多层网络架构中新能源远程集控平台构建技术研究与应用_包晓军.pdf

电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|229网络与信息安全多层网络架构中新能源远程集控平台 构建技术研究与应用包晓军上海华电闵行能源有限公司，上海，201108摘要：新能源作为国家战略性新兴产业，已经迎来了能源生产和消费革命的新篇章。为积极推进风电、光伏等新能源的开发和利用，适应新能源项目集约化管理的转型发展，建设区域新能源集控中心势在必行。同时，某集团区域公司为积极响应集团关于综合能源服务业务的有关部署，已提前完成能源环境管理平台三区的建设及两个光伏电站的部分数据接入，并完成发布。在此，本文以某光伏电站远程集控项目为基础，重点对在现有能源环境平台下构建区域新能源风、光项目远程集控平台建设的难点和重点进行了分析和介绍，以便有助于更好推广新能源远程集控平台技术应用，也为新能源项目的集约化管控起到引领和示范作用。关键词：风；光电；远程集控；互联网+；平台应用技术中图分类号:TN929.5文献标志码:ADOI:10.19772/ki.2096-4455.2023.1.053 0引言光伏电站地域分散，不同光伏电站的设备、光照、环境等不同，导致各子系统发电情况也不同。运行人员或管理层需要随时掌握各光伏场站的运行状况，并对不同电站运行情况相互比较，掌握全局，而光伏电站本地的监控系统无法满足要求。在这种情况下，建设光伏远程集控平台可提高光伏电站的运行维护水平。某集团上海区域有三家在运光伏电站，包括分布式光伏电站两座、集中式光伏电站一座，本文主要研究面向集中式、分布式电站的远程集控技术以及远程集控平台的构建。1新能源光伏场站监控系统简介新能源光伏场站监控系统包括光伏监控系统、开关站计算机监控系统、继电保护与自动装置系统等1-2。1.1光伏监控系统光伏监控系统对光伏发电系统相关设备的实时运行状态进行监控与管理，提供在线监控、实时告警、报表工具等功能。监控对象主要包括逆变器、汇流箱、开关柜、变压器等设备。数据采集方式：逆变器、汇流箱数据通过逆变器自身配置的通信模块进行传输，传输方式为PLC电力载波通信，采集的数据包括逆变器两侧、并网开关的电流、电压、功率等；箱变数据侧接入至三合一箱变测控装置，通信方式可以是光纤、无线GPRS等，采集箱变的高低压侧开关/断路器状态信号、遥测信号、非电量信号等。光伏监控系统的通信方案：三合一箱变测控装置、逆变器通信模块通过汇集交换机进行数据汇集后，再通过光纤环网接入到光伏监控系统的接入层交换机。光伏监控系统主要功能：基于人机操作界面，为运维人员提供实时监控、控制操作、报表生成、曲线浏览等功能。同时，在任何非正常运行情况下，如故障和紧急停机、人工停机和开机、周围温度超高等，提供视音频告警。1.2光伏并网开关站/变电站计算机监控系统集中式光伏电站开关站为35kV电压等级，配置变电站综合自动化监控系统。基于开关站的电气二次设备（如信号测控装置、自动装置、保作者简介：包晓军，女，汉族，江苏常州，本科，高级工程师，研究方向：电力工程与自动化。dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术230|护装置及远动终端等），应用自动控制技术、微机及网络通信技术，经过功能组合和优化设计，通过计算机软硬件系统对开关站内设备实现运行人员的实时监视、自动调节和保护功能3。开关站综合自动化监控系统的系统结构配置采用分层分布、开放式系统结构，主要设备为冗余配置，互为热备用，能无扰切换，可分为站控层、网络层和间隔层。站控层为全站设备监视、测量、控制、管理中心，通过光缆或屏蔽双绞线与间隔层连接，主要设备包括操作员站、远动工作站、网络交换机、通信管理机、报警音响等。网络层主要设备包括网络设备及规约转换接口等。间隔层按照不同的电气设备，分别布置在对应的开关柜内，在站控层失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔层设备的监视和断路器控制功能，主要设备有汇流箱数据采集处理装置、逆变器监控单元、箱变测控单元、环境参数采集装置以及电气一次设备所用的保护、测量、计量设备等二次设备。