光伏電站接入自動(dòng)化系統(tǒng)方式探討

羅 曼

國(guó)網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電公司

1 背景

隨著全球資源和環(huán)境壓力的增大，能源危機(jī)也日益嚴(yán)峻，可再生能源作為一種清潔環(huán)保的能源，被大力發(fā)展已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)新能源均采用扶持政策，這大大提高了光伏電站的建設(shè)速度。以杭州市蕭山區(qū)為例，2014 年這短短一年內(nèi)，就有15 個(gè)光伏電站共計(jì)40MW 容量要投運(yùn)。光伏電站作為全新的廠站類型，國(guó)家規(guī)范對(duì)它的接入要求的嚴(yán)格程度遠(yuǎn)低于常規(guī)的電廠，這對(duì)自動(dòng)化專業(yè)提出了挑戰(zhàn)。面對(duì)如雨后春筍般冒出來(lái)的光伏電站，目前調(diào)度機(jī)構(gòu)基本采用光伏廠站的形式接入，即通過(guò)獨(dú)立光纖、EPON 技術(shù)、無(wú)線專網(wǎng)等通信方式將所有光伏電站的三遙信息接入。文章對(duì)光伏電站的接入方式進(jìn)行了探討，總結(jié)蕭山供電公司的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了通過(guò)建立光伏子站的方式實(shí)現(xiàn)光伏電站的安全接入。同時(shí)，對(duì)子站的接入方式進(jìn)行了綜合分析，提出了兩種安全、高效的接入方式。

2 電網(wǎng)公司對(duì)光伏電站的接入要求

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)要求必須通過(guò)國(guó)家安全等級(jí)三級(jí)認(rèn)證，對(duì)系統(tǒng)安全的要求很高。光伏廠站屬于用戶，對(duì)于光伏電站的接入，網(wǎng)省公司對(duì)其有如下要求。

1）信息采集范圍：光伏電站需接入并網(wǎng)點(diǎn)處屬于調(diào)度管轄設(shè)備的遙測(cè)、遙信和遙控信息；并按照國(guó)家關(guān)于光伏電站的典設(shè)要求，盡可能接入逆變器、電能檢測(cè)、氣象等裝置的運(yùn)行信息。

2）通信要求：遠(yuǎn)動(dòng)信息上傳宜采用專網(wǎng)有線方式，可單路配置專網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)通道并滿足相關(guān)信息安全防護(hù)要求，如光纖以太網(wǎng)通信，音頻四線通信等。采用網(wǎng)路方式通信的應(yīng)具備基于非對(duì)稱加密技術(shù)的單向認(rèn)證功能。遠(yuǎn)動(dòng)裝置應(yīng)至少支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT、DISA 規(guī)約通信。

3）二次安防要求：如站內(nèi)有監(jiān)控系統(tǒng)且需與其他自用系統(tǒng)連接的，應(yīng)滿足國(guó)家能源局第104 號(hào)令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求，采取必要的安全防護(hù)措施，配置硬件防火墻、隔離裝置等安全防護(hù)設(shè)備，并與上送調(diào)度的設(shè)備和端口要在物理上進(jìn)行隔離。

4）保護(hù)配置要求：光伏自身保護(hù)配置應(yīng)滿足國(guó)家關(guān)于光伏電源并網(wǎng)的相關(guān)要求，與電網(wǎng)有關(guān)的保護(hù)和自動(dòng)化裝置應(yīng)與電網(wǎng)相配合，其設(shè)備選型和配置需要經(jīng)調(diào)度專業(yè)人員認(rèn)可。

5）調(diào)度電話：要求電話專用且具備錄音功能，電話應(yīng)有人接聽。

3 接入方式的選擇

要實(shí)現(xiàn)光伏電站的安全接入，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，可以從兩個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行安全管控，一是從廠站側(cè)，二是從主站側(cè)。

實(shí)現(xiàn)在廠站側(cè)安全管控

光伏廠站采用模擬通道，使用串口規(guī)約，需購(gòu)置SDH傳輸設(shè)備，杜絕了網(wǎng)絡(luò)通信方式的不安全性。這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)投資是十分巨大的，相對(duì)于光伏電站本身的小容量和小投入，上SDH 設(shè)備無(wú)疑是用戶難以承受的，也是不實(shí)際的。同時(shí)，如果采用模擬通道，在主站端就可以直接接到調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中去，但自動(dòng)化系統(tǒng)目前只配置了96 個(gè)廠站的容量，主網(wǎng)的變電站和小火電廠已占去了三分之二多的容量，系統(tǒng)還需要為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展預(yù)留接入空間，所以如此大數(shù)量的光伏電站直接以串口方式接入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)也是不太現(xiàn)實(shí)的。

光伏廠站如采用網(wǎng)絡(luò)通道，縱向應(yīng)使用加密認(rèn)證裝置。用戶需要在光伏廠站當(dāng)?shù)亟⒈O(jiān)控系統(tǒng)，而且這套監(jiān)控系統(tǒng)需要上因特網(wǎng)，這是一種極其不安全的聯(lián)接方式，除非向調(diào)度端發(fā)信息的遠(yuǎn)動(dòng)裝置與當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控系統(tǒng)在物理上是完全隔離的，或者說(shuō)用正向物理隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)到當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的單相傳輸，這也是可行的，但由于物理隔離一定程度上會(huì)影響到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

