汪逍旻

（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

為順應(yīng)能源革命和數(shù)字革命的融合發(fā)展趨勢，泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的概念被提出，并與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)相輔相成，形成全面感知、全程在線、全要素互聯(lián)的物理、能源、商業(yè)互聯(lián)的新形態(tài)，建造1 個(gè)以電網(wǎng)為樞紐，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享的平臺(tái)?！岸嗾竞弦弧闭窃诖吮尘跋聭?yīng)運(yùn)而生?！岸嗾竞弦弧笔抢矛F(xiàn)有變電站站址、配電及通信資源，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能站、充（換）電站、數(shù)據(jù)中心站、分布式光伏站、北斗基站和5G 基站等能源信息設(shè)施融合建設(shè)，實(shí)現(xiàn)能源流、信息流、業(yè)務(wù)流、價(jià)值流“四流合一”的變電站全新發(fā)展建設(shè)模式［1-3］。

多站合一變電站中，傳統(tǒng)變電站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心是其中最龐大的3 個(gè)組成部分。為了保證各部分的運(yùn)行穩(wěn)定，它們均配置了復(fù)雜的控制系統(tǒng)［4］。在未建設(shè)多站合一變電站時(shí)，各組成部分均獨(dú)立建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并且獨(dú)立運(yùn)行，未能突出多站合一變電站的優(yōu)勢。

為了進(jìn)一步提高多站合一變電站的建設(shè)效益，提高多站合一變電站的網(wǎng)絡(luò)安全性和工作效率，需要對(duì)多站合一變電站監(jiān)控系統(tǒng)的融合設(shè)計(jì)方案開展研究。

1 組網(wǎng)方案

多站合一變電站監(jiān)控系統(tǒng)包含傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)部分、儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)部分等。其中傳統(tǒng)變電站部分主要接入傳統(tǒng)變電站的測控、保護(hù)等二次設(shè)備，采用61850 規(guī)約通信方式，通過以太網(wǎng)組成二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)部分主要接入AGC/AVC 主機(jī)（能量管理系統(tǒng)主機(jī)）、協(xié)調(diào)控制器、BMS（電池管理系統(tǒng)）、PCS（換流器）等儲(chǔ)能二次設(shè)備，采用61850 規(guī)約通信方式，通過以太網(wǎng)組成二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)僅接入環(huán)境管理、設(shè)備管理等綜合管控平臺(tái)二次設(shè)備，可采用61850 規(guī)約通信方式，通過以太網(wǎng)組成二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

目前傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)部分、儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)之間既有獨(dú)立處理的業(yè)務(wù)，也有相互交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。例如傳統(tǒng)變電站需要采集儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而儲(chǔ)能系統(tǒng)也需要采集變電站內(nèi)的電流、電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心部分需要上送設(shè)備安全運(yùn)行數(shù)據(jù)和負(fù)荷使用數(shù)據(jù)等。

為了實(shí)現(xiàn)多站合一變電站的集成效益，本文提出3 種一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，分別為獨(dú)立組網(wǎng)、共同組網(wǎng)和服務(wù)器跨接組網(wǎng)。

1.1 獨(dú)立組網(wǎng)

傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)部分、儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)部分三者獨(dú)立組網(wǎng)，全站分為涉網(wǎng)I 區(qū)和非涉網(wǎng)I區(qū)，兩者網(wǎng)絡(luò)不相互連通，組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。非涉網(wǎng)I區(qū)設(shè)備包含儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，涉網(wǎng)I 區(qū)設(shè)備包含傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備。

圖1 獨(dú)立組網(wǎng)拓?fù)鋱D

非涉網(wǎng)I 區(qū)服務(wù)器通過串口方式與涉網(wǎng)I 區(qū)網(wǎng)管機(jī)連接上傳和下行信息，通信采用MODBUS 規(guī)約，非涉網(wǎng)I 區(qū)與涉網(wǎng)I 區(qū)之間無網(wǎng)絡(luò)連接。采用獨(dú)立組網(wǎng)的方式，可以最大限度保障電網(wǎng)安全，維持電網(wǎng)目前的運(yùn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)安全性，因此在電廠和省內(nèi)網(wǎng)外儲(chǔ)能站項(xiàng)目中應(yīng)用較廣。

