新能源集控中心安全接入区设计与实现

何飞跃,龚新益,罗钰昕

（1.中国水利水电科学研究院自动化所，北京 100038；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

0 引言

随着新型电力系统的全面建设和推进， 新能源装机快速增长，截至2022 年底，可再生能源装机突破12 亿kW，达到12.13 亿kW，占全国发电总装机的47.3%，其中，风电3.65 亿kW、太阳能发电3.93 亿kW、生物质发电0.41 亿kW、常规水电3.68 亿kW、抽水蓄能0.45 亿kW。今年以来，以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电、光伏基地建设和屋顶分布式光伏开发建设提速，新能源装机规模不断增长。

新能源场站一般地区偏远，单个发电单元呈现容量小、数量多、场址分散的特点，为发挥区域规模化优势，利用先进的信息技术采取集约化、专业化管理，实现区域内新能源场站的集中监控、综合数据分析和统一运维管理，提升管理效率和经营效益，新能源集控建设己成为一种趋势。为保证场站至集控中心数据可靠传输，出于网络安全性考虑应选择电力调度数据网通道，但电力调度数据网覆盖范围有限，且存在单条带宽小、单位带宽价格高等问题，面对集控中心业务系统繁多、数据量大的情况，结合成本考虑，公网数据通道作为集控数据传输通道成为好的选择。

新能源生产控制区属于安全Ⅰ区[1]，根据国家发改委14 号令附件的要求，当生产控制大区需要在纵向联接中使用无线通信网或其他外部公用数据网而其安全防护水平低于生产控制大区内其他系统时，需要设立安全接入区。安全接入区与生产控制大区中其他部分的联接处必须设置经国家指定部门检测认证的横向单向安全隔离装置。目前国内对安全接入区的实现主要基于安全代理的数据交换完成，远动报文通过安全代理穿越正反向隔离装置[2，3]，从而实现集控中心和新能源场站的安全通信，随着集控中心控制场站增多，该方案在多场站接入时遥信/遥测/遥脉采集和遥控/遥调控制时间性能上难以满足要求[4]，且在通信故障时，故障恢复时间难以满足要求。为解决这些问题，本文对新能源集控安全接入的关键技术进行了研究，提出一体化平台接入方式，并给出详细的硬件和软件实现方案，在软件实现上，远动报文不穿越隔离装置，隔离装置上采用私有格式报文通信，从而提高通信的实时性和可靠性。

1 安全接入区设计

1.1 集控侧安全接入区

为保证安全I 区通信安全和可靠性[5]，在通信条件较好的场站，一般集控侧配置一条电力通道作为主通道，另外租用一条运营商通道作为备用通道，集控侧安全接入区如图1 所示。在通信条件较差的偏远场站，则两条通信通道均配置为运营商通道，因此集控侧两条通道均从外网运营商网络接入，接入设备配置与图1 类似。

图1 集控侧安全接入区

集控侧安全接入区的硬件设备主要包括[6]：集控后置通信服务器，正向隔离装置，反向隔离装置，集控前置通信服务器，外网接入交换机，纵向加密设备。

集控前置通信服务器通过外网网络设备及加密装置，经运营商网络与场站侧后置服务器进行通信，从正向隔离装置接收集控后置通信服务器发送的下行命令，转发至场站侧外网数据服务器，将从场站接收的实时数据，以文本文件的形式，经反向隔离装置，传送至集控前置通信服务器。

集控后置通信服务器通过集控Ⅰ区网络与集控中心采集通信服务器进行通信，解析经方向隔离装置送入I 区的实时数据文件，将实时数据以104 规约的格式传送到集控采集服务器。后置通信服务器接收集控采集服务器下发的遥控、遥调控制命令，经正向隔离装置发送至集控前置通信服务器。

值得注意的是，由于集控侧接入的所有场站均需由安全接入区接入完成，因此安全接入的前置服务器和后置服务器均应采用与集控侧数据采集服务器相同的配置，包括在CPU、内存方面的配置，均应相同，以保证数据采集和实时控制的实时性。

