光伏電站集控中心監控及通信系統建設方案設計

彭 松

（貴州拓視實業有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 集控中心通信系統設計

1.1 集控系統框架設計

近年來，隨著居民生活水平提高和用電需求日益增長，電力企業對集控中心提出了更高的要求。集控中心子系統眾多，分散布置，功能的不斷完善，相互獨立，不方便擴展，且數據交互必須通過點對點的方式[1]。在這種背景下，很多學者展開了一體化主站系統的研究，其建立在通用、標準的軟硬件基礎平臺上，由于擴展性強、可靠性好，被很多企業采用。

集控中心監控以集控建設為中心，基于一體化平臺建設電能量采集、集中監控等應用功能。這種一體化平臺方式很好地解決了以往子系統之間數據獨立的問題，可以對全部數據進行分析和處理，同時可根據預先設定的標準將集控中心劃分為幾個安全區域，從而構建一套安全開放、穩定可靠、功能完善的主站系統。

新能源集控系統因新能源場站分布特點而采用“一主多從”的部署方式，并被劃分成功能區域、軟件層級、安全分區以及中心規劃4 個部分，具體劃分方式見圖1[2]。

圖1 集控中心劃分模式

其中，功能區域包括場站監控層、中心集控層及上層監管層，場站監控層用于上傳數據和監控現場，中心集控層用于控制和遠程集中監視，上層監管層用戶用于和上級溝通和電網調度。軟件層級包括監控層、平臺層、應用層，監控層運用了數據采集與監視控制系統（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）管理模式，平臺層使用了大數據技術體系，應用層實現融合分析和數據圖表展示。根據預先的要求將集控中心劃分成了4 個安全分區，分別實現了對生產的實時和非實時監控、工業電視和應用系統的監控等。4 個中心分別是監控中心、安全中心、數據中心及應用中心，監控中心用于控制和遠程集中監控，安全中心用于保護系統安全運行，數據中心用于數據存儲、分析和處理，應用中心用于交互和數據展示。

集控中心的數據由新能源場站通過運營商及電力專線提供，集控中心的功能主要是管理信息和生產控制，因此有2 個大區且它們通過物理隔離裝置進行連接，同時集控中心系統內部建立安全管理中心，以確保集控中心系統能安全穩定運行。

1.2 集控系統通信網絡建設

1.2.1 通信系統建設方案

新能源場站信息系統之間要想實現通信，需要集控中心系統在應用和各系統之間建立通信連接。通常情況下，新能源場站地處偏遠，采用自主建設通信通道方式耗時耗力、成本高且不好維護，而通過租用方式實施簡單、投資少且解決了通信通道維護的問題。租用通道的選擇上，一般選用運營商通道或是電網通道，電網通道堅強的光傳輸網可靠性高、容量大，足以滿足集控中心系統日常使用需求[3]。

另外，新能源場站接入電網并投運時，還要建設用于上傳升壓站信息的省調或地調的通信通道，對于這一要求，可通過通信通道共享或擴容的方式進行組網以實現各級各系統之間的通信。在集控中心系統建設初期就考慮到和各場站的同步通信，有利于未來電網協同調度和運行管理。

綜上所述，通信系統的建設方案是租用和建立專用通信通道相結合，一方面租用運營商或電力通信通道，另一方面組建集控中心至新能源各場站的專用通信通道，這中間省去了敷設路徑勘測、審批以及架設通信網等眾多環節。

1.2.2 業務通道寬帶確定

集控中心和新能源各場站的業務類型主要有管理業務和生產業務，其中生產業務有實時業務和非實時業務2 種。同時，集控中心主站系統對信息采集有速率要求，某光伏電站各系統的通信速率如表1所示。

表1 光伏電站各系統通信速率

分析用戶實際需求，升壓站監控、視頻監控和機組監控都是需要接入的數據。集控中心和光伏電站之間租用公網2 Mb/s+40 Mb/s 的通信通道，上級變電站和電網調度中心租用電網2 Mb/s 通信通道，在光伏電站和上級變電站之間自建專用光纜通道。

1.2.3 集控中心至電網調度通信建設

通常集控中心和電網調度之間通過雙光纖通信，考慮到集控中心的位置和周邊電網，提供2 種方案，具體見圖2。

圖2 集控中心至電網調度通信系統建設方案

方案1 在新能源集控中心和電網調度之間直接敷設2 根24 芯普通光纜；方案2 是部分利用變電變電站的冗余通信通道，在集控中心和變電站之間敷設2 根24 芯普通光纜，變電站和電網調度之間使用已有的光纜網。實際建設中可綜合考慮具體情況和各種因素，最終選擇最佳的一種方案。

1.2.4 集控中心和各光伏子站的通信建設

要結合光伏電站的的實際情況，盡可能利用已有資源，既可降低成本又能保證光伏電站的商業化運行。集控中心到各光伏電站的通信要求較高，既要有較短的傳輸時延又要有較高的可靠性，對于部分光伏電站可租用電信通道。其有2 種通信模式：一是由子站實現“四遙”功能，直接完成集控中心和光伏子站之間的通信；二是集控中心直接和子站內邏輯控制單元（Logic Control Unit，LCU）通信，進而控制子站內設備。

