分布式電源小水電調(diào)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程一鍵啟動發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要：針對磐安縣供電公司無法實(shí)時掌控所屬小水電廠的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有分布式電源小水電調(diào)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程一鍵啟動發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開機(jī)、關(guān)機(jī)功能，以滿足水電站及時開機(jī)頂峰運(yùn)行的需求。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);分布式;水電廠;遠(yuǎn)程調(diào)控;設(shè)計

中圖分類號：TV737" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）04-0020-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.04.004

0" " 引言

近年來，隨著分布式新能源電站的大力發(fā)展，大量小型光伏及水利發(fā)電站并入電網(wǎng)運(yùn)行，新能源電站的大量并網(wǎng)給地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測、供用電計劃的制定等方面帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。

根據(jù)國網(wǎng)公司2016年出臺的相關(guān)文件，為了提高電網(wǎng)調(diào)度水平，更好地提升新能源電站及小水電站的管理水平，須對新能源電站的電量信息進(jìn)行采集并接入地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)小水電和分布式光伏等新能源電廠的調(diào)度數(shù)據(jù)單的全采集、全覆蓋[2]。

根據(jù)浙江省電力公司《全社會電力電量采集專題討論會紀(jì)要》（浙電會紀(jì)字〔2017〕181號）、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)可再生能源發(fā)電調(diào)度管理的通知》（浙電調(diào)〔2017〕5號）要求，浙江省電網(wǎng)10 kV及以上并網(wǎng)電廠必須實(shí)現(xiàn)電力電量全采集、全覆蓋[3]。

根據(jù)浙江省電力公司調(diào)度要求，2018年底磐安縣供電公司搭建了水新能源安全接入?yún)^(qū)，采用VPN有線方式，目前已接入38座10 kV并網(wǎng)的水電站，采集服務(wù)器使用104規(guī)約采集小水電數(shù)據(jù)，經(jīng)過反向隔離裝置發(fā)送E文件至轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，使用101規(guī)約上送遙信遙測數(shù)據(jù)至OPEN3000，較好地提高了管理效率，改善了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[4]。

然而，磐安縣電力公司調(diào)控系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了對分布式電源小水電數(shù)據(jù)的管理，掌握實(shí)時遙信遙測數(shù)據(jù)，對小水電廠并不具備可控能力，影響了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對現(xiàn)有分布式電源小水電調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，對保障小水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要價值。

本文以磐安縣金牛水電站為例，對該水電廠進(jìn)行遠(yuǎn)程一鍵啟動發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計，滿足該水電站及時開機(jī)頂峰運(yùn)行的需求。

1" " 磐安縣供電公司水新能源安全接入?yún)^(qū)概況

磐安縣供電公司水新能源安全接入?yún)^(qū)搭建于2019年，負(fù)責(zé)縣域內(nèi)各水電站的數(shù)據(jù)采集和傳輸，具備兩遙數(shù)據(jù)上送功能。有縱向加密裝置一臺、反向隔離裝置一臺、采集服務(wù)器一臺、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器一臺。這個是主站平臺，用于跟電站做數(shù)據(jù)交互，采集電站數(shù)據(jù)。

該安全接入?yún)^(qū)共分為縣調(diào)Ⅰ區(qū)、縣調(diào)安全接入?yún)^(qū)和分布式電源小水電三級。其中兩遙數(shù)據(jù)和電量數(shù)據(jù)通過485協(xié)議經(jīng)采集終端在縱向加密后連接VPN網(wǎng)絡(luò)，并傳輸至縣調(diào)安全接入?yún)^(qū)。縱向加密裝置通過VPN專網(wǎng)連接主站縱向加密裝置，新能源采集服務(wù)器部署在主站縱向加密裝置后端，加密隧道是數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ煌緩剑苊饬薞PN網(wǎng)絡(luò)中明文數(shù)據(jù)信息傳輸，任何未經(jīng)開啟的訪問策略連接都無法訪問數(shù)采服務(wù)器。采集服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲電站上送的實(shí)時遙測遙信數(shù)據(jù)，將實(shí)時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成E文件，反向隔離文件傳輸工具檢測到有新的E文件立即上送轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。在縣調(diào)安全接入?yún)^(qū)中，電力數(shù)據(jù)通過104規(guī)約接入磐安縣調(diào)安全接入?yún)^(qū)采集服務(wù)器，生成的E文件經(jīng)反向隔離裝置送至轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器串口使用101規(guī)約上送數(shù)據(jù)至縣調(diào)Ⅰ區(qū)的OPEN3000。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前，安全接入?yún)^(qū)只部署了反向隔離裝置，只支持?jǐn)?shù)據(jù)由外網(wǎng)到內(nèi)網(wǎng)單向向北傳輸，只能實(shí)現(xiàn)兩遙數(shù)據(jù)上送OPEN3000，無法實(shí)現(xiàn)由內(nèi)網(wǎng)向外網(wǎng)下達(dá)遙控遙調(diào)指令。因此，對其進(jìn)行技術(shù)改造，使其能滿足安全接入?yún)^(qū)由內(nèi)到外的遙控遙調(diào)指令向南傳輸功能。