1.2 场站侧安全接入区

在通信条件较好的场站，一般场站侧配置一条电力通道作为主通道，另外租用一条运营商通道作为备用通道，场站侧安全接入区如图2 所示。在通信条件较差的偏远场站，则两条通信通道均配置为运营商通道，这种情况的场站设备配置与图2 类似。

图2 场站侧安全接入区

场站侧安全接入区的硬件设备主要包括：场站后置通信服务器，正向隔离装置，反向隔离装置，场站前置通信服务器，外网接入交换机，纵向加密设备。

场站前置通信服务器通过外网网络设备及加密装置，经运营商网络与集控侧前置服务器进行通信。从正向隔离装置接收场站后置通信服务器发送的实时数据和遥控、遥调返校数据，转发至集控侧前置数据服务器。将从集控侧前置服务器接收到的遥控、遥调命令，用文本文件的形式，经反向隔离装置，传送至场站侧后置通信服务器。

一个黑社会组织，之所以能够作恶近20年，得益于背后的“保护伞”——无为县法院刑事审判庭原副庭长吴业平。据周帮海供述，吴业平有“能量”。七年前，周帮海的马仔吴克任犯下两起寻衅滋事、两起故意伤害案件，他向吴业平送上2万元并请求轻判。在“吴庭长”的操纵下，身负四起情节严重案件的吴克任，仅被判处缓刑二年。连吴业平自己都说：“像这样的案子判缓刑，在法院还从来没有过。”

场站后置通信服务器通过场站I 区网络与场站采集通信服务器进行通信。将场站实时数据和遥控、遥调返校数据，以数据包形式经正向隔离装置发送到场站前置通信服务器。从反向隔离装置接收遥控、遥调数据对应的文本文件，解析后发送到场站采集通信服务器。

与集控侧安全接入区相比，场站安全接入区的服务器只承担单一场站的数据转发，其配置参数与场站的数据采集通信服务器保持一致即可。

2 安全接入区实现

从软件实现上，安全代理方式与一体化平台对比如表1 所示：

表1 安全代理方式与一体化平台对比

从表1 中可看出，与数据代理方式相比，无论是从集控/场站端的前置和后置服务器的软件部署，还是从集控/场站端的正向和反向隔离装置传输的信息看，一体化平台接入方式都是性能优越的方案。

2.1 集控侧安全接入区实现

集控后置服务器与集控数采服务器采用远动规约通信，集控后置服务器与集控前置服务器采用私有格式报文通信，避免远动报文穿越正反向隔离中装置，从而提高通信的实时性和可靠性。

（1）集控侧后置服务器软件框架

图3 集控后置服务器软件结构

由于来自场站的实时数据、SOE 数据文件及控制返校数据文件均从反向隔离进入集控Ⅰ区，反向隔离装置的文件传送采用串行传送方式，实时数据文件采用周期传送方式，每一秒传送一次，SOE 数据文件及控制返校数据文件是在有SOE 发生或控制命令执行才传送，如果这些数据文件配置在一个传送任务中，周期传送任务有可能对实时传送的SOE 和控制命令造成影响。因此，这3 类数据文件需配置3 个独立通道分别传送，以保证SOE 数据和控制命令数据传输的实时性。另外，在文件解析时，由于反向隔离装置的文件接收工具会先产生临时文件，再生成正式的接收文件，因此在集控后置服务器检测到临时文件时，不能解析文件，待正式文件生成完后，才可进行文件解析，以保证数据的正确性。

