新能源電站現(xiàn)場運維安全技術研究與應用

文峰

摘要：在“雙碳”目標下，以新能源為主體的我國新型電力系統(tǒng)正在加速構建，以光伏、風電為主體的新能源進入新的發(fā)展階段，其發(fā)展趨勢與相關政策引導也帶來新的發(fā)展變化，這給電站設計開發(fā)帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。新能源風電場位置偏遠，安全運維不及時，運維成本高，缺少現(xiàn)場運維的技術管控手段，現(xiàn)場運維工作需要具有身份認證、訪問控制、數(shù)據(jù)安全交換、操作審計的運維安全產(chǎn)品，來解決新能源場站現(xiàn)場運維安全防護的技術難題。

關鍵詞：新能源;電站;安全;運維

1導言

面對新能源日益枯竭、環(huán)境污染等難題，大力研發(fā)風能、太陽能等新能源，提升能源利用效率，發(fā)展智能電網(wǎng)是我國能源戰(zhàn)略主要發(fā)展方向。隨著新能源在電網(wǎng)中滲透率不斷提高，對電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、無功補償帶來了重大影響。為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，以提升電網(wǎng)容量配置為目標，研究儲電站儲能容量配置情況。

2新能源電站發(fā)展背景分析

作為減碳的重要力量，新能源在“碳達峰、碳中和”目標的引領下，風電、光伏裝機規(guī)模繼續(xù)保持快速增長，在滿足新增用電需求方面發(fā)揮了重要作用。

今年上半年，全國發(fā)電裝機規(guī)模同比增長9.5%。其中，風電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模分別同比增長34.7%和23.7%。

同時，“雙碳”目標下的電力市場化交易等宏觀政策的調(diào)整，指引了新能源的發(fā)展方向，對新能源的發(fā)展帶來積極的促進作用，未來10年將迎來超10億千瓦的風光新增裝機。

“隨著雙碳目標的提出，以及分布式光伏‘整縣推進’等政策利好不斷，為新能源行業(yè)帶來了相當大的發(fā)展空間。”中國光伏行業(yè)協(xié)會副秘書長劉譯陽表示，“目前，新能源行業(yè)正朝著大規(guī)模、高比例、市場化、高質(zhì)量方向發(fā)展?！?/p>

中國電建集團西北勘測設計研究院新能源工程院總工程師、規(guī)劃研究中心主任惠星說，雙碳目標與構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的提出，奠定了“十四五”新能源發(fā)展的主基調(diào)。“因此，新能源要以布局優(yōu)化發(fā)展、以基地保障發(fā)展，建設大型風光基地項目，從而保證整個行業(yè)的裝機規(guī)模。”

發(fā)展大型風光基地，是實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要支撐。“在風光資源富集地區(qū)，開展大型風電光伏基地建設意義重大?！痹谒娝?guī)劃設計總院新能源部太陽能處處長王昊軼看來，建設千萬千瓦級風光大基地，既有利于推動風電光伏大規(guī)模、高比例發(fā)展，還能推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，減碳效益明顯，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。

同時，在現(xiàn)有跨省區(qū)輸電通道送端地區(qū)建設大型風光基地項目，可充分利用剩余輸電通道空間，提高通道利用率，降低平均輸電成本，實現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置。

此外，建設大型風光基地項目，能夠促投資、穩(wěn)增長，帶動西部地區(qū)當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興，替代存量火電，對沖煤電虧損。

3風電場現(xiàn)場運維安全系統(tǒng)的研究

3.1風電場現(xiàn)場運維及安全分析

在多次調(diào)研中發(fā)現(xiàn)風電場運維管控存在諸多的問題和需求，主要集中在：

（1）風電場位置偏遠、站點分散、人員較少，安全運維不及時，成本高;

（2）風電場SCADA、NCS、繼保等系統(tǒng)的主機通常不安裝防病毒軟件（可能存在不兼容、誤殺、應用異常退出等問題），運維過程可能導致病毒通過移動設備入侵;

（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡設備安全可控、傳輸加密及網(wǎng)絡安全集中管控等防護手

段不足;

（4）運維缺乏有效的管控措施和審計手段，易導致病毒感染、非法操作、人員管控混亂等現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)問題無法回溯問題，職責無法清晰;

（5）風電場網(wǎng)絡安全防護還無法滿足《網(wǎng)絡安全法》、《等級保護2.0》新版法規(guī)相應要求。

3.2風電場現(xiàn)場運維安全系統(tǒng)研究的主要技術問題當前現(xiàn)場運維的安全防護主要技術問題：

（1）現(xiàn)場運維協(xié)議、接口多樣化，如有網(wǎng)口、串口等;

（2）如何保證U盤等移動介質(zhì)在數(shù)據(jù)交換過程中的安全性;

（3）如何對運維人員的身份進行認證;

（4）如何對運維人員運維時的操作過程進行審計記錄，包括錄屏審計以及通信協(xié)議審計;

（5）對現(xiàn)場運維人員運維時的權限進行控制，實現(xiàn)可操作的最小權限化;

（6）因為現(xiàn)場運維環(huán)境不固定，需要實現(xiàn)設備的可移動化。

4新能源電站現(xiàn)場運維安全系統(tǒng)設計

4.1光伏發(fā)電不確定性

光伏發(fā)電出力大小與太陽輻射因素密切相關，具有較強不確定性，光伏功率預測誤差可看似正態(tài)分布。不同時間下的光伏出力預測誤差是不同的，短時間內(nèi)誤差分布存在對稱性，長時間誤差分布在設定的額定功率范圍內(nèi)。

