中電建新能源集團(tuán)股份有限公司西南分公司 魏 威

某新能源發(fā)電企業(yè)是一家致力于綠色環(huán)保發(fā)展的技術(shù)型企業(yè)，現(xiàn)階段已經(jīng)完成了一套完整的電力系統(tǒng)集控中心設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方案，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著企業(yè)的發(fā)展，為了提升運(yùn)營效率、增強(qiáng)運(yùn)維管理能力，企業(yè)從多方面考慮，對(duì)電力系統(tǒng)集控中心進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 需求分析

提高風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化水平。該企業(yè)傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)管理模式需要大量的人力投入，且存在運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí)存在安全隱患。通過集控中心的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值守的管理模式，極大地減少了對(duì)人力資源的依賴，降低了管理成本。集控中心通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)備，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或異常，并進(jìn)行智能診斷和修復(fù)，提高了風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)化水平和設(shè)備維修效率[1]。

提高風(fēng)電場(chǎng)群的經(jīng)濟(jì)效益。集控中心具備存儲(chǔ)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)的能力，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析和處理。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ群途C合評(píng)定，可以制定更加合理有效的功率調(diào)控策略，提高風(fēng)電場(chǎng)群的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，集控中心還可以對(duì)單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ群头治?，幫助制定相?yīng)的措施方案，提高風(fēng)能利用率，降低損失量，減少棄風(fēng)棄能現(xiàn)象，從而增加風(fēng)電集團(tuán)的收益。

改善運(yùn)維人員的工作特點(diǎn)。由于風(fēng)電場(chǎng)多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，傳統(tǒng)管理模式需要運(yùn)維人員長(zhǎng)時(shí)間駐扎在現(xiàn)場(chǎng)，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)和人力物力投資消耗。通過集控中心的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，減少運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)的工作時(shí)間和頻率，改善運(yùn)維人員的工作環(huán)境和條件，并大幅減少人力物力投資的消耗。

2 集控中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

集控中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)所需要的硬件如下：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器2臺(tái)、數(shù)據(jù)庫軟件1套、操作系統(tǒng)1套、操作站2臺(tái)、應(yīng)用軟件1套、打印機(jī)1臺(tái)、數(shù)據(jù)處理裝置1套。

2.1 主集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

風(fēng)電場(chǎng)集控中心網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)旨在確保數(shù)據(jù)的安全傳輸和集中管理。該網(wǎng)絡(luò)采用了主備雙網(wǎng)（A、B雙網(wǎng)）的雙網(wǎng)冗余架構(gòu)。數(shù)據(jù)從風(fēng)電場(chǎng)通過電力調(diào)度網(wǎng)接入到集控中心核心路由器，核心路由器作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著處理和轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)流量的任務(wù)。其具備高性能和可靠性，能夠快速、準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。為了保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，集控中心網(wǎng)絡(luò)引入了數(shù)據(jù)加密裝置。數(shù)據(jù)加密裝置通過應(yīng)用加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為不可讀的密文，有效地防止數(shù)據(jù)被非法訪問和篡改。這種加密措施可以確保風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。在核心路由器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角爸梅?wù)器之前，數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過前置交換機(jī)進(jìn)行交換。

前置交換機(jī)起到橋梁的作用，連接核心路由器和前置服務(wù)器，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分發(fā)和傳輸。其能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址和協(xié)議類型，將數(shù)據(jù)正確地轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的前置服務(wù)器進(jìn)行采集和處理。前置服務(wù)器是集控中心網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，負(fù)責(zé)采集、存儲(chǔ)和處理風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括IEC104報(bào)文數(shù)據(jù)，該協(xié)議是用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化與通信的一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。通過解析和處理IEC104報(bào)文，前置服務(wù)器能夠獲取風(fēng)電場(chǎng)的狀態(tài)信息、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等重要數(shù)據(jù)。為了提高網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)率和穩(wěn)定性，集控中心網(wǎng)絡(luò)采用了雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，即A網(wǎng)和B網(wǎng)作為主備網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在。

通過設(shè)置冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，當(dāng)A網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致無法正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到B網(wǎng)，并對(duì)故障的預(yù)計(jì)恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行測(cè)算[2]：RTO=FT-RTN，以確保集控中心的連續(xù)運(yùn)行。其中：RTO為故障恢復(fù)時(shí)間，F(xiàn)T為故障發(fā)生的事件，RTN為系統(tǒng)恢復(fù)正常的時(shí)間，單位均為s。這種設(shè)計(jì)能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)的可用性和抗干擾能力，保證風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和集中管理。此外，在主集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之后，要求其可用性進(jìn)行測(cè)算：A=（OT/TT）×100%，其中：A代表可用性，用百分號(hào)（%）表示；OT為系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間，TT為總時(shí)間，二者的單位均為s。

