新能源集控系統規劃及建設方案設計

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量逐漸增多，對場站進行單獨管理呈現效率降低、成本升高的趨勢。此外，現場工作重心主要集中在設備檢修和運維方面，而監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，新能源集控系統的建設已成為各新能源企業未來發展的方向。通過集控系統的建設，可以為新能源場站智能化發展提供堅實的技術支撐，并提高新能源場站的專業化管理水平。

本文根據新能源場站的實際情況以及過去的規劃理念，結合網絡安全等級保護要求，設計了新能源集控系統的整體框架和建設方案，提出了一種業務中心規劃、功能開放互通、軟件分層部署、網絡安全分區的集控系統架構。基于該架構，詳細規劃了通信系統建設方案，并對集控系統提出了詳細的功能設計要求。

集控系統框架設計

目前，相關企業對集控中心專業功能的需求逐步增強，涉及系統眾多，若采用分散布置模式，將需要建設多個獨立的系統，需要在各系統間采取點對點接口方式進行數據交互。而且由于各系統數據獨立，不便于開發新的應用功能。而在標準、通用的軟硬件基礎平臺上構建一體化主站系統，具有可靠性高、經濟性好、擴展性強等優勢，是未來自動化集控主站系統的發展趨勢。

因此，集控中心的設計原則是以一體化平臺構建為基礎，以集控應用建設為核心，在統一的平臺上建設集中監控、電能量采集等應用功能，通過一體化平臺實現全方位的數據處理分析，同時對集控系統進行安全分區，明確各分區的安全要求，最終構建一套功能完善、全面開放、安全可靠的集控一體化主站系統。

由新能源場站分布特點，確定新能源集控系統為“一主多從”的部署模式。將新能源集控系統依照不同角度分別劃分為不同結構，劃分方式如圖1所示。其中，場站監控層實現對現場的監控和數據上傳；中心集控層實現遠程集中監視和控制；上級監管層實現與電網調度和上級集團的協調溝通。監控層采用集控中心遠程SCADA值班管理模式；平臺層采用大數據平臺體系；應用層實現數據與業務的智能融合分析。安全I區為生產實時控制區，直接實現對電力一次系統的實時監控；安全II區為生產非實時控制區，在線運行但不具備控制功能；安全III區為集控應用系統和工業電視監控系統，實現大數據處理優化；安全IV區為電力企業管理系統，實現員工辦公、電子“兩票”管理等。監控中心實現遠程集中監視和控制，安全中心實現安全防護，數據中心實現大數據存儲、處理，應用中心實現數據展示。

集控系統網絡架構如圖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數據、視頻數據。集控中心被劃分為生產控制大區和管理信息大區，二者采用物理隔離裝置連接，并在整個集控中心內部署安全管理中心，實現集控系統的安全防護。集控中心系統內服務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，實現服務器CPU、內存等的最優化利用。集群系統擴展性強，未來可通過新增服務器、磁盤陣列的方式對資源池進行擴容。

集控系統通信網絡建設

集控系統整合新能源場站各類信息系統，需要在各系統與應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控系統、風電機組/光伏陣列監控系統、功率預測系統等子系統，電網調度系統，上級集團集中監控中心OA系統，第三方服務商系統。

一、通信系統建設方案

由于新能源場站地理位置偏遠，自主建設光纖通道投資過大，且不利于維護。租用通道（一般包括電網通道和運營商通道）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的問題。電網所建的光傳輸網足夠堅強，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據監控的要求。

按照新能源場站接入系統的要求，各場站在接入電網系統并網發電投運的同時，也必須建成至地調或省調的通信通道，上傳升壓站相關運行信息。因此，集控系統下轄的各場站運行信息可通過對這一通信通道的擴容及共享來完成通信并組網，實現集控中心與各場站的建設投運周期同步，對于將來的運行管理和與電網調度的協同配合都有很大的好處。

新能源場站建成后，運營商公網將會隨之實現覆蓋，滿足場站內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容及共享來完成通信并組網。同時，各場站通過租用電網通道及公網通道作為熱備冗余通道，滿足了電網及企業對數據傳輸可靠性的要求。

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

二、業務通道帶寬確定

根據新能源集控中心主站系統對信息采集的要求，各場站至集控中心的業務類型分為生產業務和管理業務，其中，生產業務可分為實時業務、非實時業務。以風電場為例，其各系統通信速率如表1所示。

根據用戶業務需求，暫定需接入的數據包括：升壓站監控、機組監控、視頻監控等。在新能源集控中心配置兩套匯聚路由器。在每個風電場單獨配置2套2M專線接入路由器，分別向電網及運營商各租用1個用于傳輸監控數據的2M帶寬通道，以及向運營商租用1個用于傳輸視頻監控數據的40M帶寬通道，實現將各場站的統一信息傳輸至集控中心。新能源場站通信系統如圖3所示。

