新能源集控系统规划及建设方案设计

张国珍 付正宁 斛晋璇 王其乐

由于新能源场站分散部署、地理位置相对偏僻且数量逐渐增多，对场站进行单独管理呈现效率降低、成本升高的趋势。此外，现场工作重心主要集中在设备检修和运维方面，而监控管理工作又需要人员24小时值守，不便于人力资源的合理分配。因此，新能源集控系统的建设已成为各新能源企业未来发展的方向。通过集控系统的建设，可以为新能源场站智能化发展提供坚实的技术支撑，并提高新能源场站的专业化管理水平。

本文根据新能源场站的实际情况以及过去的规划理念，结合网络安全等级保护要求，設计了新能源集控系统的整体框架和建设方案，提出了一种业务中心规划、功能开放互通、软件分层部署、网络安全分区的集控系统架构。基于该架构，详细规划了通信系统建设方案，并对集控系统提出了详细的功能设计要求。

集控系统框架设计

目前，相关企业对集控中心专业功能的需求逐步增强，涉及系统众多，若采用分散布置模式，将需要建设多个独立的系统，需要在各系统间采取点对点接口方式进行数据交互。而且由于各系统数据独立，不便于开发新的应用功能。而在标准、通用的软硬件基础平台上构建一体化主站系统，具有可靠性高、经济性好、扩展性强等优势，是未来自动化集控主站系统的发展趋势。

因此，集控中心的设计原则是以一体化平台构建为基础，以集控应用建设为核心，在统一的平台上建设集中监控、电能量采集等应用功能，通过一体化平台实现全方位的数据处理分析，同时对集控系统进行安全分区，明确各分区的安全要求，最终构建一套功能完善、全面开放、安全可靠的集控一体化主站系统。

由新能源场站分布特点，确定新能源集控系统为“一主多从”的部署模式。将新能源集控系统依照不同角度分别划分为不同结构，划分方式如图1所示。其中，场站监控层实现对现场的监控和数据上传；中心集控层实现远程集中监视和控制；上级监管层实现与电网调度和上级集团的协调沟通。监控层采用集控中心远程SCADA值班管理模式；平台层采用大数据平台体系；应用层实现数据与业务的智能融合分析。安全I区为生产实时控制区，直接实现对电力一次系统的实时监控；安全II区为生产非实时控制区，在线运行但不具备控制功能；安全III区为集控应用系统和工业电视监控系统，实现大数据处理优化；安全IV区为电力企业管理系统，实现员工办公、电子“两票”管理等。监控中心实现远程集中监视和控制，安全中心实现安全防护，数据中心实现大数据存储、处理，应用中心实现数据展示。

集控系统网络架构如图2所示，新能源场站通过电力专线和运营商专线，为集控中心提供生产数据、视频数据。集控中心被划分为生产控制大区和管理信息大区，二者采用物理隔离装置连接，并在整个集控中心内部署安全管理中心，实现集控系统的安全防护。集控中心系统内服务器采用集群部署模式，通过虚拟化软件为不同功能模块分配不同的资源，实现服务器CPU、内存等的最优化利用。集群系统扩展性强，未来可通过新增服务器、磁盘阵列的方式对资源池进行扩容。

集控系统通信网络建设

集控系统整合新能源场站各类信息系统，需要在各系统与应用之间建立通信连接，其通信对象主要有：新能源场站升压站监控系统、风电机组/光伏阵列监控系统、功率预测系统等子系统，电网调度系统，上级集团集中监控中心OA系统，第三方服务商系统。

一、通信系统建设方案

由于新能源场站地理位置偏远，自主建设光纤通道投资过大，且不利于维护。租用通道（一般包括电网通道和运营商通道）方式的整体投资少，易于实施，可以更好地解决新能源集控中心通信通道无人维护的问题。电网所建的光传输网足够坚强，可以提供大容量、高可靠性的传输通道，满足新能源集控中心数据监控的要求。

按照新能源场站接入系统的要求，各场站在接入电网系统并网发电投运的同时，也必须建成至地调或省调的通信通道，上传升压站相关运行信息。因此，集控系统下辖的各场站运行信息可通过对这一通信通道的扩容及共享来完成通信并组网，实现集控中心与各场站的建设投运周期同步，对于将来的运行管理和与电网调度的协同配合都有很大的好处。

新能源场站建成后，运营商公网将会随之实现覆盖，满足场站内工作人员和周边居民的生活需要，故场站运行信息也可通过对这一通信通道的扩容及共享来完成通信并组网。同时，各场站通过租用电网通道及公网通道作为热备冗余通道，满足了电网及企业对数据传输可靠性的要求。

新能源集控中心通信系统建设方案为：租用电网公司的电力专用通信通道和运营商公司的公网通信通道，组建各场站至新能源集控中心的专用通信通道。无需考虑架设独立的光缆通信网（环网或星型网），也无需对光缆通信网具体敷设路径开展勘测、征地、论证、审批等工作。

二、业务通道带宽确定

根据新能源集控中心主站系统对信息采集的要求，各场站至集控中心的业务类型分为生产业务和管理业务，其中，生产业务可分为实时业务、非实时业务。以风电场为例，其各系统通信速率如表1所示。

根据用户业务需求，暂定需接入的数据包括：升压站监控、机组监控、视频监控等。在新能源集控中心配置两套汇聚路由器。在每个风电场单独配置2套2M专线接入路由器，分别向电网及运营商各租用1个用于传输监控数据的2M带宽通道，以及向运营商租用1个用于传输视频监控数据的40M带宽通道，实现将各场站的统一信息传输至集控中心。新能源场站通信系统如图3所示。

