一種風(fēng)電集控系統(tǒng)部署方案的研究與應(yīng)用

楊利利 張 飛

（1、國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京210000 2、南京華盾電力信息安全測(cè)評(píng)有限公司，江蘇 南京210000）

1 概述

新能源電站的發(fā)展為目前大趨勢(shì)，風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行直接關(guān)系著新能源發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。建設(shè)風(fēng)電機(jī)集控系統(tǒng)，采集各種類型各種型號(hào)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行集約化管理，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于新能源信息化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案無論是從架構(gòu)、功能還是關(guān)鍵技術(shù)方面都各有特色。本文探討的風(fēng)電集控系統(tǒng)部署方案，已經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，為用戶節(jié)約了人力、物力，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)按照“區(qū)域、場(chǎng)站、機(jī)組”的三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)封電廠“遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人值班、少人值守、狀態(tài)檢修”的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式。平臺(tái)在運(yùn)行人員操作層實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控操作的統(tǒng)一，在管理控制層實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)控制的統(tǒng)一，并以此基礎(chǔ)為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可靠的參考，在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多維度、立體化的監(jiān)控和管理。

2.1 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，遵循以下三個(gè)原則：

（1）嚴(yán)格遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的原則

為了防范黑客及惡意代碼等對(duì)電力二次系統(tǒng)的攻擊侵害及由此引發(fā)電力系統(tǒng)事故，保障風(fēng)電場(chǎng)各監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本系統(tǒng)從方案設(shè)計(jì)到工程實(shí)施部署，均要求嚴(yán)格遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》。

（2）符合《電力行業(yè)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》三級(jí)系統(tǒng)的要求

系統(tǒng)依據(jù)《電力行業(yè)信息系統(tǒng)定級(jí)指導(dǎo)意見》和《電力行業(yè)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》，在方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)建設(shè)中嚴(yán)格按照電力行業(yè)等級(jí)保護(hù)要求實(shí)現(xiàn)全生命周期的安全保護(hù)管理，并遵循“明確重點(diǎn)、保護(hù)重點(diǎn)、同步建設(shè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整”原則，使本系統(tǒng)具備相應(yīng)等級(jí)的安全保護(hù)能力，符合三級(jí)系統(tǒng)等級(jí)測(cè)評(píng)要求。

（3）滿足SOA 體系框架的原則

系統(tǒng)建設(shè)遵循SOA 架構(gòu)規(guī)范，各功能模塊采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和接口，各模塊之間耦合性低，可以相互獨(dú)立存在，能夠方便地與其它系統(tǒng)之間進(jìn)行重用，符合SOA 框架原則。

2.2 組態(tài)設(shè)計(jì)

風(fēng)電集控系統(tǒng)秉承“安全分區(qū)、橫向隔離、縱向加密、專網(wǎng)專用”的原則，硬件部署分為三個(gè)大區(qū)：

安全一區(qū)為生產(chǎn)控制大區(qū)，配置控制服務(wù)器、監(jiān)控工作站、IP-KVM工作站、交換機(jī)、路由器、縱向加密裝置。

安全二區(qū)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，配置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、磁盤陣列、交換機(jī)，部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)從各場(chǎng)站采集的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

安全三區(qū)為管理信息大區(qū)，配置鏡像服務(wù)器、磁盤陣列、WEB 服務(wù)器、DB2 服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器、WEB 工作站、視頻工作站、交換機(jī)、電話機(jī)和語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)視及統(tǒng)計(jì)分析功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)的深度挖掘與高級(jí)應(yīng)用化處理。

安全一區(qū)和安全二區(qū)之間部署有防火墻，實(shí)現(xiàn)邏輯隔離；安全二區(qū)和安全三區(qū)部署有正向隔離裝置(網(wǎng)閘)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)單向傳輸。組態(tài)圖如圖1 所示。