2.2 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)集控中心與各風(fēng)電場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和命令下達(dá)而進(jìn)行的，首先，集控中心與各風(fēng)電場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)上傳和命令下達(dá)采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。該專用網(wǎng)采用MPLS VPN技術(shù)，通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)通道來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。MPLS VPN技術(shù)具有高效、可靠和靈活的特點(diǎn)，其可以提供100Gbps的帶寬，每秒傳輸10GB的數(shù)據(jù)，能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用了獨(dú)立且統(tǒng)一的數(shù)字通道，每個(gè)通道的帶寬為1Gbps，平均延遲為5ms。這些通道連接集控中心和各風(fēng)電場(chǎng)，主要放置在距離最近的升壓站。通過獨(dú)立的數(shù)字通道，可以有效隔離不同風(fēng)電場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，避免互相干擾。

其次，除了數(shù)字通道，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的VPN通道也是遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的重要部分。通過VPN通道，多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)信息可以上傳到集控中心。VPN通道作為另一座橋梁，能夠保證數(shù)據(jù)的安全傳輸和連接的穩(wěn)定性。同時(shí)，VPN通道還具備高帶寬和低延遲的特點(diǎn)，能夠滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。最后，在整個(gè)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)中，關(guān)鍵的設(shè)備主要包括電力調(diào)度數(shù)據(jù)專用網(wǎng)的路由器、數(shù)字通道的接入接出口和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的VPN通道。這些設(shè)備通過相互配合，實(shí)現(xiàn)了集控中心與各風(fēng)電場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和命令下達(dá)。此外，在遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中還需考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性。采用防火墻、加密技術(shù)和訪問控制等措施，確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。同時(shí)，定期進(jìn)行安全漏洞掃描和更新設(shè)備的安全補(bǔ)丁，提高網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊和抗干擾能力[3]。

2.3 風(fēng)電場(chǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

風(fēng)電場(chǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和與集控中心之間的信息交換。在設(shè)計(jì)方案中，首先根據(jù)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)采集需求，選擇合適的數(shù)據(jù)采集工具。對(duì)于升壓站、AGC/AVC、電能計(jì)量、測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)以及箱變?cè)O(shè)備等，筆者采用南瑞遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IEC104協(xié)議。而對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)采集，則使用OPC服務(wù)器，并將其轉(zhuǎn)化為IEC104協(xié)議。這樣的設(shè)計(jì)方案有利于保持?jǐn)?shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性，便于后續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸和處理。

其次通過將風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和遠(yuǎn)動(dòng)裝置連接到風(fēng)電場(chǎng)側(cè)的交換機(jī)上，形成一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)（Ⅰ區(qū)）。然后，利用風(fēng)電場(chǎng)的Ⅰ（Ⅱ）區(qū)路由器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏φ{(diào)度網(wǎng)并進(jìn)入集控中心側(cè)的核心路由器。這樣的設(shè)計(jì)確保了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)能夠快速、可靠地傳輸?shù)郊刂行模ＷC數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

最后，為了保障風(fēng)電場(chǎng)與集控中心之間的信息連接，需要安裝接入設(shè)備和安全通訊設(shè)備。接入設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)交換，以確保風(fēng)電場(chǎng)與集控中心之間的通信暢通無阻。同時(shí)，安全通訊設(shè)備能夠加密傳輸數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)被非法獲取和篡改，保障信息的安全性[4]。

在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面，對(duì)于數(shù)據(jù)采集工具的選擇，需要考慮各設(shè)備的特點(diǎn)和要求。南瑞遠(yuǎn)動(dòng)裝置和OPC服務(wù)器是目前在風(fēng)電行業(yè)廣泛使用的成熟解決方案，能夠滿足不同設(shè)備的數(shù)據(jù)采集需求并轉(zhuǎn)換為IEC104協(xié)議，確保數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性。并且，局域網(wǎng)的建立對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸至關(guān)重要。通過連接風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和遠(yuǎn)動(dòng)裝置到交換機(jī)上，形成一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)，可以提供高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。

而風(fēng)電場(chǎng)的Ⅰ（Ⅱ）區(qū)路由器則承擔(dān)起將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊刂行膫?cè)的核心路由器的任務(wù)，確保數(shù)據(jù)的迅速到達(dá)。另外，為了確保信息的安全性和可靠性，需要考慮接入設(shè)備和安全通訊設(shè)備的部署。接入設(shè)備能夠提供網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換的功能，使風(fēng)電場(chǎng)與集控中心之間的通信暢通無阻。安全通訊設(shè)備則通過加密傳輸數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)被非法獲取和篡改，有效保護(hù)信息的機(jī)密性和完整性。

