多站合一变电站监控系统融合设计方案

汪逍旻

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

为顺应能源革命和数字革命的融合发展趋势，泛在电力互联网的概念被提出，并与坚强智能电网相辅相成，形成全面感知、全程在线、全要素互联的物理、能源、商业互联的新形态，建造1 个以电网为枢纽，数据实时共享的平台。“多站合一”正是在此背景下应运而生。“多站合一”是利用现有变电站站址、配电及通信资源，实现储能站、充（换）电站、数据中心站、分布式光伏站、北斗基站和5G 基站等能源信息设施融合建设，实现能源流、信息流、业务流、价值流“四流合一”的变电站全新发展建设模式［1-3］。

多站合一变电站中，传统变电站、储能站、数据中心是其中最庞大的3 个组成部分。为了保证各部分的运行稳定，它们均配置了复杂的控制系统［4］。在未建设多站合一变电站时，各组成部分均独立建设监控系统网络，并且独立运行，未能突出多站合一变电站的优势。

为了进一步提高多站合一变电站的建设效益，提高多站合一变电站的网络安全性和工作效率，需要对多站合一变电站监控系统的融合设计方案开展研究。

1 组网方案

多站合一变电站监控系统包含传统变电站监控系统部分、储能站监控系统部分、数据中心监控系统部分等。其中传统变电站部分主要接入传统变电站的测控、保护等二次设备，采用61850 规约通信方式，通过以太网组成二次系统网络；储能站监控系统部分主要接入AGC/AVC 主机（能量管理系统主机）、协调控制器、BMS（电池管理系统）、PCS（换流器）等储能二次设备，采用61850 规约通信方式，通过以太网组成二次系统网络；数据中心监控系统仅接入环境管理、设备管理等综合管控平台二次设备，可采用61850 规约通信方式，通过以太网组成二次系统网络。

目前传统变电站监控系统部分、储能站监控系统、数据中心监控系统之间既有独立处理的业务，也有相互交换的数据业务。例如传统变电站需要采集储能系统的运行数据，而储能系统也需要采集变电站内的电流、电压数据，数据中心部分需要上送设备安全运行数据和负荷使用数据等。

为了实现多站合一变电站的集成效益，本文提出3 种一体化监控系统设计方案，分别为独立组网、共同组网和服务器跨接组网。

1.1 独立组网

传统变电站监控系统部分、储能站监控系统部分、数据中心监控系统部分三者独立组网，全站分为涉网I 区和非涉网I区，两者网络不相互连通，组网拓扑结构如图1 所示。非涉网I区设备包含储能站监控系统和数据中心监控系统相关设备，涉网I 区设备包含传统变电站监控系统相关设备。

图1 独立组网拓扑图

非涉网I 区服务器通过串口方式与涉网I 区网管机连接上传和下行信息，通信采用MODBUS 规约，非涉网I 区与涉网I 区之间无网络连接。采用独立组网的方式，可以最大限度保障电网安全，维持电网目前的运行网架结构和网络安全性，因此在电厂和省内网外储能站项目中应用较广。

由于非涉网I 区与涉网I 区采用串口方式连接，传输带宽较小，一般是9 600 bit（远小于网络口的百兆和千兆带宽），且延时较大一般为1～3 s，无法实现快速控制功能。

1.2 共同组网

与独立组网方式不同，传统变电站监控系统部分、储能站监控系统部分、数据中心监控系统部分三者共同组网，全站不区分涉网I 区和非涉网I 区，组网拓扑结构如图2 所示。所有设备均采用以太网连接，统一采用61850 规约。

图2 共同组网拓扑图

由于全站设备共同组网，因此不需要独立配置储能站和数据中心操作员站，全站操作员站统一配置，各子系统仅配置对应的存储和处理服务器。

采用该模式通信速度可达百兆或者千兆，是串口方式的上万倍，且无网络延时，可以满足储能站快速控制、电力物联网、共享储能等功能控制需求。但是所有设备均接入I 区网络，且目前国内的PCS 和BMS 设备暂时未进行涉网检测，因此采用该模式网络安全性较差。