2.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、消息總線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算模塊。數(shù)據(jù)采集平臺(tái)為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小程序，數(shù)據(jù)傳輸采用穿網(wǎng)閘內(nèi)測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)程序和船網(wǎng)閘外側(cè)轉(zhuǎn)發(fā)程序。為實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)計(jì)算功能設(shè)置關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于存儲(chǔ)生產(chǎn)時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)用于實(shí)時(shí)指標(biāo)、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)、故障統(tǒng)計(jì)的計(jì)算存儲(chǔ)。

集控系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)分控制區(qū)應(yīng)用功能和信息大區(qū)應(yīng)用功能兩部分。控制大區(qū)主要部署數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和控制應(yīng)用分析功能。信息大數(shù)據(jù)主要部署數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和展示功能。

2.4 部署實(shí)施方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)部署方案設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)、通信方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與接入設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案。

系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)：新能源集控系統(tǒng)的安全防護(hù)從邊界防護(hù)、入侵防范安全審計(jì)、主機(jī)訪問控制、惡意代碼防范以及安全態(tài)勢(shì)感知等方面采取措施，保證符合國(guó)家以及各地方電網(wǎng)公司對(duì)于電力領(lǐng)域工業(yè)控制系統(tǒng)安全保護(hù)做出的規(guī)定與要求，滿足平臺(tái)進(jìn)程安全、消息安全、通訊安全、接口安全。

圖2 架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

通信方案設(shè)計(jì)：場(chǎng)站安全Ⅰ區(qū)/II 區(qū)至集控中心安全I(xiàn) 區(qū)/II區(qū)間鏈路租用可擴(kuò)容的電力專線通訊方式。電力專線利用地方電網(wǎng)公司已建的電力調(diào)度光纜進(jìn)行獨(dú)立組網(wǎng)，經(jīng)過審批允許后，由相關(guān)電網(wǎng)公司信通單位負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配及專線通道建設(shè)，保障專線傳輸?shù)陌踩煽俊２捎秒娏＞€通信方式應(yīng)保證場(chǎng)站至集控中心的通訊業(yè)務(wù)與場(chǎng)站原有調(diào)度業(yè)務(wù)嚴(yán)格分離，不存在任何交互。場(chǎng)站安全Ⅲ區(qū)至集控中心安全Ⅲ區(qū)間鏈路租用運(yùn)營(yíng)商專線，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要確定帶寬，并與集團(tuán)公司廣域網(wǎng)分離。集團(tuán)公司廣域網(wǎng)作為辦公網(wǎng)絡(luò)，后期將作為安全Ⅳ區(qū)進(jìn)行考慮，其中任何主機(jī)設(shè)備的IP 地址均按照集團(tuán)公司統(tǒng)一規(guī)劃進(jìn)行配置。另外設(shè)計(jì)了衛(wèi)星通信方式：主要針對(duì)地面光纖鏈路中斷時(shí)應(yīng)急通信使用，保證安全I(xiàn) 區(qū)業(yè)務(wù)傳輸不中斷，為風(fēng)機(jī)等生產(chǎn)控制區(qū)數(shù)據(jù)提供上送通道；同時(shí)根據(jù)應(yīng)急業(yè)務(wù)需求，為安全Ⅲ區(qū)提供應(yīng)急視頻通道，由集團(tuán)管理主站進(jìn)行統(tǒng)一管理與資源帶寬申請(qǐng)調(diào)配。

