光伏电站集控中心监控及通信系统建设方案设计

彭 松

（贵州拓视实业有限公司，贵州 贵阳 550002）

1 集控中心通信系统设计

1.1 集控系统框架设计

近年来，随着居民生活水平提高和用电需求日益增长，电力企业对集控中心提出了更高的要求。集控中心子系统众多，分散布置，功能的不断完善，相互独立，不方便扩展，且数据交互必须通过点对点的方式[1]。在这种背景下，很多学者展开了一体化主站系统的研究，其建立在通用、标准的软硬件基础平台上，由于扩展性强、可靠性好，被很多企业采用。

集控中心监控以集控建设为中心，基于一体化平台建设电能量采集、集中监控等应用功能。这种一体化平台方式很好地解决了以往子系统之间数据独立的问题，可以对全部数据进行分析和处理，同时可根据预先设定的标准将集控中心划分为几个安全区域，从而构建一套安全开放、稳定可靠、功能完善的主站系统。

新能源集控系统因新能源场站分布特点而采用“一主多从”的部署方式，并被划分成功能区域、软件层级、安全分区以及中心规划4 个部分，具体划分方式见图1[2]。

图1 集控中心划分模式

其中，功能区域包括场站监控层、中心集控层及上层监管层，场站监控层用于上传数据和监控现场，中心集控层用于控制和远程集中监视，上层监管层用户用于和上级沟通和电网调度。软件层级包括监控层、平台层、应用层，监控层运用了数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）管理模式，平台层使用了大数据技术体系，应用层实现融合分析和数据图表展示。根据预先的要求将集控中心划分成了4 个安全分区，分别实现了对生产的实时和非实时监控、工业电视和应用系统的监控等。4 个中心分别是监控中心、安全中心、数据中心及应用中心，监控中心用于控制和远程集中监控，安全中心用于保护系统安全运行，数据中心用于数据存储、分析和处理，应用中心用于交互和数据展示。

集控中心的数据由新能源场站通过运营商及电力专线提供，集控中心的功能主要是管理信息和生产控制，因此有2 个大区且它们通过物理隔离装置进行连接，同时集控中心系统内部建立安全管理中心，以确保集控中心系统能安全稳定运行。

1.2 集控系统通信网络建设

1.2.1 通信系统建设方案

新能源场站信息系统之间要想实现通信，需要集控中心系统在应用和各系统之间建立通信连接。通常情况下，新能源场站地处偏远，采用自主建设通信通道方式耗时耗力、成本高且不好维护，而通过租用方式实施简单、投资少且解决了通信通道维护的问题。租用通道的选择上，一般选用运营商通道或是电网通道，电网通道坚强的光传输网可靠性高、容量大，足以满足集控中心系统日常使用需求[3]。

另外，新能源场站接入电网并投运时，还要建设用于上传升压站信息的省调或地调的通信通道，对于这一要求，可通过通信通道共享或扩容的方式进行组网以实现各级各系统之间的通信。在集控中心系统建设初期就考虑到和各场站的同步通信，有利于未来电网协同调度和运行管理。

综上所述，通信系统的建设方案是租用和建立专用通信通道相结合，一方面租用运营商或电力通信通道，另一方面组建集控中心至新能源各场站的专用通信通道，这中间省去了敷设路径勘测、审批以及架设通信网等众多环节。

1.2.2 业务通道宽带确定

集控中心和新能源各场站的业务类型主要有管理业务和生产业务，其中生产业务有实时业务和非实时业务2 种。同时，集控中心主站系统对信息采集有速率要求，某光伏电站各系统的通信速率如表1所示。

表1 光伏电站各系统通信速率

分析用户实际需求，升压站监控、视频监控和机组监控都是需要接入的数据。集控中心和光伏电站之间租用公网2 Mb/s+40 Mb/s 的通信通道，上级变电站和电网调度中心租用电网2 Mb/s 通信通道，在光伏电站和上级变电站之间自建专用光缆通道。

1.2.3 集控中心至电网调度通信建设

通常集控中心和电网调度之间通过双光纤通信，考虑到集控中心的位置和周边电网，提供2 种方案，具体见图2。

图2 集控中心至电网调度通信系统建设方案

方案1 在新能源集控中心和电网调度之间直接敷设2 根24 芯普通光缆；方案2 是部分利用变电变电站的冗余通信通道，在集控中心和变电站之间敷设2 根24 芯普通光缆，变电站和电网调度之间使用已有的光缆网。实际建设中可综合考虑具体情况和各种因素，最终选择最佳的一种方案。

1.2.4 集控中心和各光伏子站的通信建设

要结合光伏电站的的实际情况，尽可能利用已有资源，既可降低成本又能保证光伏电站的商业化运行。集控中心到各光伏电站的通信要求较高，既要有较短的传输时延又要有较高的可靠性，对于部分光伏电站可租用电信通道。其有2 种通信模式：一是由子站实现“四遥”功能，直接完成集控中心和光伏子站之间的通信；二是集控中心直接和子站内逻辑控制单元（Logic Control Unit，LCU）通信，进而控制子站内设备。

