劉忠德,周全民,羅德志,張宇明

（國家電投集團(tuán)江西電力有限公司，江西 南昌 330001）

0 引言

南昌集控中心新能源集控系統(tǒng)于2017 年開始建設(shè)，設(shè)計(jì)接入場站5 座，2018 年集控系統(tǒng)完成建設(shè)后，接入場站逐年增加，截至到目前，已接入廠站33 個，數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)達(dá)到200 萬余點(diǎn)，集控中心設(shè)置四個安全接入?yún)^(qū)，對上建設(shè)了江西能源局?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，國家電投總部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，集控中心一體化數(shù)據(jù)平臺三個轉(zhuǎn)發(fā)接口。集控系統(tǒng)已完成新能源廠站監(jiān)視與控制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，運(yùn)行報表和運(yùn)行分析等功能。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、場站運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方面運(yùn)行穩(wěn)定，但在新能源場站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，綜合分析和數(shù)據(jù)治理方面功能較弱。隨著接入場站增多，運(yùn)行人員對場站監(jiān)視壓力增大，難以及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障。為了提高運(yùn)行人員對場站監(jiān)控效率，提升場站運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)新能源場站精細(xì)化管理[1，2]，擬對現(xiàn)有的新能源集控系統(tǒng)進(jìn)行功能完善[3]，功能升級包括硬件升級和SCADA 軟件升級兩個部分。

1 硬件升級

南昌集控中心新能源集控系統(tǒng)硬件配置圖如圖1 所示，集控中心配置Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ區(qū)，Ⅰ區(qū)運(yùn)行生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)，Ⅱ區(qū)運(yùn)行保信主站、功率預(yù)測業(yè)務(wù)，Ⅲ區(qū)運(yùn)行集團(tuán)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)、報表業(yè)務(wù)、收集APP 和WEB，Ⅳ區(qū)運(yùn)行能源局轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。集控中心Ⅰ區(qū)采用兩條電力通道與接入場站通信，在接入場站，分別配置2 臺數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與升壓站、光伏監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、SVG 系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)和AVC 系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)場站端的數(shù)據(jù)匯集，并轉(zhuǎn)發(fā)集控中心的遙控/遙調(diào)命令至升壓站、風(fēng)電機(jī)組或逆變器。系統(tǒng)從最初的五個接入場站，到2023年已經(jīng)接入場站33 個，為適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模，先后對Ⅰ區(qū)增加了采集服務(wù)器2 臺，Ⅰ區(qū)存儲系統(tǒng)由獨(dú)立雙服務(wù)器系統(tǒng)升級為RAC 系統(tǒng)，Ⅲ區(qū)RAC 磁盤介質(zhì)也進(jìn)行了升級。系統(tǒng)硬件水平可以滿足當(dāng)前江西公司新能源接入規(guī)模。

圖1 國家電投南昌集控中心硬件配置

系統(tǒng)建設(shè)初期，Ⅲ區(qū)主要為報表系統(tǒng)、手機(jī)APP和WEB 瀏覽服務(wù)，Ⅲ區(qū)配置2 臺服務(wù)器，2 臺服務(wù)器配置為SCADA 器和歷史服務(wù)器，即這2 臺服務(wù)器同時承擔(dān)SCADA 服務(wù)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)（包括數(shù)據(jù)存盤、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、事項(xiàng)處理、實(shí)時數(shù)據(jù)處理、高可用性管理等），隨著場站接入增多，Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)量增大，數(shù)據(jù)處理和存盤負(fù)載增加，Ⅲ區(qū)2 臺服務(wù)器存儲和運(yùn)算負(fù)荷太高，需將SCADA 功能和歷史數(shù)據(jù)存儲功能分開。本次硬件升級增加2 臺服務(wù)器，將原來的SCADA 功能轉(zhuǎn)移至新增加的服務(wù)器，原服務(wù)器僅運(yùn)行RAC 和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)。