傳統(tǒng)儲電站儲能過程中，為保持儲電站備用容量，備用容量在新能源不確定性分布模型支持下，需確保儲電站實現(xiàn)自身安全穩(wěn)定運行的同時，精準預測儲電站儲能容量。尤其是電網(wǎng)儲電站，分散接入新能源儲電站后電量存儲的隨機性、波動性會增加電網(wǎng)儲電站不確定性運行狀態(tài)。因此，精準分析儲電站儲能容量配置不確定性因素能夠為實現(xiàn)儲能容量配置優(yōu)化提供基礎。

4.2創(chuàng)新融合是重點方向

機遇與挑戰(zhàn)并存，新能源電站設計開發(fā)如何不斷創(chuàng)新？業(yè)內(nèi)人士表示，度電低、發(fā)電高、能存儲、環(huán)境好是新能源電站開發(fā)的重要因素。

“多場景應用，是未來新能源電站設計的主題。”惠星說，結合生態(tài)、農(nóng)業(yè)、荒漠恢復等多場景，需發(fā)展“新能源+”應用。

“雙碳要求下，風電光伏將迎來長期良好的發(fā)展機遇，在發(fā)展模式上應堅持集中分散并舉、陸上海上并舉、就近與外送消納并舉、多能互補、單一與多場景并舉。”王昊軼表示，創(chuàng)新融合是新能源電站未來發(fā)展的重點方向，“一是與開發(fā)場地的融合，二是能源開發(fā)利用之間的技術融合，三是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的融合?！?/p>

“未來，電站建設形式更加多元化、多樣化、綜合化?！眲⒆g陽表示，在保障性規(guī)模和市場化規(guī)模的“雙通道”管理理念下，新能源將形成普通地面電站、大型新能源基地、分布式光伏與源網(wǎng)荷儲、多能互補等多種模式并存的發(fā)展格局。

4.3現(xiàn)場運維安全系統(tǒng)工作

現(xiàn)場運維安全系統(tǒng)工作流程大致分為5個步驟：

（1）到現(xiàn)場進行運維工作前，在管控中心平臺服務器上建立運維用戶及配置運維策略，將運維安全裝置與管控中心平臺服務器相連，下載運維用戶和運維策略。

（2）攜帶運維安全裝置到運維現(xiàn)場。

（3）將運維安全裝置串接在筆記本或外部存儲介質(zhì)U盤和風電場電力監(jiān)控系統(tǒng)對象（服務器、通訊及網(wǎng)絡設備、自動化設備）中間，登錄賬戶，選擇相應的運維策略進行運維工作。

（4）運維工作結束，將運維安全裝置帶回至管控中心。

（5）將運維安全裝置與平臺服務器相連，上傳現(xiàn)場操作審計數(shù)據(jù)。

4.4硬件設計

運維安全系統(tǒng)平臺服務器：用于系統(tǒng)配置，運行平臺服務程序，接收和存儲前端數(shù)據(jù)采集（現(xiàn)場運維安全裝置）的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運維審計數(shù)據(jù)的記錄、回放與分析。

現(xiàn)場運維安全裝置運維接口整合模塊：該模塊主要是對網(wǎng)口、串口以及USB口等多種接口進行支持，實現(xiàn)對現(xiàn)場基于各種接口以及協(xié)議的運維過程進行統(tǒng)一管控。

現(xiàn)場運維安全裝置身份認證模塊：該模塊主要身份證、指紋模塊，實現(xiàn)從卡識別到生物識別來對運維人員的身份進行認證。

現(xiàn)場運維安全裝置防火墻模塊：該模塊用于對運維筆記本需要訪問的對象系統(tǒng)進行權限控制，杜絕了非授權訪問以及基于敏感端口的病毒傳播

和惡意網(wǎng)絡攻擊。

現(xiàn)場運維安全裝置視頻數(shù)據(jù)采集模塊：該模塊主要實現(xiàn)對筆記本屏幕進行同步采集，記錄。

現(xiàn)場運維安全裝置數(shù)據(jù)單向擺渡模塊：該模塊主要實現(xiàn)當外部U盤等移動介質(zhì)要進行數(shù)據(jù)擺渡時，外部U盤不會直接接觸到風電場電力監(jiān)控系統(tǒng)對象，而是先將數(shù)據(jù)拷貝到該數(shù)據(jù)單向擺渡模塊中進行殺毒，然后再經(jīng)由另外一個單向數(shù)據(jù)擺渡模塊拷貝到風電場電力監(jiān)控系統(tǒng)對象中，確保接觸對象的U盤和數(shù)據(jù)都是完全安全可靠的。

現(xiàn)場運維安全裝置前端顯示模塊：該模塊主要提供給運維人員進行運維安全裝置的軟件操作。

結束語

綜上所述，結合儲電站實際運行特點，充分考慮新能源不確定性，為實現(xiàn)區(qū)域獨立供電提供有效解決方案。通過實驗也證實了該技術對于儲電站儲能容量配置優(yōu)化，具有可靠性和穩(wěn)定性，為儲能配置規(guī)劃提供參考依據(jù)。

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煤電企業(yè)要不斷開拓創(chuàng)新，以傳統(tǒng)煤電為立足點，通過與新能源及儲能的深度融合，充分發(fā)揮各產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢補齊短板，在不同情境下靈活調(diào)整運行模式，合理高效利用能源，從而實現(xiàn)“外減碳”。

結束語

綜上所述，“雙碳”背景下，我國電力系統(tǒng)電源結構將發(fā)生深刻變革，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)為電力系統(tǒng)的發(fā)展定下了基調(diào)，將新能源提升到了前所未有的新高度，以風電、光伏為主的新能源必將迎來一輪爆發(fā)式增長。當前新技術不斷出現(xiàn)，但新技術產(chǎn)業(yè)化很難，要變成一個示范項目需要大量投資。

參考文獻：

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