2" " 總體設(shè)計方案

2.1" " 總體設(shè)計

分析當(dāng)前已建設(shè)的分布式能源廠站VPN安全接入調(diào)控系統(tǒng)的縣調(diào)安全接入?yún)^(qū)功能模塊，通過新增硬件、升級安全接入?yún)^(qū)軟件功能、升級電站側(cè)終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)OPEN3000下發(fā)金牛水電站并網(wǎng)開關(guān)合閘遙控指令，水電站側(cè)智能采集終端根據(jù)接收的遙控指令與水電站自動化系統(tǒng)做信息交互，讓水電站啟動開機(jī)或關(guān)機(jī)[5]。升級后金牛水電站一鍵啟動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2" " 設(shè)計內(nèi)容

2.2.1" " 安全接入?yún)^(qū)硬件

新增正向隔離一臺，用于實(shí)現(xiàn)OPEN3000主站數(shù)據(jù)報文由內(nèi)網(wǎng)到外網(wǎng)傳輸，遙控指令下達(dá)小水電站現(xiàn)場端。

2.2.2" " 安全接入?yún)^(qū)

1）操作系統(tǒng)。

采集服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器由現(xiàn)有的Ubuntu 18.04更換為凝思安全操作系統(tǒng)V6.0.80。該系統(tǒng)具有獨(dú)立自主的知識產(chǎn)權(quán)，具有較高的安全性和可控性，能使電力系統(tǒng)具備更高的安全性和穩(wěn)定性。

2）應(yīng)用軟件。

安全接入?yún)^(qū)現(xiàn)有功能不支持遙控遙調(diào)指令解析和轉(zhuǎn)發(fā)，需配置轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和采集服務(wù)器。新增101規(guī)約遙控指令解析功能，將OPEN3000下發(fā)的遙控指令轉(zhuǎn)成E文件供正向隔離傳輸軟件發(fā)送至采集服務(wù)器。此外，還要新增遙控E文件解析功能，從正向隔離接收到的E文件轉(zhuǎn)換成104報文下發(fā)給對應(yīng)廠站。

2.2.3" " 水電站側(cè)

作為一鍵啟動發(fā)電系統(tǒng)最終的執(zhí)行者，金牛水電站每臺發(fā)電機(jī)組均安裝了WPET8000綜合一體化裝置，支持通過指令實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組開機(jī)/停機(jī)功能。實(shí)現(xiàn)該功能需對現(xiàn)場采集終端進(jìn)行改造升級，并與WPET8000綜合一體化裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互[6]。

1）智能終端。

每臺發(fā)電機(jī)組新增遠(yuǎn)方/就地信號點(diǎn)的信息采集，用于判斷是否執(zhí)行一鍵啟動/停止操作。擴(kuò)展485通信與WPET8000綜合一體化裝置連接，作為與電站自動化發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交互的硬件接口。終端程序新增104遙控指令解析功能，支持104規(guī)約遙控指令轉(zhuǎn)換為Modubs-RTU指令與WPET8000綜合一體化裝置交互開機(jī)/停機(jī)指令。

2）電站自動化發(fā)電系統(tǒng)。

WPET8000綜合一體化裝置支持Modubs-RTU通信協(xié)議，采用485通信口與智能終端連接，根據(jù)接收的指令支持發(fā)電機(jī)啟動/停止的一系列自動化開機(jī)/停機(jī)動作。

2.3" " 一鍵啟動功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1" " 金牛水電站現(xiàn)場環(huán)境

三臺發(fā)電機(jī)組已通過安裝的測控單元實(shí)現(xiàn)遙測、遙信數(shù)據(jù)的采集，通信地址1（#1G）、2（#2G）、3（#3G）、4（主變）;三臺發(fā)電機(jī)組安裝了WPET8000智能一體化裝置，具備遙信、遙測、控制（開機(jī)/停機(jī)）功能，通信地址5（#1G）、6（#2G）、7（#3G）。

智能終端遙信點(diǎn)號：

[YX]

;#1G斷路器狀態(tài)

0=2100101，yx1，0

;#2G斷路器狀態(tài)

1=2100103，yx1，0

;#3G斷路器狀態(tài)

