風(fēng)電遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件集成安全性的探索與研究

摘要：風(fēng)電遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)是將分散于各地的風(fēng)電場進(jìn)行集中的監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，采集各風(fēng)電場的風(fēng)機監(jiān)控數(shù)據(jù)、升壓站運動系統(tǒng)數(shù)據(jù)，下發(fā)風(fēng)機、運動設(shè)備控制與調(diào)節(jié)指令。確保集中監(jiān)控系統(tǒng)與各風(fēng)電場之間采集與下發(fā)數(shù)據(jù)的安全性是集中監(jiān)控系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)安全性探索

1 概述

隨著我國風(fēng)電的迅速發(fā)展，同一風(fēng)電公司擁有多個風(fēng)電場，但所處位置偏遠(yuǎn)，風(fēng)電人員技術(shù)偏低，不僅給風(fēng)電公司的生產(chǎn)運營管理帶來困難，也給電網(wǎng)的調(diào)度和電網(wǎng)的安全運行帶來很多問題。根據(jù)風(fēng)電發(fā)展的狀況和趨勢以及風(fēng)電場運營的特點，風(fēng)電場實施“集中控制，少人值守，無人值班”將是今后風(fēng)電發(fā)展的必然所趨，也是風(fēng)電運營企業(yè)適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度要求的關(guān)鍵所在。

風(fēng)電監(jiān)控由原來每個風(fēng)電場的獨立分散監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)調(diào)度側(cè)、風(fēng)電場等多方參與的綜合集中監(jiān)控。為確保所監(jiān)控的風(fēng)電機組群實施遠(yuǎn)程運行優(yōu)化與控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)風(fēng)機出力和對無功及電壓的調(diào)節(jié)（AGC和AVC控制），保證大規(guī)模風(fēng)電機組群并網(wǎng)后電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運行，為確保高效推進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電機組群并網(wǎng)、電網(wǎng)實行“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”提供了有效的技術(shù)保障。本文旨在探索和研究風(fēng)電集中監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件集成安全性技術(shù)方案。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

風(fēng)電場集中監(jiān)控系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，以SCADA監(jiān)控軟件為基礎(chǔ)監(jiān)控手段，通過部署在各風(fēng)電場的數(shù)據(jù)采集裝置和采集軟件，采集各風(fēng)電場的風(fēng)機監(jiān)控數(shù)據(jù)、升壓站遠(yuǎn)動系統(tǒng)四遙數(shù)據(jù)、電計量小站數(shù)據(jù)、保護(hù)裝置及故障錄波器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)通過Modbus、DISA、IEC103、IEC104、OPC等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實時采集，并通過網(wǎng)絡(luò)專線接入遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心。從而將各風(fēng)電場的各類異構(gòu)系統(tǒng)整合至集控中心統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺中，實現(xiàn)了真正意義上的從數(shù)據(jù)構(gòu)建層面、應(yīng)用層面整合的大集控系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用意義

3.1 突破區(qū)域和距離的限制，使風(fēng)電管理人員、技術(shù)人員可以實時、全面的掌控遠(yuǎn)在百里之外的風(fēng)電場生產(chǎn)運行情況，從而進(jìn)行整體、有效的風(fēng)電場安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行監(jiān)控與生產(chǎn)管理，提高了生產(chǎn)管理水平。

3.2 可以有效利用公司風(fēng)電人才資源，通過集控中心的信息平臺構(gòu)建遠(yuǎn)程專家在線系統(tǒng)，指導(dǎo)各風(fēng)電場的運行、維護(hù)、檢修，實現(xiàn)人才資源的優(yōu)化利用，從而降低生產(chǎn)運營成本，提高運行維護(hù)管理水平。

3.3 可以利用集控中心的信息平臺，對各風(fēng)場的運行情況進(jìn)行橫向（不同風(fēng)電場間、同類設(shè)備不同廠家間）、縱向（同一數(shù)據(jù)不同時間段內(nèi)）的統(tǒng)計分析對比，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題，優(yōu)化運行，降低檢修成本，提高風(fēng)電設(shè)備可用率和運行維護(hù)管理水平。

3.4 系統(tǒng)嚴(yán)格按照五防規(guī)則要求和嚴(yán)密的安全設(shè)置權(quán)限來保證控制的安全性和準(zhǔn)確性。在保證控制與調(diào)節(jié)的安全性的前提下，運行人員可在集中監(jiān)控中心同時對多個風(fēng)場的運動設(shè)備和風(fēng)機控制與調(diào)節(jié)。

3.5 實現(xiàn)對各風(fēng)電場的AGC和AVC控制，保證風(fēng)電機組群并網(wǎng)后的電能質(zhì)量以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運行。

4 系統(tǒng)設(shè)計理念

4.1 系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)安全性機制，采用分層全開放系統(tǒng)設(shè)計、全分布式多服務(wù)器冗余網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

4.2 分級分層權(quán)限和安全管理，采用風(fēng)場現(xiàn)場、風(fēng)場主控、集控系統(tǒng)三級控制策略，確保控制的有序進(jìn)行。集控系統(tǒng)內(nèi)分層、分級的安全控制策略，嚴(yán)控操作權(quán)限。預(yù)操作機制確保對相關(guān)操作的安全性進(jìn)行預(yù)評估，防止誤操作。

4.3 采用防火墻和物理隔離設(shè)備，部署在不同安全區(qū)的邊界，對系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信實施安全防護(hù)；確保了系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和可擴展性。