在系統(tǒng)運(yùn)行初期，值班員在進(jìn)行值班員界面登錄時，僅進(jìn)行密碼認(rèn)證。在進(jìn)行遙控和遙調(diào)操作時，采用雙機(jī)監(jiān)督機(jī)制，基本可以保證控制的安全和可靠性。隨著等保測評等級的提高和二次安全防護(hù)要求的提高，原有的單因子認(rèn)證難以滿足要求，系統(tǒng)需采用口令和指紋儀雙因子認(rèn)證機(jī)制，以保證值班員在控制操作登錄時，采用口令和指紋雙重認(rèn)證[4，5]。因此，本次升級4 臺值班員工作站增加了指紋儀配置。

2 軟件升級

本次軟件升級包括集控基礎(chǔ)平臺升級和SCADA 功能升級兩部分，其功能框架如圖2 所示。

圖2 軟件升級框架

2.1 基礎(chǔ)平臺升級

基礎(chǔ)平臺部分包括原有的redhat 操作系統(tǒng)更換為國產(chǎn)化麒麟操作系統(tǒng)。增加值班員雙因子認(rèn)證機(jī)制，采用用戶密碼和指紋儀雙因子登錄機(jī)制，開發(fā)指紋管理模塊，并完善用戶密碼和登錄機(jī)制管理。同時，系統(tǒng)賬戶密碼采用國產(chǎn)密碼技術(shù)，設(shè)置強(qiáng)制過期時間，時間原則上不超過6 個月。系統(tǒng)增加長期未使用賬戶的管理功能，對于長期（如連續(xù)6 個月）未登陸使用的賬戶，暫停該賬戶的相關(guān)權(quán)限。

優(yōu)化能源局?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，集團(tuán)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，智能場站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)視、報警機(jī)制。對集團(tuán)、智能場站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)時監(jiān)視通信鏈路，在通信中斷時，采用語音、報警條等多種形式提供實(shí)時報警，并產(chǎn)生事件記錄。

優(yōu)化前置機(jī)內(nèi)存管理，優(yōu)化前置機(jī)報文解析等功能。對非前置機(jī)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程瀏覽通道狀態(tài)、收發(fā)報文、監(jiān)視遙測/遙信/電度生數(shù)據(jù)的傳輸機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，保證值班員節(jié)點(diǎn)可實(shí)時查看前置報文。

優(yōu)化SCADA 數(shù)據(jù)存盤機(jī)制，保證集控中心在存盤數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)增加情況下的穩(wěn)定性。對磁盤空間不足等因素導(dǎo)致無法存盤，進(jìn)行告警提示，開發(fā)表空間使用率實(shí)時監(jiān)視界面，保證值班員可實(shí)時查看歷史數(shù)據(jù)磁盤占用情況。

增加智能光字牌功能，智能光字牌采用分層和分級的方法，光字牌分為四層：總光字牌、場站集合層、間隔集合層、間隔層。現(xiàn)場信號動作時，首先總光字牌動作，然后依次是場站集合層、間隔集合層、間隔層。正常時所有光字牌為綠色平光；某一間隔的一個光字牌動作后，該光字牌變紅色并閃爍，該間隔、該站、及總光字牌均同時變紅色并閃爍；運(yùn)行人員通過總光字牌閃爍知道有光字牌動作，逐層點(diǎn)擊進(jìn)入到間隔層后可查看到具體的動作信號。信號復(fù)歸后，光字牌變綠色平光；信號被確認(rèn)后，將停止閃爍。

新能源場站告警增加分層分級告警模式。場站產(chǎn)生告警信息時，首先在新能源場站總覽畫面有信號動作，提示運(yùn)行人員注意。運(yùn)行人員再根據(jù)需要，點(diǎn)擊下一層畫面，可瀏覽詳細(xì)信息。同時，增加報警過濾功能，將發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備告警分離。將風(fēng)電場分為風(fēng)機(jī)告警頁和升壓站告警頁，將光伏電站分為逆變器告警頁和升壓站告警頁，有助于值班員快速定位故障源，提升值班員監(jiān)盤效率。