由于非涉網(wǎng)I 區(qū)與涉網(wǎng)I 區(qū)采用串口方式連接，傳輸帶寬較小，一般是9 600 bit（遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)口的百兆和千兆帶寬），且延時(shí)較大一般為1～3 s，無法實(shí)現(xiàn)快速控制功能。

1.2 共同組網(wǎng)

與獨(dú)立組網(wǎng)方式不同，傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)部分、儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)部分三者共同組網(wǎng)，全站不區(qū)分涉網(wǎng)I 區(qū)和非涉網(wǎng)I 區(qū)，組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。所有設(shè)備均采用以太網(wǎng)連接，統(tǒng)一采用61850 規(guī)約。

圖2 共同組網(wǎng)拓?fù)鋱D

由于全站設(shè)備共同組網(wǎng)，因此不需要獨(dú)立配置儲(chǔ)能站和數(shù)據(jù)中心操作員站，全站操作員站統(tǒng)一配置，各子系統(tǒng)僅配置對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)和處理服務(wù)器。

采用該模式通信速度可達(dá)百兆或者千兆，是串口方式的上萬倍，且無網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，可以滿足儲(chǔ)能站快速控制、電力物聯(lián)網(wǎng)、共享儲(chǔ)能等功能控制需求。但是所有設(shè)備均接入I 區(qū)網(wǎng)絡(luò)，且目前國內(nèi)的PCS 和BMS 設(shè)備暫時(shí)未進(jìn)行涉網(wǎng)檢測，因此采用該模式網(wǎng)絡(luò)安全性較差。

1.3 服務(wù)器跨接組網(wǎng)

與獨(dú)立組網(wǎng)方式相同，傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)部分、儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)部分、數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)部分三者獨(dú)立組網(wǎng)，全站分為涉網(wǎng)I 區(qū)和非涉網(wǎng)I 區(qū)，兩者網(wǎng)絡(luò)不相互連通，組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3 所示。非涉網(wǎng)I 區(qū)設(shè)備包含儲(chǔ)能站監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，涉網(wǎng)I 區(qū)設(shè)備包含傳統(tǒng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備。

圖3 服務(wù)器跨接組網(wǎng)拓?fù)鋱D

非涉網(wǎng)I 區(qū)的前置服務(wù)器跨接非涉網(wǎng)I 區(qū)和涉網(wǎng)I 區(qū)，調(diào)度指令和變電站上下行信息通過以太網(wǎng)絡(luò)傳輸至非涉網(wǎng)I 區(qū)的前置服務(wù)器，采用61850 規(guī)約通信方式。非涉網(wǎng)I 區(qū)前置服務(wù)器將調(diào)度指令和變電站上下行信息經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換傳輸給相關(guān)服務(wù)器和設(shè)備。

采用該模式通信速度可達(dá)1×108bit，是串口方式的上萬倍，且網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較小僅為毫秒級(jí)，可以滿足儲(chǔ)能站快速控制、電力物聯(lián)網(wǎng)、共享儲(chǔ)能等功能控制需求。同時(shí)由于僅有1 臺(tái)服務(wù)器接入涉網(wǎng)I 區(qū)交換機(jī)，可大大減少網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 方案比較

獨(dú)立組網(wǎng)、共同組網(wǎng)和服務(wù)器跨接組網(wǎng)3 種方式對(duì)比如表1 所示。

表1 組網(wǎng)方式對(duì)比

獨(dú)立組網(wǎng)方式雖然可以最大限度保證目前電網(wǎng)的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的安全性，但是信息傳輸極慢。不同于電廠和外網(wǎng)的儲(chǔ)能站，多站合一變電站需發(fā)揮站址融合、設(shè)備融合、運(yùn)維融合等優(yōu)勢，極慢的傳輸速率無法滿足多站合一的建設(shè)和運(yùn)行需求，因此不推薦作為多站合一變電站的組網(wǎng)方式。