3 不足與建議

3.1 監(jiān)測(cè)和故障診斷的能力仍較弱

在集控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試運(yùn)行階段，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和診斷的過程存在滯后性，即延遲較大，可以用式L=RT-ST計(jì)算。其中：L代表網(wǎng)絡(luò)延遲，RT代表接收數(shù)據(jù)的時(shí)間，ST代表發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間，三者單位均為s。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延遲過大時(shí)，如果問題需要立刻解決，則現(xiàn)狀系統(tǒng)難以對(duì)其進(jìn)行處理。為了解決這一問題，可以引入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)和性能。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是一種用于管理、優(yōu)化和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的軟件工具，其可以收集和分析關(guān)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息，并提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷功能。

具體來說，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)，包括硬件健康狀況、連接狀態(tài)和資源利用率等。通過收集和分析這些數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障或異常情況，從而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)或替換；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)具備性能監(jiān)測(cè)和優(yōu)化功能，可以收集和分析網(wǎng)絡(luò)流量、延遲、丟包率等性能指標(biāo)。這樣可以幫助識(shí)別性能瓶頸，并針對(duì)性地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提升網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和響應(yīng)速度；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)具備故障診斷的能力，可以根據(jù)收集的設(shè)備狀態(tài)和性能信息，自動(dòng)識(shí)別和定位故障的原因和位置。

3.2 安全性措施有待進(jìn)一步加強(qiáng)

雖然該系統(tǒng)采取了防火墻、加密技術(shù)、訪問控制等措施，但是，如果缺乏動(dòng)態(tài)性監(jiān)控的配合，則集控中心網(wǎng)絡(luò)整體的安全性仍需要加強(qiáng)。為此，為了綜合提升網(wǎng)絡(luò)的安全性，建議采用多層次的安全機(jī)制。入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）可以監(jiān)測(cè)和檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的異常活動(dòng)和攻擊行為。IDS可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的威脅，并發(fā)送警報(bào)通知管理員采取相應(yīng)的措施；其次，入侵防御系統(tǒng)（IPS）可以根據(jù)檢測(cè)到的攻擊行為自動(dòng)阻止惡意流量，防止攻擊者獲取未授權(quán)的訪問權(quán)限。此外，還應(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，并建立完善的數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制，以確保在發(fā)生安全事件時(shí)能夠快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3 系統(tǒng)整體缺乏靈活性

當(dāng)前，設(shè)計(jì)方案缺少靈活性和擴(kuò)展性，可能導(dǎo)致難以應(yīng)對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大和新需求的變化。由于選用了傳統(tǒng)的分層架構(gòu)，當(dāng)需要增加更多的設(shè)備或用戶時(shí)，可能需要進(jìn)行大規(guī)模的更改和重建，這將帶來高昂的成本和復(fù)雜的操作。并且，可能導(dǎo)致資源分配不平衡的問題。例如，某些區(qū)域或應(yīng)用程序可能需要更多的帶寬或存儲(chǔ)資源，但由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的限制，無法實(shí)現(xiàn)靈活的資源分配。為此，可以采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）：SDN可以將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，通過集中式的控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和配置。這種架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)編程和資源調(diào)度，提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

通過SDN，管理員可以根據(jù)需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，快速提供新的服務(wù)。同時(shí)，采用虛擬化技術(shù)可以將物理資源抽象為虛擬資源，實(shí)現(xiàn)資源的彈性分配和共享。例如，使用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上創(chuàng)建邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同部門或應(yīng)用程序的需求。另外，可以將一部分計(jì)算和存儲(chǔ)任務(wù)從集控中心轉(zhuǎn)移到云端或邊緣設(shè)備上，可以提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，這還能夠減輕集控中心的負(fù)載壓力，并降低網(wǎng)絡(luò)延遲。

通過本研究，實(shí)施新能源發(fā)電企業(yè)電力系統(tǒng)集控中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃能夠有效提升風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)化水平、經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)維人員的工作特點(diǎn)。主集控網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和風(fēng)電場(chǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)將有助于改善系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和故障診斷能力，加強(qiáng)安全性措施，并提高系統(tǒng)的靈活性。這將進(jìn)一步提高新能源發(fā)電企業(yè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，需要注意的是，監(jiān)測(cè)和故障診斷能力仍較弱、安全性措施有待加強(qiáng)以及整體缺乏靈活性等問題，應(yīng)予以關(guān)注和改進(jìn)。