數(shù)據(jù)采集與接入方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類型主要包括：①風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用OPC 或Modbus TCP 通用通信協(xié)議進(jìn)行采集接入。②升壓站綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用IEC104 通信協(xié)議進(jìn)行采集接入。③AGC、AVC 監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，用IEC104 或Modbus TCP 通信協(xié)議進(jìn)行采集接入。④電能量系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用網(wǎng)口或串口IEC102 通信協(xié)議進(jìn)行采集接入。⑤功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用IEC104、ModbusTCP 等通信協(xié)議進(jìn)行采集接入。⑥箱變監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用IEC104 通信協(xié)議采集接入。以上六種類型數(shù)據(jù)均按照集控平臺(tái)編碼標(biāo)準(zhǔn)把接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至集控中心，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)度指令或其他控制指令對(duì)升壓站內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。按照集控平臺(tái)編碼標(biāo)準(zhǔn)把接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至集控中心，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)度指令或其他控制指令對(duì)AGC、AVC 監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙調(diào)操作。按照集控平臺(tái)編碼標(biāo)準(zhǔn)把接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至集控中心，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。按照集控平臺(tái)編碼標(biāo)準(zhǔn)把接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至集控中心，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。按照集控平臺(tái)編碼標(biāo)準(zhǔn)把接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至集控中心，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)箱變進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。⑦視頻系統(tǒng)接入設(shè)計(jì)是在場(chǎng)站側(cè)完成視頻系統(tǒng)信號(hào)采集的基礎(chǔ)上，將視頻數(shù)據(jù)通過電力專網(wǎng)或運(yùn)行商網(wǎng)絡(luò)接入集控中心信息管理大區(qū)，通過安裝與場(chǎng)站已有視頻設(shè)備相匹配的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的展示。

數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案：集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心分控制區(qū)和信息大區(qū)兩部分，控制區(qū)主要存儲(chǔ)生產(chǎn)監(jiān)控需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、指標(biāo)數(shù)據(jù)等。信息大區(qū)主要存儲(chǔ)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類或分組前所做的審核、篩選、排序等必要的處理，常采用的方法：數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)清理，數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)變換，數(shù)據(jù)歸約等，此設(shè)計(jì)將極大提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，降低實(shí)際數(shù)據(jù)使用所需要的時(shí)間。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析設(shè)計(jì)為三種類型對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：實(shí)時(shí)計(jì)算、歷史統(tǒng)計(jì)計(jì)算、狀態(tài)計(jì)算。通過建立基礎(chǔ)算法庫(kù)、專家模型庫(kù)以及智能模型庫(kù)，并提供高級(jí)算法包的發(fā)掘、開發(fā)、封裝、驗(yàn)證與優(yōu)化等手段，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)分析、設(shè)備診斷、故障預(yù)警等功能。數(shù)據(jù)服務(wù)則與自助式BI 平臺(tái)與可視化工具相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可以對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，同時(shí)提供海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線分析服務(wù)，支持拖拽式操作，提供豐富的可視化效果，提高了分析效率，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化運(yùn)營(yíng)。

2.5 功能設(shè)計(jì)

集控系統(tǒng)功能分為三部分，一部分為實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警功能，面向的對(duì)象是運(yùn)行值班人員，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警；第二部分為生產(chǎn)監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)分析功能，面向的對(duì)象是各部門專工及管理人員，以web 形式將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)展示在網(wǎng)頁(yè)上，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)及其他設(shè)備的運(yùn)行狀況、下載報(bào)表、查看統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)；第三部分為設(shè)備管理平臺(tái)，與集控平臺(tái)相互呼應(yīng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)管理一站式流程服務(wù)。

3 結(jié)論

基于此設(shè)計(jì)的風(fēng)電集控系統(tǒng)已在多地區(qū)投入建設(shè)，使電場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)維人員集中到區(qū)域公司總部工作，有效改善了勞動(dòng)環(huán)境和生產(chǎn)生活條件，提升了員工幸福指數(shù)。另一方面實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)集約化管理，將各風(fēng)電場(chǎng)信息全面整合并完美承接調(diào)度中心與風(fēng)電場(chǎng)站之間的調(diào)度指令下發(fā)，系統(tǒng)將有效的人員集中利用管理，減少運(yùn)行人員基礎(chǔ)生產(chǎn)信息的統(tǒng)計(jì)分析工作量，自動(dòng)快速地提供各種生產(chǎn)信息及分析、比較，為事故分析、生產(chǎn)革新、設(shè)備改造、生產(chǎn)計(jì)劃提供準(zhǔn)確的依據(jù)。