1.3 服务器跨接组网

与独立组网方式相同，传统变电站监控系统部分、储能站监控系统部分、数据中心监控系统部分三者独立组网，全站分为涉网I 区和非涉网I 区，两者网络不相互连通，组网拓扑结构如图3 所示。非涉网I 区设备包含储能站监控系统和数据中心监控系统相关设备，涉网I 区设备包含传统变电站监控系统相关设备。

图3 服务器跨接组网拓扑图

非涉网I 区的前置服务器跨接非涉网I 区和涉网I 区，调度指令和变电站上下行信息通过以太网络传输至非涉网I 区的前置服务器，采用61850 规约通信方式。非涉网I 区前置服务器将调度指令和变电站上下行信息经过规约转换传输给相关服务器和设备。

采用该模式通信速度可达1×108bit，是串口方式的上万倍，且网络延时较小仅为毫秒级，可以满足储能站快速控制、电力物联网、共享储能等功能控制需求。同时由于仅有1 台服务器接入涉网I 区交换机，可大大减少网络安全风险。

2 方案比较

独立组网、共同组网和服务器跨接组网3 种方式对比如表1 所示。

表1 组网方式对比

独立组网方式虽然可以最大限度保证目前电网的运行网络的安全性，但是信息传输极慢。不同于电厂和外网的储能站，多站合一变电站需发挥站址融合、设备融合、运维融合等优势，极慢的传输速率无法满足多站合一的建设和运行需求，因此不推荐作为多站合一变电站的组网方式。

共同组网虽然可以最大程度提升网络传输效率，但是由于所有设备均接入I 区网络，且目前PCS、BMS 等设备均未通过国网检测，因此网络安全难以保障，也不推荐作为多站合一变电站的组网方式。

服务器跨接组网方式，不仅可以保障网络通信的速率并减少延时，同时可以兼顾网络安全性能，降低网络风暴概率，适用于目前多站合一变电站的建设需求，因此推荐作为多站合一变电站的组网方式。

3 设备配置

多站合一变电站推荐的组网方式为服务器跨界组网，该方式下的设备配置数量中等。本文以服务器跨接组网方式展开分析，其监控系统主要设备配置如下：

（1）一体化监控系统传统变电站部分站控层设备配置。①主机兼操作员站：2 台，具备主机、操作员站等功能。②五防工作站：2 台，具备全站防误闭锁功能。③数据通信网关机：I 区数据通信网关机2 台。④网络安全监测装置：1 台，用于网络信息安全监视。⑤网络打印机2 台，针式打印机2 台。

（2）一体化监控系统储能站部分站控层设备配置。①储能主机兼操作员站：2 台，用于接收上级调度端下达的指令并向调度端上送信息，同时兼具对储能系统设备的监视控制功能。②AGC/AVC 主机：2 台，用于接收上级调度端下达的指令，并实现二次调频、调压、恒功率输出等策略控制。③前置服务器：2 台，用于处理BMS、PCS 的监控数据。④存储服务器：2 台，用于储能系统能量综合信息存储。⑤协调控制器：1 套，协调控制器用于一次调频。

（3）一体化监控系统数据中心部分站控层设备配置。数据中心主机兼操作员站：2 台，用于监视数据中心服务器设备情况。

相较于服务器跨接组网，独立组网增配置2 台保护管理机；共同组网减少配置2 台储能主机兼操作员站。

4 结语

多站合一变电站中，传统变电站、储能站、数据中心各配置了独立的监控系统，本文提出独立组网、共同组网、服务器跨接组网3 种组网方式的拓扑图，并分析了它们的设备配置、传输方式、传输速率、网络安全4 个方面的特性。其中服务器跨接组网方式不仅可以保障网络通信的速率并减少延时，同时可以兼顾网络安全性能，降低网络风暴概率，适用于目前多站合一变电站的建设需求。