2.2 SCADA 功能升級

2.2.1 運(yùn)行監(jiān)視

新能源運(yùn)行監(jiān)視畫面是值班員掌握新能源運(yùn)行態(tài)勢，對新能源進(jìn)行控制、優(yōu)化調(diào)度的重要手段。新能源運(yùn)行監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)包括兩部分。一部分是后臺SCADA 對新能源場站的運(yùn)行特征指標(biāo)（包括功率、電量、運(yùn)行時長、故障統(tǒng)計(jì)、能效分析等）的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，另外一部分是運(yùn)行特征指標(biāo)的人機(jī)展示。系統(tǒng)運(yùn)行初期，運(yùn)行監(jiān)視畫面按照分層分級的思想設(shè)計(jì)，第一層為公司級，第二層為場站級，第三層為單元設(shè)備級。第一層主要展示所有場站信息，包括裝機(jī)和當(dāng)前實(shí)時總出力。第二層展示對應(yīng)場站的各個子系統(tǒng)。第三層為升壓站、風(fēng)機(jī)陣列、風(fēng)機(jī)單機(jī)、逆變器等各個單元和設(shè)備級信息。目前，系統(tǒng)在場站級和單元設(shè)備級信息展示較為完備，運(yùn)行效果如圖3 所示。在公司級層面統(tǒng)計(jì)指標(biāo)有待進(jìn)一步完善。

圖3 新能源運(yùn)行監(jiān)視畫面

本次SCADA 功能升級，增加了相關(guān)新能源運(yùn)行指標(biāo)的后臺計(jì)算功能，并完善了相關(guān)人機(jī)界面。對于風(fēng)電場，公司級監(jiān)視各風(fēng)電場級層面的實(shí)時數(shù)據(jù)，具體包括有功功率（理論、實(shí)發(fā)功率），平均風(fēng)速，電量（日、月、年），利用小時，機(jī)組狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（各種運(yùn)行工況下的機(jī)組臺數(shù)統(tǒng)計(jì)）。對于光伏電站，公司級監(jiān)控包括各光伏電站健康狀態(tài)，通信狀態(tài)統(tǒng)計(jì)（包括箱變、匯流箱和逆變器設(shè)備通信狀態(tài)），全站實(shí)時數(shù)據(jù)（包括全場功率，輻照強(qiáng)度，發(fā)電量，累計(jì)輻照，每瓦出力，環(huán)境溫度等）。電站健康狀態(tài)根據(jù)箱變、匯流箱、氣象站的通信狀態(tài)，設(shè)備狀態(tài)（包括逆變器，匯流箱和箱變等）和損失電量等指標(biāo)進(jìn)行評估。增加以上運(yùn)行指標(biāo)后，為值班員監(jiān)視新能源電站運(yùn)行態(tài)勢提供了支撐手段。功能升級后的，公司級監(jiān)視畫面如圖4 所示。

圖4 公司級新能源運(yùn)行監(jiān)視畫面

2.2.2 風(fēng)機(jī)群控

隨著新能源場站并網(wǎng)容量增加，為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，需要對新能源場站的出力進(jìn)行快速控制[6]，即要求對新能源場站按選擇機(jī)組、選擇集電線、選擇場站，快速切出，以保證電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定性。風(fēng)電機(jī)組群控包括三種控制模式：全場控制，集電線控制和按機(jī)組選擇控制，值班員可根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的要求，選擇控制模式。在群控模式下，機(jī)組的控制采取順序序列控制，遠(yuǎn)動規(guī)約根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)機(jī)監(jiān)控平臺選擇。若風(fēng)機(jī)監(jiān)控平臺采用IEC104 規(guī)約，遙控方式采用直接控制，以提高響應(yīng)速度。其控制界面如圖5 所示。