由此可見，在廠站端實(shí)現(xiàn)安全接入，用戶投資大，或?qū)?shù)據(jù)傳輸有一定影響，在條件允許的情況下可以作為補(bǔ)充模式，但不是主要模式。

實(shí)現(xiàn)在主站側(cè)安全管控

如何實(shí)現(xiàn)在主站側(cè)進(jìn)行安全管控。在國(guó)家政策的鼓勵(lì)下，光伏電站只會(huì)越來(lái)越普及，其接入原則也會(huì)盡量按減少用戶投資，方便用戶等原則來(lái)實(shí)施。所以，接入的通信模式會(huì)越來(lái)越多，EPON，獨(dú)立光纖收發(fā)器、無(wú)線專網(wǎng)等，各種接入模式要求我們除了對(duì)廠站側(cè)要進(jìn)行安全把控外，主站側(cè)也必須牢牢把握安全接入的概念，要把光伏子站作為一個(gè)不受信任的站點(diǎn)接入我們的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)考慮。主站側(cè)實(shí)現(xiàn)有以下好處：

光伏子站匯總了所有光伏廠站上送的信息，是一個(gè)點(diǎn)，在這里進(jìn)行安全策略的實(shí)施相對(duì)單一，比在五花八門的各種光伏廠站進(jìn)行安全策略的布置相對(duì)要容易得多。

光伏子站位于調(diào)控中心，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)化專業(yè)人員能全盤掌控，不存在安全設(shè)備人為的停止使用等問(wèn)題。

在主站側(cè)布置了安全接入?yún)^(qū)，相對(duì)對(duì)廠站的安全要求就會(huì)降低，從而可以節(jié)約用戶的投資，也能允許用戶使用多種不同的通信模式，比較收用戶的歡迎。

由此可以看出，在主站側(cè)實(shí)現(xiàn)安全接入相對(duì)廠站側(cè)進(jìn)行控制具有更大的方便性和更好的效果。

4 光伏電站主站側(cè)接入方式

采用子站方式接入光伏電站

2014 年，國(guó)家能源局下發(fā)了新的第104 號(hào)令，即《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，經(jīng)過(guò)對(duì)目前光伏電站的接入方式的分析和對(duì)照，104 號(hào)令中要求采用網(wǎng)絡(luò)方式通信的安全接入?yún)^(qū)與其他系統(tǒng)的聯(lián)接需要采用物理隔離的強(qiáng)度。

在蕭山區(qū)域，光伏電站的發(fā)展很快，未來(lái)5 年可能會(huì)有上百家接入，因此我們主站側(cè)考慮建立光伏子站系統(tǒng)，將發(fā)電性質(zhì)相同的光伏電站接入一套專門為其開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，再將該系統(tǒng)和主網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過(guò)該系統(tǒng)，可以針對(duì)光伏電站性質(zhì)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電計(jì)劃等高級(jí)應(yīng)用功能。光伏子站作為獨(dú)立系統(tǒng)有自己的采集網(wǎng)和數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)，采用模擬通道方式將光伏子站接入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，可以滿足安全防護(hù)要求，也保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>

光伏子站與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信模式

1）光伏子站側(cè)采用高速串口與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)間連接采用101 或CDT 規(guī)約實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該方式一般無(wú)需增加硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)方便，但需要目前使用的光伏子站系統(tǒng)支持高速串口服務(wù)；同時(shí)要求光伏子站與調(diào)度自動(dòng)化主站之間的傳輸距離不超出232 口的最大傳輸距離。

2）光伏子站與調(diào)度自動(dòng)化主站間采用遠(yuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)接。遠(yuǎn)動(dòng)裝置與光伏子站聯(lián)網(wǎng)，然后將光伏子站以一個(gè)廠站的方式接入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，遠(yuǎn)動(dòng)裝置與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)間通信采用101 或CDT 規(guī)約，如距離較遠(yuǎn)可在中間配置調(diào)制調(diào)制解調(diào)器。該方式同樣無(wú)需增加硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)方便，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)過(guò)程環(huán)節(jié)較多，可能故障環(huán)節(jié)較多。

以上兩種方式均能有效實(shí)現(xiàn)光伏電站的安全接入，同時(shí)還能在子站層面開發(fā)多種高級(jí)應(yīng)用功能，同時(shí)不占用主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)資源。蕭山公司的主站自動(dòng)化機(jī)房中光伏子站設(shè)備與調(diào)度自動(dòng)化主站設(shè)備之間距離較遠(yuǎn)，因此我們選用第二種方式，目前已運(yùn)行半年，實(shí)用效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)一套光伏子站系統(tǒng)，將光伏電站接入該系統(tǒng)，接入方式可有多種選擇，再將光伏子站作為一個(gè)變電站，采用模擬通道的方式接入現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，既滿足了安全防護(hù)的要求，也可使數(shù)據(jù)傳輸高效靈活。在經(jīng)歷了嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試后表明，這種方式能滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性要求。該方式在蕭山供電公司應(yīng)用的半年中，為光伏電站安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。