新能源集控中心安全接入區設計與實現

何飛躍,龔新益,羅鈺昕

（1.中國水利水電科學研究院自動化所，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著新型電力系統的全面建設和推進， 新能源裝機快速增長，截至2022 年底，可再生能源裝機突破12 億kW，達到12.13 億kW，占全國發電總裝機的47.3%，其中，風電3.65 億kW、太陽能發電3.93 億kW、生物質發電0.41 億kW、常規水電3.68 億kW、抽水蓄能0.45 億kW。今年以來，以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電、光伏基地建設和屋頂分布式光伏開發建設提速，新能源裝機規模不斷增長。

新能源場站一般地區偏遠，單個發電單元呈現容量小、數量多、場址分散的特點，為發揮區域規?；瘍瀯荩孟冗M的信息技術采取集約化、專業化管理，實現區域內新能源場站的集中監控、綜合數據分析和統一運維管理，提升管理效率和經營效益，新能源集控建設己成為一種趨勢。為保證場站至集控中心數據可靠傳輸，出于網絡安全性考慮應選擇電力調度數據網通道，但電力調度數據網覆蓋范圍有限，且存在單條帶寬小、單位帶寬價格高等問題，面對集控中心業務系統繁多、數據量大的情況，結合成本考慮，公網數據通道作為集控數據傳輸通道成為好的選擇。

新能源生產控制區屬于安全Ⅰ區[1]，根據國家發改委14 號令附件的要求，當生產控制大區需要在縱向聯接中使用無線通信網或其他外部公用數據網而其安全防護水平低于生產控制大區內其他系統時，需要設立安全接入區。安全接入區與生產控制大區中其他部分的聯接處必須設置經國家指定部門檢測認證的橫向單向安全隔離裝置。目前國內對安全接入區的實現主要基于安全代理的數據交換完成，遠動報文通過安全代理穿越正反向隔離裝置[2，3]，從而實現集控中心和新能源場站的安全通信，隨著集控中心控制場站增多，該方案在多場站接入時遙信/遙測/遙脈采集和遙控/遙調控制時間性能上難以滿足要求[4]，且在通信故障時，故障恢復時間難以滿足要求。為解決這些問題，本文對新能源集控安全接入的關鍵技術進行了研究，提出一體化平臺接入方式，并給出詳細的硬件和軟件實現方案，在軟件實現上，遠動報文不穿越隔離裝置，隔離裝置上采用私有格式報文通信，從而提高通信的實時性和可靠性。

1 安全接入區設計

1.1 集控側安全接入區

為保證安全I 區通信安全和可靠性[5]，在通信條件較好的場站，一般集控側配置一條電力通道作為主通道，另外租用一條運營商通道作為備用通道，集控側安全接入區如圖1 所示。在通信條件較差的偏遠場站，則兩條通信通道均配置為運營商通道，因此集控側兩條通道均從外網運營商網絡接入，接入設備配置與圖1 類似。

圖1 集控側安全接入區

集控側安全接入區的硬件設備主要包括[6]：集控后置通信服務器，正向隔離裝置，反向隔離裝置，集控前置通信服務器，外網接入交換機，縱向加密設備。

集控前置通信服務器通過外網網絡設備及加密裝置，經運營商網絡與場站側后置服務器進行通信，從正向隔離裝置接收集控后置通信服務器發送的下行命令，轉發至場站側外網數據服務器，將從場站接收的實時數據，以文本文件的形式，經反向隔離裝置，傳送至集控前置通信服務器。

集控后置通信服務器通過集控Ⅰ區網絡與集控中心采集通信服務器進行通信，解析經方向隔離裝置送入I 區的實時數據文件，將實時數據以104 規約的格式傳送到集控采集服務器。后置通信服務器接收集控采集服務器下發的遙控、遙調控制命令，經正向隔離裝置發送至集控前置通信服務器。

值得注意的是，由于集控側接入的所有場站均需由安全接入區接入完成，因此安全接入的前置服務器和后置服務器均應采用與集控側數據采集服務器相同的配置，包括在CPU、內存方面的配置，均應相同，以保證數據采集和實時控制的實時性。