1.3 集控系统功能设计规范

1.3.1 安全Ⅰ区的集控功能

安全Ⅰ区具有的集控功能如下。

（1）远程监视。集控中心系统会定期对新能源场站端的运行数据进行查询。其中，检测的实时数据内容有场站信息、设备及部件信息、升压站信息、关键参数、光伏列阵信息及上级信息等。集控中心系统有多种显示方式，如矩阵、列表、趋势、柱状图、预警及操作等。

（2）远程控制。相关集控人员可远程控制设备，如隔离开关、断路器、变压分接头及无功补偿设备等。

（3）分层分控。集控中心系统有权限管理和责任区处理功能，且每个设备、功能及对象组合都实现了权限管理和责任区处理功能。

（4）集控五防。为了操作安全，集控中心系统提供了智能五防功能，对集控中心的每次遥控操作，均要检测关联设备进行防误闭锁判断，降低系统误操作的概率。

（5）人机交互。为了增强人机交互体验，集控中心系统提供灵活一体化的图形用户界面，该界面支持多窗口，允许一屏综合显示多个窗口，使用者可根据实际需要灵活切换窗口，同时其应实现基本画面展示、3D 可视化界面展示以及可缩放矢量图形（Scalable Vector Graphics，SVC）图形展示等多样化展示[4]。

1.3.2 安全Ⅱ区的辅助功能

安全Ⅱ区具有的辅助功能如下。

（1）功率预测。在安全Ⅱ区部署用于接受功率预测信息的服务器，这样集控中心系统可收到来自各场站的功率预测信息，并对这些预测信息进行分析和处理。

（2）保信主站。保信主站实现了初始化配置、控制和召唤等基本功能，能够保存和分类处理各子站上传的开关量变位、异常及保护事件等信息；能进行波形分析并通过多种颜色展现各通道的瞬时值、波形、有效值、名称以及开关量状态等。

（3）电能量计算。该系统的主要功能是数据采集与处理和数据应用。以采集、存储数据和处理分析为核心，在此基础上提供电能量数据应用功能，结合第三方报价系统进行完善，使系统更加符合市场的需要。

1.3.3 安全Ⅲ区的应用功能

安全Ⅲ区具有的应用功能如下。

（1）显示实时数据画面，可自定义画面刷新频率，实现展示界面的优化。

（2）可显示历史曲线，且历史曲线可根据用户的实际需要叠加。

（3）支持报表查看，在浏览器内可生成报表，支持格式转换且提供下载方式。

（4）可随时搜索并查看SCADA 发出的所有预警消息。

（5）通过使用镜像模式和主备热冗余，确保数据库的高可用。

（6）网页内容清楚直观，一目了然，并提供查询历史数据和实时数据的入口。

（7）为实现系统的保密性及安全性，采用三权分立原则，对唯一审计管理员、系统管理员进行配置后，运维管理员根据实际情况授予不同用户相应的操作权限，从而实现非授权用户不可访问。

2 变电站通信系统设计

2.1 通信通道选择

通信通道包括无线和有线2 种，其中有线通信方式包括光纤通信等。光纤通信方式的原理是通过光传输设备传输转化成光信号的电信号[5]。这种通信方式可满足电力企业对通信速率的要求，且承载容量大、抗干扰能力强，能显著提高变电站通信系统的可靠性和稳定性。

2.2 虚拟局域网

根据国家新的标准，为了减轻采集装置和交换机的压力，新的虚拟局域网技术人为划分多个逻辑子网络以此来获取信息，从而快速高效灵活获取信息，并且这样可进一步保护可控制信息。

2.3 MAC 地址过滤技术

媒体存取控制地址（Media Access Control Address，MAC）具有唯一性且通常情况下不发生改变，因此，MAC 地址过滤技术仅需在数据帧中增加目的地址（接受该数据帧的设备MAC 地址），交换机通过广播数据帧通知所有端口，最后只有订阅方成功接受数据帧。

2.4 通信安全策略

在前期规划阶段，设计人员要多与相关人员交流沟通，深入了解传输设备的选型、电缆线路的铺设以及变电站的通信接入方式等情况，设计系列的保护措施；在建设阶段，变电站通信系统的建设要严格遵循施工要求和标准，加大检查和监管力度，同时要做好防护措施，例如在铺设光缆的周围加保护钢管等。

2.5 变电站通信系统的拓扑结构

通信系统常用的拓扑结构有环状、星形状及网状等类型，且不同类型拓扑结构在网络通信质量、通信可靠性存在一定的差异，要综合考虑各种因素，结合企业的的实际情况进行选择。

3 结 论

光伏电站集控中心监控及通信系统建设实现多个光伏子电站的集控监控、控制和管理，同时实现了集控中心和电网调度的双向通信，因此对其建设方案的设计具有重要意义。本文结合新能源场站分布特点，设计了集控中心监控及通信系统的整体框架，提出了一种新的集控系统架构，该集控系统兼容性强、稳定安全、简单易实现、扩展方便，极大降低了企业成本，提高了企业收益效率。