2=2100105，yx1，0

;#主變斷路器狀態(tài)

3=2100107，yx1，0

;#1G就地/遠(yuǎn)方信號

4=2100109，yx1，0

;#2G就地/遠(yuǎn)方信號

5=2100110，yx1，0

;#3G就地/遠(yuǎn)方信號

6=2100111，yx1，0

終端遙控點(diǎn)號：

[YK]

;#1G遙控

0=2100100，yk，0

;#2G遙控

1=2100100，yk，0

;#3G遙控

2=2100100，yk，0

2.3.2" " 功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)智能終端收到主站的控制命令，從測控單元（Addr=1/2/3）讀取兩個遙信點(diǎn)號值作為可執(zhí)行合閘指令的判斷依據(jù)：

1）就地/遠(yuǎn)方信號。值0表示當(dāng)前為就地狀態(tài)，不接受遠(yuǎn)方控制命令;值1表示當(dāng)前為遠(yuǎn)方狀態(tài)，可接受遠(yuǎn)方控制命令。

2）斷路器狀態(tài)。值0表示發(fā)電機(jī)斷路器為分閘狀態(tài)，未發(fā)電;值1表示發(fā)電機(jī)斷路器為合閘狀態(tài)，已發(fā)電。

2.3.2.1" " 開機(jī)功能實(shí)現(xiàn)

收到預(yù)置合閘命令，當(dāng)就地/遠(yuǎn)方信號=1、斷路器狀態(tài)=0，回復(fù)主站預(yù)置合閘命令成功，待主站下發(fā)合閘命令后，向?qū)?yīng)WPET8000（Addr=5/6/7）發(fā)送如下指令：

開機(jī)指令：addr 03 0F 01 01 55 CRCH CRCL

間隔2 s

回收指令：addr 03 0F 01 00 00 CRCH CRCL

回復(fù)主站執(zhí)行合閘命令成功。

2.3.2.2" " 停機(jī)功能實(shí)現(xiàn)

收到預(yù)置分閘命令，當(dāng)就地/遠(yuǎn)方信號=1、斷路器狀態(tài)=1，回復(fù)主站預(yù)置分閘命令成功，待主站下發(fā)分閘命令后，向?qū)?yīng)WPET8000（Addr=5/6/7）發(fā)送如下指令：

停機(jī)指令：addr 03 0F 01 01 AA CRCH CRCL

間隔2 s

回收指令：addr 03 0F 01 00 00 CRCH CRCL

回復(fù)主站執(zhí)行分閘命令成功。

2.4" " 應(yīng)用舉例

智能終端收到Y(jié)K點(diǎn)號0預(yù)置合閘命令，表示對#1G一鍵開機(jī)，當(dāng)#1G斷路器狀態(tài)（遙信點(diǎn)號0）值=

0、就地/遠(yuǎn)方信號（遙信點(diǎn)號4）值=1，向#1G的WPET8000（Addr=5）發(fā)送開機(jī)指令：

開機(jī)指令：05 03 0F 01 01 55 CRCH CRCL

間隔2 s

回收指令：05 03 0F 01 00 00 CRCH CRCL

此時，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的開機(jī)功能。

3" " 結(jié)束語

綜上所述，利用已搭建的水新能源安全接入平臺實(shí)現(xiàn)調(diào)控系統(tǒng)下行一鍵操作啟動小水電遠(yuǎn)程發(fā)電控制功能開發(fā)，可以適應(yīng)當(dāng)前用電形式，滿足水電站及時開機(jī)頂峰運(yùn)行的需求。另外，充分挖掘小水電的可調(diào)節(jié)彈性資源，作為儲能參與電網(wǎng)調(diào)峰，能夠提升區(qū)域電網(wǎng)的彈性水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會令第14號[A].2014.

[2] 國家能源局關(guān)于印發(fā)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案等安全防護(hù)方案和評估規(guī)范的通知：國能安全〔2015〕36號[A].

[3] 金晨.電力自動化系統(tǒng)中電量采集和計量的運(yùn)用[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（引文版）工程技術(shù)，2022（5）：278-281.

[4] 鄧春榮.電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)跨域VPN組網(wǎng)原理淺析[J].山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報，2022，25（2）：20-24.

[5] 卓四明，邵燦輝.新一代大壩智能數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].水利信息化，2023（3）：62-65.

[6] 傅金，龍俊，王豹.WPET8000低壓機(jī)組化綜合控制系統(tǒng)在三河閘水電站的應(yīng)用[J].水能經(jīng)濟(jì)，2017（7）：19.

收稿日期：2023-10-23

作者簡介：王銀法（1981—），男，浙江杭州人，電氣工程師，研究方向：調(diào)度自動化、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)。