1.2 場站側安全接入區

在通信條件較好的場站，一般場站側配置一條電力通道作為主通道，另外租用一條運營商通道作為備用通道，場站側安全接入區如圖2 所示。在通信條件較差的偏遠場站，則兩條通信通道均配置為運營商通道，這種情況的場站設備配置與圖2 類似。

圖2 場站側安全接入區

場站側安全接入區的硬件設備主要包括：場站后置通信服務器，正向隔離裝置，反向隔離裝置，場站前置通信服務器，外網接入交換機，縱向加密設備。

場站前置通信服務器通過外網網絡設備及加密裝置，經運營商網絡與集控側前置服務器進行通信。從正向隔離裝置接收場站后置通信服務器發送的實時數據和遙控、遙調返校數據，轉發至集控側前置數據服務器。將從集控側前置服務器接收到的遙控、遙調命令，用文本文件的形式，經反向隔離裝置，傳送至場站側后置通信服務器。

一個黑社會組織，之所以能夠作惡近20年，得益于背后的“保護傘”——無為縣法院刑事審判庭原副庭長吳業平。據周幫海供述，吳業平有“能量”。七年前，周幫海的馬仔吳克任犯下兩起尋釁滋事、兩起故意傷害案件，他向吳業平送上2萬元并請求輕判。在“吳庭長”的操縱下，身負四起情節嚴重案件的吳克任，僅被判處緩刑二年。連吳業平自己都說：“像這樣的案子判緩刑，在法院還從來沒有過?！?/p>

場站后置通信服務器通過場站I 區網絡與場站采集通信服務器進行通信。將場站實時數據和遙控、遙調返校數據，以數據包形式經正向隔離裝置發送到場站前置通信服務器。從反向隔離裝置接收遙控、遙調數據對應的文本文件，解析后發送到場站采集通信服務器。

與集控側安全接入區相比，場站安全接入區的服務器只承擔單一場站的數據轉發，其配置參數與場站的數據采集通信服務器保持一致即可。

2 安全接入區實現

從軟件實現上，安全代理方式與一體化平臺對比如表1 所示：

表1 安全代理方式與一體化平臺對比

從表1 中可看出，與數據代理方式相比，無論是從集控/場站端的前置和后置服務器的軟件部署，還是從集控/場站端的正向和反向隔離裝置傳輸的信息看，一體化平臺接入方式都是性能優越的方案。

2.1 集控側安全接入區實現

集控后置服務器與集控數采服務器采用遠動規約通信，集控后置服務器與集控前置服務器采用私有格式報文通信，避免遠動報文穿越正反向隔離中裝置，從而提高通信的實時性和可靠性。

（1）集控側后置服務器軟件框架

圖3 集控后置服務器軟件結構

由于來自場站的實時數據、SOE 數據文件及控制返校數據文件均從反向隔離進入集控Ⅰ區，反向隔離裝置的文件傳送采用串行傳送方式，實時數據文件采用周期傳送方式，每一秒傳送一次，SOE 數據文件及控制返校數據文件是在有SOE 發生或控制命令執行才傳送，如果這些數據文件配置在一個傳送任務中，周期傳送任務有可能對實時傳送的SOE 和控制命令造成影響。因此，這3 類數據文件需配置3 個獨立通道分別傳送，以保證SOE 數據和控制命令數據傳輸的實時性。另外，在文件解析時，由于反向隔離裝置的文件接收工具會先產生臨時文件，再生成正式的接收文件，因此在集控后置服務器檢測到臨時文件時，不能解析文件，待正式文件生成完后，才可進行文件解析，以保證數據的正確性。

