地址采用30位掩碼，新能源集控中心地址和電站地址一一對應(yīng)。

3.4 安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)VLAN規(guī)劃與IP地址規(guī)劃

根據(jù)安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)業(yè)務(wù)種類，每種業(yè)務(wù)劃分單獨的VLAN。同時安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)配置單獨的管理網(wǎng)段，管理網(wǎng)段、業(yè)務(wù)網(wǎng)段和VPN隧道一一對應(yīng)綁定。安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)各業(yè)務(wù)通過MPLSVPN進行邏輯上隔離，保障業(yè)務(wù)之間的私密互通。此外，安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)IP地址采用點分十進制的方法進行定義，IP地址的定義采用從總體到局部的方法，優(yōu)點是地址定義清晰且最大化利用IP地址。

在進行以上規(guī)劃時，需考慮一定的邏輯關(guān)聯(lián)性，方便記憶和后續(xù)項目維護。同時，需結(jié)合企業(yè)5～10年的總體規(guī)劃進行一定的預(yù)留配置，方便隨時進行靈活擴充。

4 結(jié) 論

通過合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃使大型新能源集控中心網(wǎng)絡(luò)配置邏輯清晰，業(yè)務(wù)運行安全可靠，維護簡單且易于擴容。通過在國內(nèi)若干大型新能源集控中心的實際應(yīng)用，取得了良好的效果，具備較好的推廣應(yīng)用價值。