变电站综合自动化监控系统将通过远动工作站与调度中心进行通信。网络结构采用双光纤以太网。站控层设备和间隔层设备都采用直接上网的方式。安全防护系统需满足电力二次系统安全防护规定等生产区与非生产区网络的隔离防护要求。1.3调度自动化并网电站的系统调度自动化部分还应满足当地电力公司的接入要求。以上海某集中式光伏电站为例：监控系统配置两套冗余配置的远动通信服务器，采用专用装置、无硬盘型专用操作系统。远动信号根据“直采直送”原则，从计算机监控系统间隔层测控单元直接获取远动信息并向调度端传送。网络层协议采用TCP/IP通信协议，应用层协议采用DL/T634.5104。根据当地电网的现行调度管理体制，集中式光伏电站一般接受市调和地调两级调度，发电出力信息送市调，并网出线信息送地调。2能源环境管理平台介绍2.1支撑平台介绍“能源环境管理平台”依托的支撑平台是国电自主研发的DS6000通用软件平台，操作系统是开源的linux内核的Ubuntu操作系统，所采用的数据库是进口商用的ORACLE（11g）数据库。该系统的主要功能包括：数据采集、数据处理、报警处理、人机界面、报表打印、事故反演、权限管理、时钟同步。2.2已有架构平台现有架构共有采集服务器一台、数据/应用服务器两台、区域生产运营监管平台服务器一台、发布服务器一台、工作站两台。主干网采用双网架构，广域网采用单网架构。采集网与运营商专线之间、主干网与广域网之间均采用防火墙隔离。现场拥有但未使用的设备还包括正/反向隔离设备各一台、发布服务器一台4。2.3数据接入现状平台现接入的数据有：上海某分布式能源站DCS系统、上海某分布式光伏、上海某集中式光伏、上海某三联供能源站SIS系统、上海某燃气机组SIS系统、上海某分布式能源站SIS系统及DCS系统。其中光伏场站接入的数据有：电压、电流、功率、报警、开关状态等信号，但对于光伏发电设备级的数据，如逆变器等数据信号未接入5-6。3构建新能源远程集控平台的重点和难点3.1各光伏场站侧监控系统数据接入远程集控系统建设时应将所辖的存量光伏场站接入，还需考虑所辖新建新能源场站投产时应同步接入远程集中监视平台系统。3.2和已有综合能源平台系统衔接需在已有“能源环境管理平台”的基础上对平台架构、硬件配置、软件功能进行升级改造。3.3远程通信链路的选用为满足电力二次防护要求，场站侧至集控中心的通信链路考虑租用可扩容电力调度专网，带宽为4M，以集控中心大厦为中心节点，各分支节点分别与集控中心大厦组成星形组网，如电力调度专网暂无法租赁到，可考虑租赁运营商的4M专网用于部署设备实时监控功能模块。安全分 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|231网络与信息安全区内的任何主机设备的IP地址均按照上级部门统一规划配置。集控中心与新能源场站间视频等业务信息传输宜采用独立专线通道，不与数据传输共用专线通道。3.4调度系统的处理由于某集中式光伏电站接入系统是以35kV电压等级接入电网，接受地调和市调双重调度，集控中心新建调度通信系统，以满足该光伏电站的调度要求。同时对厂站端安全架构进行安全加固。4新能源远程集控平台技术架构集中监控系统构建标准、通用的软硬件基础平台，部署各项功能应用，遵循自主可控、安全可靠的原则，具备标准性、可靠性、可用性、安全性、扩展性。根据各地区的集控站规模合理选择和配置软硬件7。4.1总体原则一是平台数据统一原则，应建立统一数据平台，实现接入数据的统一存储、应用及分析。二是安全部署原则，安全设备应包括纵向加密认证装置、防火墙、正向隔离装置，宜包括入侵检测装置、安全审计装置及防病毒系统。三是遵循自主可控、安全可靠的原则，建立平台和应用分离的软件架构，实现专业应用在通用平台上独立部署和升级，支撑运行监视、操作与控制、监控业务管理、系统维护应用功能，以及主辅设备的一体化监控和全景展示8。