（2）集控側前置服務器軟件框架

集控側前置服務器與場站前置服務器通信時，集控前置服務器為通信主站，采集各個子站的遙測、遙信、遙脈和SOE 實時數據，并向場站前置服務器下發遙控和遙調命令。集控側前置服務器采用多通道方式和場站前置服務器通信，為保證場站前置服務器和場站I 區內兩臺RTU 的數據一致性（場站一般配置2 臺互為備用的RTU），場站前置服務器也應建立兩個RTU。集控前置服務器軟件框架包括基本SCADA 平臺和應用層平臺，應用層中實時數據發送模塊實現含實時數據采集，文件打包，并存放至反向隔離裝置傳輸軟件配置的目錄，由傳輸軟件經反向隔離裝置傳送到集控后置服務器。數據通信模塊實現與場站前置服務器通信。命令控制模塊接收經正向隔離裝置發送的控制命令，并以遠動規約的格式，向場站前置發送控制命令。其軟件結構如圖4 所示。

圖4 集控前置服務器軟件結構

在實時數據采集過程中，由于采用了SCADA平臺，實時數據文件只需要按遙測、遙信、遙脈3 種類型周期性打包為實時數據格式文本文件，并存放至反向隔離傳輸軟件指定的路徑，即可完成實時數據的傳送?？刂品敌祿催b控和遙調的格式打包成控制返校文本文件。狀態量變位期間的SOE 數據則按SOE 格式打包成SOE 數據文本文件。

2.2 場站側安全接入區實現

場站后置服務器與場站數采服務器采用遠動規約通信，場站后置服務器與場站前置服務器采用私有格式報文通信，避免遠動報文穿越正反向隔離中裝置，從而提高通信的實時性和可靠性。

（1）場站后置服務器軟件框架

場站側后置服務器在場站I 區與場站采集服務器通信，采集場站實時數據，為通信主站端。場站RTU 一般配置為主備兩臺，場站側后置服務器與兩臺RTU 均建立連接，接收遙測、遙信、遙脈和SOE實時數據，并向RTU 下發遙控和遙調命令。對于數據點較多的新能源場站，為保證通信實時性，可以將實際RTU 劃分為多個邏輯RTU，提高通信效率。場站后置服務器軟件框架分為基本SCADA 平臺和應用層平臺，其軟件結構如圖5 所示。

應用層中實時數據發送模塊實現含實時數據采集，并組包以TCP 形式經正向隔離發送到場站前置服務器，實時數據采集包括全量周期性采集和變化采集兩部分，以保證數據的實時性，數據包組包大小根據正向隔離裝置一次可通過的最大數據包長度確定。實時數據包括遙測、遙信、遙脈和SOE。上行返?？刂泼畎l送，采用TCP 形式經正向隔離發送到場站前置服務器。實時數據發送端口和上行返校控制命令發送端口分開獨立配置，并行發送。下行控制命令發送模塊，解析經反向隔離接收的控制命令文件，按遙控/遙調格式下發至RTU。

（2）場站前置服務器軟件框架

場站側前置服務器通過運營商網絡與集控前置服務器通信，轉發場站實時數據，并接收控制命令，為通信子站端。場站側前置服務器軟件框架包括基本SCADA 平臺和應用層平臺，其軟件結構如圖6 所示。

圖6 場站前置服務器軟件結構

應用層平臺中，實時數據采集模塊接收經正向隔離裝置到達的實時數據包，并將實時數據更新至實時數據庫。上行返?？刂泼畎l送模塊接收經正向隔離裝置到達的控制命令數據包，解析后，由數據通信的上行通道，組成遙控、遙調返校幀發送至集控前置服務器。下行控制命令發送模塊從數據通信模塊中獲取下行的遙控、遙調命令，打包為控制命令文本文件包，經反向隔離裝置發送到場站后置服務器。

3 結論

本文對新能源集控中心集控側和場站側安全接入區的通信需求進行了分析，并給出了集控側和場站側硬件設計方案和軟件實現方式，對遙測、遙信、遙脈、SOE、遙控、遙調的傳輸給出了詳細實現方案。在本文提出的方案中，穿越正向隔離裝置的實時數據和控制報文采用私有格式組包，采用TCP 方式傳輸，穿越反向隔離裝置的實時數據和控制報文采用文本文件，經反向隔離，采用TCP 傳輸，這樣可以保證數據傳輸可靠穩定。與從集控端到場站端穿越遠動報文方式比，通信可靠性大大提高。