三、集控中心至电网调度通信系统建设

新能源集控中心至电网调度一般采用双光纤通信。根据集控中心地理位置，本文提供2个集控中心至电网调度光缆建设方案（见图4）。

（1）直接敷设2根24芯普通光缆至电网

本方案考虑从新能源集控中心直接敷设2根24芯普通光缆至电网调度侧配线柜，接入电网调度数据网，形成2个集控中心至电网调度光缆路由。

（2）敷设2根24芯普通光缆分别至电網变电站

本方案考虑从新能源集控中心敷设2根24芯普通光缆分别至2个就近的已接入电网调度的电网变电站，保证变电站通信通道链路富余，并具备冗余。

在实际应用中，可根据现实情况对不同方案进行技术经济对比，并考虑后期维护和安全防护的影响确定最终方案。

集控系统功能设计规范

一、安全I区集控功能

（1）远程监视

集控系统应对场站端数据进行周期性查询，包括各类模拟量和开关量等；实时数据监测的内容包括关键参数、省级信息、场站信息、风电机组及部件信息、光伏阵列信息、升压站信息等。显示方式至少应包括：列表、矩阵、线路图、柱状图、趋势、报警、操作等。页面实时数据刷新频率小于2s/次，各页面切换时间小于1s。

（2）远程控制

集控人员可控制两状态设备如断路器和隔离开关，三状态设备如电动隔离开关，多状态（升/降）设备如变压器分接头，设定值设备如发电机控制器、控制序列预定义设备、无功补偿设备。

（3）分层分控

系统具有横向的责任区处理功能和纵向的权限管理功能，系统的其他任何功能都与这两项功能进行有机的统一：无论是具体设备对象、对象组合，还是系统的处理功能，每一个功能步骤均考虑同步实现责任区处理功能和权限管理功能。

（4）集控五防

系统应提供基于网络拓扑的系统级智能五防功能，对在集控中心进行的操作进行防误闭锁判断，每次遥控操作均需检测与所操作对象有关联的设备，保证控制操作的安全。

（5）人机交互

系统应提供公共的、一体化的具有灵活定制和集成能力的图形用户界面，为各类应用提供统一的人机服务界面。用户界面应具备多窗口支持能力，并支持将多个窗口组合在一屏中综合显示，用户可根据需要随时切换主显示窗口，其应包括基本画面、SVG图形和3D可视化界面等展示功能。

二、安全II区辅助功能

（1）功率预测

通过在安全II区设置功率预测信息接收服务器，将各场站的功率预测信息上传至集控指挥中心主站系统，进行所辖场站的功率预测统计分析。

（2）保信主站

保信主站系统能够与不同厂家、不同型号的子站系统进行通信，实现召唤、控制、初始化配置等功能；能对子站上送的保护事件、异常及开关量变位等信息进行分类处理及保存；能对从子站接收到的COMTRADE格式录波文件进行波形分析；能以多种颜色显示各个通道的波形、名称、有效值、瞬时值、开关量状态。

模型数据交换过程为：子站端按照继电保护信息系统模型数据交换格式规范生成CIM文件，主站端通过规约以调用通用文件的方式获取子站端生成的CIM文件并导入主站（在生成和导入过程中要求模型数据不丢失），转换为主站的私有模型数据。主站和子站间模型的交换过程如图5所示。

（3）电能量计量

电能量计量系统功能可以划分为电能量数据采集和处理、电能量数据应用两大功能。在电能量数据采集和处理的基础上增加电能量数据应用功能，结合电力市场的报价系统等，建成新能源集控中心各新能源场站参与电力市场运营的技术支持系统，以便适应全面开放的电力市场运营的需要。

三、安全III区应用功能

可以将人机界面转换为浏览器页面，并通过网络发送到Web服务器。Web包括但不限于如下功能：

（1）实时画面数据显示：基于安全I区SCADA画面，对展示界面进行优化，刷新频率可自定义。

（2）历史曲线显示：历史曲线可依据客户需求进行叠加。

（3）报表查看：浏览器支持生产报表查看，并提供下载及格式转换功能。

（4）告警信息查询：可随时查看SCADA所产生的各种告警信息。

（5）采用B/S架构，通过https进行数据传输，支持各类用户通过浏览器调用Web服务。

（6）数据库采用镜像模式，实现主备热冗余，提高系统可靠性。

（7）Web页面内容可组态、方便、直观，可查询实时数据和历史数据。

（8）信息发布免维护，即自动化系统的画面修改及信息变化后，无需再在Web服务器或数据服务器上做工作。

（9）三权分立原则，配置唯一的系统管理员和审计管理员，运维管理员依据不同用户设置相应级别的监视和操作权限，防止非授权用户访问，从而维护监控系统的安全性和保密性。

（10）在运行中可对系统进行必要的维护。

结论

本文根据新能源场站的实际情况，设计了新能源集控系统的整体框架和建设方案，提出了一种业务中心规划、功能开放互通、软件分层部署、网络安全分区的集控系统架构。集控系统的建设实现了新能源场站“无人值班，少人值守”的运维模式，实现了“监控中心、安全中心、数据中心、应用中心”的建设目标，践行了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的电力系统安全防护十六字方针，提高了企业生产效率，减少了成本消耗，创造了更大的经济效益。

（作者单位：张国珍：龙源电力集团股份有限公司；付正宁：水电水利规划设计总院；斛晋璇，王其乐：中能电力科技开发有限公司）