（2）集控侧前置服务器软件框架

集控侧前置服务器与场站前置服务器通信时，集控前置服务器为通信主站，采集各个子站的遥测、遥信、遥脉和SOE 实时数据，并向场站前置服务器下发遥控和遥调命令。集控侧前置服务器采用多通道方式和场站前置服务器通信，为保证场站前置服务器和场站I 区内两台RTU 的数据一致性（场站一般配置2 台互为备用的RTU），场站前置服务器也应建立两个RTU。集控前置服务器软件框架包括基本SCADA 平台和应用层平台，应用层中实时数据发送模块实现含实时数据采集，文件打包，并存放至反向隔离装置传输软件配置的目录，由传输软件经反向隔离装置传送到集控后置服务器。数据通信模块实现与场站前置服务器通信。命令控制模块接收经正向隔离装置发送的控制命令，并以远动规约的格式，向场站前置发送控制命令。其软件结构如图4 所示。

图4 集控前置服务器软件结构

在实时数据采集过程中，由于采用了SCADA平台，实时数据文件只需要按遥测、遥信、遥脉3 种类型周期性打包为实时数据格式文本文件，并存放至反向隔离传输软件指定的路径，即可完成实时数据的传送。控制返校数据按遥控和遥调的格式打包成控制返校文本文件。状态量变位期间的SOE 数据则按SOE 格式打包成SOE 数据文本文件。

2.2 场站侧安全接入区实现

场站后置服务器与场站数采服务器采用远动规约通信，场站后置服务器与场站前置服务器采用私有格式报文通信，避免远动报文穿越正反向隔离中装置，从而提高通信的实时性和可靠性。

（1）场站后置服务器软件框架

场站侧后置服务器在场站I 区与场站采集服务器通信，采集场站实时数据，为通信主站端。场站RTU 一般配置为主备两台，场站侧后置服务器与两台RTU 均建立连接，接收遥测、遥信、遥脉和SOE实时数据，并向RTU 下发遥控和遥调命令。对于数据点较多的新能源场站，为保证通信实时性，可以将实际RTU 划分为多个逻辑RTU，提高通信效率。场站后置服务器软件框架分为基本SCADA 平台和应用层平台，其软件结构如图5 所示。

应用层中实时数据发送模块实现含实时数据采集，并组包以TCP 形式经正向隔离发送到场站前置服务器，实时数据采集包括全量周期性采集和变化采集两部分，以保证数据的实时性，数据包组包大小根据正向隔离装置一次可通过的最大数据包长度确定。实时数据包括遥测、遥信、遥脉和SOE。上行返校控制命令发送，采用TCP 形式经正向隔离发送到场站前置服务器。实时数据发送端口和上行返校控制命令发送端口分开独立配置，并行发送。下行控制命令发送模块，解析经反向隔离接收的控制命令文件，按遥控/遥调格式下发至RTU。

（2）场站前置服务器软件框架

场站侧前置服务器通过运营商网络与集控前置服务器通信，转发场站实时数据，并接收控制命令，为通信子站端。场站侧前置服务器软件框架包括基本SCADA 平台和应用层平台，其软件结构如图6 所示。

图6 场站前置服务器软件结构

应用层平台中，实时数据采集模块接收经正向隔离装置到达的实时数据包，并将实时数据更新至实时数据库。上行返校控制命令发送模块接收经正向隔离装置到达的控制命令数据包，解析后，由数据通信的上行通道，组成遥控、遥调返校帧发送至集控前置服务器。下行控制命令发送模块从数据通信模块中获取下行的遥控、遥调命令，打包为控制命令文本文件包，经反向隔离装置发送到场站后置服务器。

3 结论

本文对新能源集控中心集控侧和场站侧安全接入区的通信需求进行了分析，并给出了集控侧和场站侧硬件设计方案和软件实现方式，对遥测、遥信、遥脉、SOE、遥控、遥调的传输给出了详细实现方案。在本文提出的方案中，穿越正向隔离装置的实时数据和控制报文采用私有格式组包，采用TCP 方式传输，穿越反向隔离装置的实时数据和控制报文采用文本文件，经反向隔离，采用TCP 传输，这样可以保证数据传输可靠稳定。与从集控端到场站端穿越远动报文方式比，通信可靠性大大提高。