圖5 風(fēng)機(jī)群控界面

2.2.3 風(fēng)電場數(shù)據(jù)分析

風(fēng)電場數(shù)據(jù)分析包括：績效評價，損失電量分析，功率曲線分析，機(jī)組狀態(tài)分析，資源分析。其中，績效評價指標(biāo)包括：風(fēng)速，累計(jì)發(fā)電量，累計(jì)發(fā)電小時數(shù)，等效利用小時，風(fēng)能利用率，時間可利用率，生產(chǎn)進(jìn)度，年生產(chǎn)進(jìn)度，風(fēng)頻圖等。損失電量分析指標(biāo)包括：損失電量對理論發(fā)電量的占比，責(zé)任損失分布分析，損失原因分析，系統(tǒng)可給出時間段內(nèi)故障次數(shù)排名前十的故障，并對其進(jìn)行分析，分析其持續(xù)時間和該故障下?lián)p失電量。功率曲線分析可對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行指定時間段內(nèi)（周，月，年和自定義時間段）的功率曲線一致性系數(shù)分析，并進(jìn)行排名。同時，可在指定時間段內(nèi)（周，月，年和自定義時間段）以曲線圖、散點(diǎn)圖的形式展示功率曲線。機(jī)組狀態(tài)分析是對指定時間內(nèi)的，風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了解風(fēng)電場機(jī)組運(yùn)行態(tài)勢。系統(tǒng)可對風(fēng)電機(jī)組在指定的時間段內(nèi)（周，月，年和自定義時間段），查詢風(fēng)電機(jī)組在用戶停機(jī)，故障停機(jī)，正常發(fā)電和環(huán)境待命狀態(tài)四種狀態(tài)下的開始時間和結(jié)束時間。風(fēng)資源分析包括：風(fēng)速/風(fēng)向玫瑰圖， 風(fēng)頻和湍流分布曲線。在指定時間段內(nèi)風(fēng)電場測風(fēng)塔所測的各個層高的10 min 平均風(fēng)速進(jìn)行對比分析。展示在指定時間段內(nèi)各機(jī)組機(jī)頭風(fēng)速風(fēng)向玫瑰圖，展示指定時間段內(nèi)的風(fēng)頻和湍流分布曲線。并可以表格形式展示風(fēng)頻/湍流分布和風(fēng)速風(fēng)向頻率表。

2.2.4 光伏電站數(shù)據(jù)分析

光伏電站數(shù)據(jù)分析包括：效能評價，理論電量分析，組串離散率分析，工況分析，效率分析。效能評價采用利用小時和利用小時在一段時間的變化趨勢來進(jìn)行評價，效能評價可以逆變器、光伏電站為單位進(jìn)行，從而可進(jìn)行站內(nèi)設(shè)備間效能評價，也可進(jìn)行站間效能評價。理論電量分析根據(jù)實(shí)際輻照度和逆變器輸出實(shí)際功率進(jìn)行理論分析，并統(tǒng)計(jì)出各逆變器排名，分析算法包括光伏輻照度法和光伏樣本組法算法。光伏輻照度法根據(jù)實(shí)際輻照度與逆變器輸出功率對應(yīng)理論功率曲線的變化情況，可發(fā)現(xiàn)逆變器可能潛在的問題，及時檢修，保持效率最大化。離散率分析對各逆變器接入的組串進(jìn)行分析，離散率越低，說明各支路電流曲線一致性越好，發(fā)電情況穩(wěn)定。離散率越大，一致性越差，則可能存在故障單元。系統(tǒng)可對指定時間段內(nèi)的離散率進(jìn)行分析和展示，并對離散率較高的支路進(jìn)行告警提示。工況分析包括統(tǒng)計(jì)光伏電站在限電狀態(tài)、故障狀態(tài)、異常狀態(tài)、維修狀態(tài)的損失電量，進(jìn)行對比分析，掌握光伏電站運(yùn)行特性。效率分析包括電力、電量、利用小時、能量利用率、可利用率等指標(biāo)。