四是主要性能指标应满足以下要求：正常状态下：在任意5分钟内，服务器CPU的平均负荷率15%，人机工作站CPU的平均负荷率20%，主站局域网的平均负荷率20%；事故状态下：在任意30秒内，服务器CPU的平均负荷率30%，人机工作站CPU的平均负荷率40%，主站局域网的平均负荷率30%；服务总线并发数不低于1000个；历史数据存储时间跨度3年。4.2系统架构集中监控系统基于通用基础平台，具有良好的开放性，能满足系统集成和应用不断发展的需要，支持专业应用的兼容部署，实现运行监视、操作与控制、监控业务管理、系统维护四类应用，根据业务流程及需求可进行场景化集成。区主要实现主设备监视与控制、辅设备重要信息监视、系统维护等应用功能，区主要实现辅助设备监视与控制等应用功能，区主要实现监控业务管理、在线智能巡视等应用功能。4.3平台功能新能源远程集控平台的支撑平台层在整个体系结构中处于核心地位，设计是否合理直接关系到整个系统的结构、开放性和集成能力。支撑平台进一步又可将其归纳为集成总线层、数据总线层、公共服务层三层，集成总线层提供各公共服务元素、各应用系统以及第三方软件之间规范化的交互机制，提供跨/区的各子系统的交互方式，区子系统通过安全接入区接入平台；数据总线层为它们提供适当的数据访问服务；公共服务层为各应用系统实现应用功能提供各种服务，比如图形界面、报表服务、告警等9。5实施方案5.1基本原则根据调研，因各光伏集控的主要功能侧重于数据监视、统计及分析，而光伏的发电过程随着光照强度变化而自启停，无需人工调节，如实现远程控制也仅限于对升压站电气开关的操作，且从安全性角度出发，电气开关的操作均需现场人员执行，远程控制功能的实际意义不大。因此，按照光伏电站“只监不控、风光分开”的原则，分期在区域新能源远程集控中心建设集控平台，一期先行接入光伏电站的运行监视数据，可在安全三区利用已有的综合能源环境管理平台部署建设光伏集中监视平台，并预留可扩展空间。后期再根据规划进展建设风电集控平台10。5.2光伏集中监视平台建设方案可结合现有的“能源环境管理平台”，考虑两种方案建设，一是全部利用“能源环境管理平dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术232|台”硬件和基础软件，进行完善和开发；二是仅利用“能源环境管理平台”硬件，新增一套平台软件，进行开发和改造。软件部分除在各台服务器、工作站部署操作系统软件外，还部署数据库（历史数据服务器）、系统支撑平台以及SCADA等软件。硬件采用双机双网结构，服务器、工作站、交换机等主要硬件设备采用冗余配置，避免单点硬件故障导致系统瘫痪11。根据调研，为实现后续新能源项目的接入和扩容，本项目将采用国网引进的最先进调度平台技术开发设计的IPS6900新能源一体化平台监控系统。该平台将采用C/S+B/S软件架构、跨安全/区的系统架构，数据库和操作系统均国产自主可控，同时具备50万点的实时数据并发处理能力。通过建立新能源一体化数据中台，为新能源场站的调度、运维、运营各专业提供数据调用、数据监控、数据分析与数据展现等服务。IPS6900典型案例包括集团首个海风项目福建福清海坛海峡300MW海上风电一体化监控项目、新疆华电鄯善光伏90WMp项目、国电投湛江600MW徐闻海上风电一体化监控项目。5.3电力专线及运营商通信专线链路接入中国联通广域以太网专线电路产品是构建于MSTP设备平台上通过以太网接口为客户提供点对点的数据专线业务。该产品是基于SDH传输技术，利用GFP协议实现以太网的帧到SDH的VC通道的映射，为用户提供兼有SDH网络的高可靠性与以太网的易用性的多速率数据传送功能，因此可以用作远程集中监视平台的通信链路12。电力专线网因安全防护等级高，三区需由调度数据网三区专网承载，还需配置相应的电力用安全防护设备，投资较大，暂不考虑。针对集中式光伏电站的接入升压站为35kV等级，只需在厂站侧增设安全接入区进行安全隔离，通过正/反向隔离装置与生产控制大区进行隔离。此外，为实现各场站视频流的传输，各场站还需单独租用20M带宽的