4.4 硬件網(wǎng)絡(luò)集成實例（見圖例1）

大唐山東風(fēng)電集中監(jiān)控中心項目位于青島市嶗山區(qū)，于2010年8月開始實施，12月開始機房裝修及建設(shè)調(diào)研，2011年3月底進(jìn)駐裝修，4月底完成初步裝修，并進(jìn)行硬件系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，5月底開始軟件系統(tǒng)的調(diào)試工作，先后經(jīng)歷了需求調(diào)研、方案設(shè)計、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、系統(tǒng)集成與功能實現(xiàn)、上線試運行、功能完善等階段，截止10月已完成萊州、東營、文登、云山四個風(fēng)電場升壓站和文登、云山、萊州三個風(fēng)電場157臺風(fēng)機的信息接入、存儲工作。

目前，監(jiān)控系統(tǒng)已具備實時監(jiān)視、電氣設(shè)備、風(fēng)機控制與調(diào)節(jié)、故障告警、事件順序記錄、事故追憶、報表、計算和統(tǒng)計、視頻監(jiān)控和外網(wǎng)展示等功能。

4.4.1 網(wǎng)絡(luò)專線和鏈路冗余

風(fēng)電集中監(jiān)控系統(tǒng)與各風(fēng)電場由三條2M聯(lián)通專線連接：第一條線路傳輸視頻數(shù)據(jù)、第二條線路傳輸控制數(shù)據(jù)、第三條線路傳輸采集數(shù)據(jù)。

冗余設(shè)計：當(dāng)?shù)诙l控制線路出現(xiàn)故障，控制數(shù)據(jù)自動切換至第三條采集線路傳輸；當(dāng)?shù)谌龡l采集線路出線故障，采集數(shù)據(jù)自動切換到第一條視頻線路傳輸；第二條與第三條線路同時出現(xiàn)故障，控制數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)切換至第一條視頻線路傳輸。接入交換機至核心交換機采用主、備線路連接，實現(xiàn)主線路或設(shè)備線路出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)連通性不受影響。通過線路專用及線路冗余切換功能，保證了線路通信的穩(wěn)定性及安全性。

4.4.2 核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備冗余

實現(xiàn)核心交換機冗余、防火墻冗余、負(fù)載均衡冗余，正常工作時，一臺為主設(shè)備，一臺為備份設(shè)備，當(dāng)主設(shè)備出現(xiàn)故障，自動切換至備份設(shè)備，主設(shè)備恢復(fù)，備份設(shè)備再自動切換回主設(shè)備。通過核心設(shè)備的冗余極大的提供了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，減少了單點故障。

4.4.3 主機高可用性

實現(xiàn)ROSE雙機、windows群集、主機磁盤冗余，ROSE雙機與Windows群集都是把兩臺主機虛擬成一臺邏輯主機，當(dāng)一臺主機故障，邏輯主機提供功能不受影響。主機磁盤冗余主要采用raid5、raid1+0技術(shù)把幾片物理磁盤虛擬成一個邏輯空間，當(dāng)有一片物理磁盤出現(xiàn)故障，主機上儲存的數(shù)據(jù)不受影響。

4.4.4 SAN存儲系統(tǒng)

由HP EVA4400機架式存儲磁盤陣列柜提供專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，可以實現(xiàn)RAID 0-RAID5磁盤備份技術(shù)，并且使用兩臺主備的高性能光纖交換機與EVA4400 共同實現(xiàn)了高性能的SAN存儲系統(tǒng)，EVA4400為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供了極高的安全存儲壞境，任一臺把數(shù)據(jù)存儲在陣列柜的主機故障，數(shù)據(jù)不受影響。EVA440既有極大的擴容能力，最大可以支持96TB磁盤容量，為系統(tǒng)的后期擴容提供了極大的便捷性。

4.4.5 備份系統(tǒng)

由HP DP備份軟件和SUN-STK- SL24磁帶庫組成，過期歷史數(shù)據(jù)可以通過備份軟件存儲到磁帶內(nèi)，然后進(jìn)行封存，需要使用時再通過磁帶庫系統(tǒng)，從磁帶中讀出到應(yīng)用系統(tǒng)中，備份系統(tǒng)可以備份主要服務(wù)器的系統(tǒng)環(huán)境，及工業(yè)庫及關(guān)系庫的數(shù)據(jù)備份，保證了系統(tǒng)故障后系統(tǒng)的可恢復(fù)性及監(jiān)控數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性。

4.4.6 安全分類

集控中心主機系統(tǒng)按功能被劃分入不同的VLAN內(nèi)，每個VLAN均是一個獨立的網(wǎng)段，VLAN劃分可以有效的隔離廣播風(fēng)暴、防泛病毒大范圍傳播等，VLAN劃分提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性。

4.4.7 安全訪問

通過設(shè)置防火墻規(guī)則，只允許風(fēng)電場某些設(shè)備訪問集控中心，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全杜絕了非法訪問，保證了系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛俊，童陸園，耿俊成.配電系統(tǒng)多媒體網(wǎng)絡(luò)RTU的設(shè)計和實現(xiàn).

[2]劉莉莉，段斌.風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)安全接口單元設(shè)計電力系統(tǒng)通訊.

[3]孫楠，冉香坤，鐘聲.大型風(fēng)電場的計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng).

[4]劉莉莉，段斌，李晶.基于IEC61850的風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)安全訪問控制模塊設(shè)計.

[5]王松，姚興佳，李春影.風(fēng)電場遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā).

[6]宋曉萍，廖明夫.基于Internet的風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)框架設(shè)計.