2.2.5 數(shù)據(jù)治理

新能源具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和波動性[7]，再加上數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)噪聲等干擾因素影響，使得新能源場站的運(yùn)行數(shù)據(jù)不可避免有不合理的”臟”數(shù)據(jù)存在，這些不合理的數(shù)據(jù)會影響場站的運(yùn)行和功率預(yù)測的精度，嚴(yán)重的會影響到電網(wǎng)調(diào)度端的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)模塊[8]，導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)不收斂。新能源場站數(shù)據(jù)治理是根據(jù)量測數(shù)據(jù)的合理性、電氣系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型等規(guī)則，檢測不良數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)修補(bǔ)的辦法，將不良數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)[9，10]。數(shù)據(jù)治理基于實(shí)時數(shù)據(jù)庫，采用后臺進(jìn)程對升壓站、風(fēng)電機(jī)組和逆變器相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描分析，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時告警，并存入歷史數(shù)據(jù)庫。用戶可根據(jù)時間、場站、設(shè)備進(jìn)行分類查詢。數(shù)據(jù)治理內(nèi)容主要包括：

（1）升壓站母線數(shù)據(jù)治理

升壓站母線數(shù)據(jù)治理包括功率、電流和電壓量測。正常運(yùn)行情況下，流入母線和流出母線的功率、電流等量測值的平衡應(yīng)保持平衡。但由于測量精度、傳輸?shù)挠绊?，可能處于不平衡狀態(tài)，因此，可對量測值設(shè)置閾值。如果節(jié)點(diǎn)功率、電流不平衡量超過此閾值，則此節(jié)點(diǎn)的該量測置為不合理量測，并采用插值法等方法進(jìn)行修正。另外，對于并列運(yùn)行的母線，其電壓差量測應(yīng)在合理的閾值范圍內(nèi)，否則應(yīng)置為不合理數(shù)據(jù)。

（2）變壓器數(shù)據(jù)治理

對變壓器而言，流入和流出變壓器各側(cè)有功功率、無功功率應(yīng)保持平衡，否則應(yīng)置為不合理數(shù)據(jù)。實(shí)際計(jì)算時，通過獲取整個變壓器各側(cè)繞組的有功功率、無功功率進(jìn)行總加計(jì)算，并把總加結(jié)果與設(shè)置閾值進(jìn)行比較。另外，對分接頭可調(diào)變壓器，其分接頭位置也是電力系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，可根據(jù)變壓器各側(cè)量測值及變壓器參數(shù)，進(jìn)行分接頭位置估算。并對異常的分接頭進(jìn)行修復(fù)。

（3）場站潮流數(shù)據(jù)治理

根據(jù)功率平衡原則，整個場站的進(jìn)出線有功功率總加和、無功功率總加和應(yīng)該都為零。場站潮流數(shù)據(jù)治理根據(jù)這一規(guī)則完成。

（4）量測一致性數(shù)據(jù)治理

量測一致性數(shù)據(jù)治理根據(jù)對應(yīng)設(shè)備的模擬量和狀態(tài)量關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢驗(yàn)和治理。如果斷路器接點(diǎn)位置信號與對應(yīng)的功率、電流、電壓數(shù)據(jù)表達(dá)的信息在一段延時后不匹配，則推斷出現(xiàn)異常，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行治理。一般異常判據(jù)設(shè)為：當(dāng)某支路的斷路器和刀閘狀態(tài)為合位，模擬量等量測值為零；斷路器和刀閘狀態(tài)為分位，模擬量等量測值不為零。

數(shù)據(jù)治理的流程如圖6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)治理流程

3 結(jié)語

本文分析了國家電投南昌運(yùn)營中心新能源集控系統(tǒng)自建設(shè)6 年來的情況，隨著接入場站的增多，值班員監(jiān)盤壓力增大，場站運(yùn)維效率有待提高，同時，安全等保測評等級也急需提高。為解決這些問題，本文給出了集控平臺硬件和軟件升級方案，給出了詳細(xì)的功能設(shè)計(jì)，該方案的實(shí)施將全面提升新能源集控平臺的數(shù)據(jù)分析能力和智能化水平，將有助于提高國家電投江西公司的新能源消納能力和水平。