三、集控中心至電網調度通信系統建設

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

（1）直接敷設2根24芯普通光纜至電網

本方案考慮從新能源集控中心直接敷設2根24芯普通光纜至電網調度側配線柜，接入電網調度數據網，形成2個集控中心至電網調度光纜路由。

（2）敷設2根24芯普通光纜分別至電網變電站

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

在實際應用中，可根據現實情況對不同方案進行技術經濟對比，并考慮后期維護和安全防護的影響確定最終方案。

集控系統功能設計規范

一、安全I區集控功能

（1）遠程監視

集控系統應對場站端數據進行周期性查詢，包括各類模擬量和開關量等；實時數據監測的內容包括關鍵參數、省級信息、場站信息、風電機組及部件信息、光伏陣列信息、升壓站信息等。顯示方式至少應包括：列表、矩陣、線路圖、柱狀圖、趨勢、報警、操作等。頁面實時數據刷新頻率小于2s/次，各頁面切換時間小于1s。

（2）遠程控制

集控人員可控制兩狀態設備如斷路器和隔離開關，三狀態設備如電動隔離開關，多狀態（升/降）設備如變壓器分接頭，設定值設備如發電機控制器、控制序列預定義設備、無功補償設備。

（3）分層分控

系統具有橫向的責任區處理功能和縱向的權限管理功能，系統的其他任何功能都與這兩項功能進行有機的統一：無論是具體設備對象、對象組合，還是系統的處理功能，每一個功能步驟均考慮同步實現責任區處理功能和權限管理功能。

（4）集控五防

系統應提供基于網絡拓撲的系統級智能五防功能，對在集控中心進行的操作進行防誤閉鎖判斷，每次遙控操作均需檢測與所操作對象有關聯的設備，保證控制操作的安全。

（5）人機交互

系統應提供公共的、一體化的具有靈活定制和集成能力的圖形用戶界面，為各類應用提供統一的人機服務界面。用戶界面應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，用戶可根據需要隨時切換主顯示窗口，其應包括基本畫面、SVG圖形和3D可視化界面等展示功能。

二、安全II區輔助功能

（1）功率預測

通過在安全II區設置功率預測信息接收服務器，將各場站的功率預測信息上傳至集控指揮中心主站系統，進行所轄場站的功率預測統計分析。

（2）保信主站

保信主站系統能夠與不同廠家、不同型號的子站系統進行通信，實現召喚、控制、初始化配置等功能；能對子站上送的保護事件、異常及開關量變位等信息進行分類處理及保存；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、開關量狀態。

模型數據交換過程為：子站端按照繼電保護信息系統模型數據交換格式規范生成CIM文件，主站端通過規約以調用通用文件的方式獲取子站端生成的CIM文件并導入主站（在生成和導入過程中要求模型數據不丟失），轉換為主站的私有模型數據。主站和子站間模型的交換過程如圖5所示。

（3）電能量計量

電能量計量系統功能可以劃分為電能量數據采集和處理、電能量數據應用兩大功能。在電能量數據采集和處理的基礎上增加電能量數據應用功能，結合電力市場的報價系統等，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支持系統，以便適應全面開放的電力市場運營的需要。

三、安全III區應用功能

可以將人機界面轉換為瀏覽器頁面，并通過網絡發送到Web服務器。Web包括但不限于如下功能：

（1）實時畫面數據顯示：基于安全I區SCADA畫面，對展示界面進行優化，刷新頻率可自定義。

（2）歷史曲線顯示：歷史曲線可依據客戶需求進行疊加。

（3）報表查看：瀏覽器支持生產報表查看，并提供下載及格式轉換功能。

（4）告警信息查詢：可隨時查看SCADA所產生的各種告警信息。

（5）采用B/S架構，通過https進行數據傳輸，支持各類用戶通過瀏覽器調用Web服務。

（6）數據庫采用鏡像模式，實現主備熱冗余，提高系統可靠性。

（7）Web頁面內容可組態、方便、直觀，可查詢實時數據和歷史數據。

（8）信息發布免維護，即自動化系統的畫面修改及信息變化后，無需再在Web服務器或數據服務器上做工作。

（9）三權分立原則，配置唯一的系統管理員和審計管理員，運維管理員依據不同用戶設置相應級別的監視和操作權限，防止非授權用戶訪問，從而維護監控系統的安全性和保密性。

（10）在運行中可對系統進行必要的維護。

結論

本文根據新能源場站的實際情況，設計了新能源集控系統的整體框架和建設方案，提出了一種業務中心規劃、功能開放互通、軟件分層部署、網絡安全分區的集控系統架構。集控系統的建設實現了新能源場站“無人值班，少人值守”的運維模式，實現了“監控中心、安全中心、數據中心、應用中心”的建設目標，踐行了“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的電力系統安全防護十六字方針，提高了企業生產效率，減少了成本消耗，創造了更大的經濟效益。

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