共同組網(wǎng)雖然可以最大程度提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，但是由于所有設(shè)備均接入I 區(qū)網(wǎng)絡(luò)，且目前PCS、BMS 等設(shè)備均未通過國網(wǎng)檢測，因此網(wǎng)絡(luò)安全難以保障，也不推薦作為多站合一變電站的組網(wǎng)方式。

服務(wù)器跨接組網(wǎng)方式，不僅可以保障網(wǎng)絡(luò)通信的速率并減少延時(shí)，同時(shí)可以兼顧網(wǎng)絡(luò)安全性能，降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴概率，適用于目前多站合一變電站的建設(shè)需求，因此推薦作為多站合一變電站的組網(wǎng)方式。

3 設(shè)備配置

多站合一變電站推薦的組網(wǎng)方式為服務(wù)器跨界組網(wǎng)，該方式下的設(shè)備配置數(shù)量中等。本文以服務(wù)器跨接組網(wǎng)方式展開分析，其監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備配置如下：

（1）一體化監(jiān)控系統(tǒng)傳統(tǒng)變電站部分站控層設(shè)備配置。①主機(jī)兼操作員站：2 臺(tái)，具備主機(jī)、操作員站等功能。②五防工作站：2 臺(tái)，具備全站防誤閉鎖功能。③數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)：I 區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)2 臺(tái)。④網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置：1 臺(tái)，用于網(wǎng)絡(luò)信息安全監(jiān)視。⑤網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)2 臺(tái)，針式打印機(jī)2 臺(tái)。

（2）一體化監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)能站部分站控層設(shè)備配置。①儲(chǔ)能主機(jī)兼操作員站：2 臺(tái)，用于接收上級(jí)調(diào)度端下達(dá)的指令并向調(diào)度端上送信息，同時(shí)兼具對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)視控制功能。②AGC/AVC 主機(jī)：2 臺(tái)，用于接收上級(jí)調(diào)度端下達(dá)的指令，并實(shí)現(xiàn)二次調(diào)頻、調(diào)壓、恒功率輸出等策略控制。③前置服務(wù)器：2 臺(tái)，用于處理BMS、PCS 的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。④存儲(chǔ)服務(wù)器：2 臺(tái)，用于儲(chǔ)能系統(tǒng)能量綜合信息存儲(chǔ)。⑤協(xié)調(diào)控制器：1 套，協(xié)調(diào)控制器用于一次調(diào)頻。

（3）一體化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心部分站控層設(shè)備配置。數(shù)據(jù)中心主機(jī)兼操作員站：2 臺(tái)，用于監(jiān)視數(shù)據(jù)中心服務(wù)器設(shè)備情況。

相較于服務(wù)器跨接組網(wǎng)，獨(dú)立組網(wǎng)增配置2 臺(tái)保護(hù)管理機(jī)；共同組網(wǎng)減少配置2 臺(tái)儲(chǔ)能主機(jī)兼操作員站。

4 結(jié)語

多站合一變電站中，傳統(tǒng)變電站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心各配置了獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，本文提出獨(dú)立組網(wǎng)、共同組網(wǎng)、服務(wù)器跨接組網(wǎng)3 種組網(wǎng)方式的拓?fù)鋱D，并分析了它們的設(shè)備配置、傳輸方式、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)安全4 個(gè)方面的特性。其中服務(wù)器跨接組網(wǎng)方式不僅可以保障網(wǎng)絡(luò)通信的速率并減少延時(shí)，同時(shí)可以兼顧網(wǎng)絡(luò)安全性能，降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴概率，適用于目前多站合一變電站的建設(shè)需求。