1.3 集控系統功能設計規范

1.3.1 安全Ⅰ區的集控功能

安全Ⅰ區具有的集控功能如下。

（1）遠程監視。集控中心系統會定期對新能源場站端的運行數據進行查詢。其中，檢測的實時數據內容有場站信息、設備及部件信息、升壓站信息、關鍵參數、光伏列陣信息及上級信息等。集控中心系統有多種顯示方式，如矩陣、列表、趨勢、柱狀圖、預警及操作等。

（2）遠程控制。相關集控人員可遠程控制設備，如隔離開關、斷路器、變壓分接頭及無功補償設備等。

（3）分層分控。集控中心系統有權限管理和責任區處理功能，且每個設備、功能及對象組合都實現了權限管理和責任區處理功能。

（4）集控五防。為了操作安全，集控中心系統提供了智能五防功能，對集控中心的每次遙控操作，均要檢測關聯設備進行防誤閉鎖判斷，降低系統誤操作的概率。

（5）人機交互。為了增強人機交互體驗，集控中心系統提供靈活一體化的圖形用戶界面，該界面支持多窗口，允許一屏綜合顯示多個窗口，使用者可根據實際需要靈活切換窗口，同時其應實現基本畫面展示、3D 可視化界面展示以及可縮放矢量圖形（Scalable Vector Graphics，SVC）圖形展示等多樣化展示[4]。

1.3.2 安全Ⅱ區的輔助功能

安全Ⅱ區具有的輔助功能如下。

（1）功率預測。在安全Ⅱ區部署用于接受功率預測信息的服務器，這樣集控中心系統可收到來自各場站的功率預測信息，并對這些預測信息進行分析和處理。

（2）保信主站。保信主站實現了初始化配置、控制和召喚等基本功能，能夠保存和分類處理各子站上傳的開關量變位、異常及保護事件等信息；能進行波形分析并通過多種顏色展現各通道的瞬時值、波形、有效值、名稱以及開關量狀態等。

（3）電能量計算。該系統的主要功能是數據采集與處理和數據應用。以采集、存儲數據和處理分析為核心，在此基礎上提供電能量數據應用功能，結合第三方報價系統進行完善，使系統更加符合市場的需要。

1.3.3 安全Ⅲ區的應用功能

安全Ⅲ區具有的應用功能如下。

（1）顯示實時數據畫面，可自定義畫面刷新頻率，實現展示界面的優化。

（2）可顯示歷史曲線，且歷史曲線可根據用戶的實際需要疊加。

（3）支持報表查看，在瀏覽器內可生成報表，支持格式轉換且提供下載方式。

（4）可隨時搜索并查看SCADA 發出的所有預警消息。

（5）通過使用鏡像模式和主備熱冗余，確保數據庫的高可用。

（6）網頁內容清楚直觀，一目了然，并提供查詢歷史數據和實時數據的入口。

（7）為實現系統的保密性及安全性，采用三權分立原則，對唯一審計管理員、系統管理員進行配置后，運維管理員根據實際情況授予不同用戶相應的操作權限，從而實現非授權用戶不可訪問。

2 變電站通信系統設計

2.1 通信通道選擇

通信通道包括無線和有線2 種，其中有線通信方式包括光纖通信等。光纖通信方式的原理是通過光傳輸設備傳輸轉化成光信號的電信號[5]。這種通信方式可滿足電力企業對通信速率的要求，且承載容量大、抗干擾能力強，能顯著提高變電站通信系統的可靠性和穩定性。

2.2 虛擬局域網

根據國家新的標準，為了減輕采集裝置和交換機的壓力，新的虛擬局域網技術人為劃分多個邏輯子網絡以此來獲取信息，從而快速高效靈活獲取信息，并且這樣可進一步保護可控制信息。

2.3 MAC 地址過濾技術

媒體存取控制地址（Media Access Control Address，MAC）具有唯一性且通常情況下不發生改變，因此，MAC 地址過濾技術僅需在數據幀中增加目的地址（接受該數據幀的設備MAC 地址），交換機通過廣播數據幀通知所有端口，最后只有訂閱方成功接受數據幀。

2.4 通信安全策略

在前期規劃階段，設計人員要多與相關人員交流溝通，深入了解傳輸設備的選型、電纜線路的鋪設以及變電站的通信接入方式等情況，設計系列的保護措施；在建設階段，變電站通信系統的建設要嚴格遵循施工要求和標準，加大檢查和監管力度，同時要做好防護措施，例如在鋪設光纜的周圍加保護鋼管等。

2.5 變電站通信系統的拓撲結構

通信系統常用的拓撲結構有環狀、星形狀及網狀等類型，且不同類型拓撲結構在網絡通信質量、通信可靠性存在一定的差異，要綜合考慮各種因素，結合企業的的實際情況進行選擇。

3 結 論

光伏電站集控中心監控及通信系統建設實現多個光伏子電站的集控監控、控制和管理，同時實現了集控中心和電網調度的雙向通信，因此對其建設方案的設計具有重要意義。本文結合新能源場站分布特點，設計了集控中心監控及通信系統的整體框架，提出了一種新的集控系統架構，該集控系統兼容性強、穩定安全、簡單易實現、擴展方便，極大降低了企業成本，提高了企業收益效率。