国家电投南昌运营中心集控平台功能升级

刘忠德,周全民,罗德志,张宇明

（国家电投集团江西电力有限公司，江西 南昌 330001）

0 引言

南昌集控中心新能源集控系统于2017 年开始建设，设计接入场站5 座，2018 年集控系统完成建设后，接入场站逐年增加，截至到目前，已接入厂站33 个，数据点数已经达到200 万余点，集控中心设置四个安全接入区，对上建设了江西能源局数据转发，国家电投总部数据转发，集控中心一体化数据平台三个转发接口。集控系统已完成新能源厂站监视与控制，数据转发，运行报表和运行分析等功能。系统在数据采集、场站运行控制、数据转发方面运行稳定，但在新能源场站的数据统计，综合分析和数据治理方面功能较弱。随着接入场站增多，运行人员对场站监视压力增大，难以及时发现运行故障。为了提高运行人员对场站监控效率，提升场站运行管理水平，实现新能源场站精细化管理[1，2]，拟对现有的新能源集控系统进行功能完善[3]，功能升级包括硬件升级和SCADA 软件升级两个部分。

1 硬件升级

南昌集控中心新能源集控系统硬件配置图如图1 所示，集控中心配置Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ区，Ⅰ区运行生产控制业务，Ⅱ区运行保信主站、功率预测业务，Ⅲ区运行集团转发业务、报表业务、收集APP 和WEB，Ⅳ区运行能源局转发业务。集控中心Ⅰ区采用两条电力通道与接入场站通信，在接入场站，分别配置2 台数据网关，数据网关与升压站、光伏监控系统、风机监控系统、SVG 系统、箱变监控系统、AGC系统和AVC 系统通信，实现场站端的数据汇集，并转发集控中心的遥控/遥调命令至升压站、风电机组或逆变器。系统从最初的五个接入场站，到2023年已经接入场站33 个，为适应系统发展规模，先后对Ⅰ区增加了采集服务器2 台，Ⅰ区存储系统由独立双服务器系统升级为RAC 系统，Ⅲ区RAC 磁盘介质也进行了升级。系统硬件水平可以满足当前江西公司新能源接入规模。

图1 国家电投南昌集控中心硬件配置

系统建设初期，Ⅲ区主要为报表系统、手机APP和WEB 浏览服务，Ⅲ区配置2 台服务器，2 台服务器配置为SCADA 器和历史服务器，即这2 台服务器同时承担SCADA 服务和历史数据服务（包括数据存盘、数据统计、事项处理、实时数据处理、高可用性管理等），随着场站接入增多，Ⅲ区数据量增大，数据处理和存盘负载增加，Ⅲ区2 台服务器存储和运算负荷太高，需将SCADA 功能和历史数据存储功能分开。本次硬件升级增加2 台服务器，将原来的SCADA 功能转移至新增加的服务器，原服务器仅运行RAC 和历史数据服务。

在系统运行初期，值班员在进行值班员界面登录时，仅进行密码认证。在进行遥控和遥调操作时，采用双机监督机制，基本可以保证控制的安全和可靠性。随着等保测评等级的提高和二次安全防护要求的提高，原有的单因子认证难以满足要求，系统需采用口令和指纹仪双因子认证机制，以保证值班员在控制操作登录时，采用口令和指纹双重认证[4，5]。因此，本次升级4 台值班员工作站增加了指纹仪配置。

2 软件升级

本次软件升级包括集控基础平台升级和SCADA 功能升级两部分，其功能框架如图2 所示。

图2 软件升级框架

2.1 基础平台升级

基础平台部分包括原有的redhat 操作系统更换为国产化麒麟操作系统。增加值班员双因子认证机制，采用用户密码和指纹仪双因子登录机制，开发指纹管理模块，并完善用户密码和登录机制管理。同时，系统账户密码采用国产密码技术，设置强制过期时间，时间原则上不超过6 个月。系统增加长期未使用账户的管理功能，对于长期（如连续6 个月）未登陆使用的账户，暂停该账户的相关权限。

优化能源局数据转发，集团数据转发，智能场站数据转发监视、报警机制。对集团、智能场站数据转发，实时监视通信链路，在通信中断时，采用语音、报警条等多种形式提供实时报警，并产生事件记录。

优化前置机内存管理，优化前置机报文解析等功能。对非前置机节点远程浏览通道状态、收发报文、监视遥测/遥信/电度生数据的传输机制进行优化，保证值班员节点可实时查看前置报文。

优化SCADA 数据存盘机制，保证集控中心在存盘数据点数增加情况下的稳定性。对磁盘空间不足等因素导致无法存盘，进行告警提示，开发表空间使用率实时监视界面，保证值班员可实时查看历史数据磁盘占用情况。

增加智能光字牌功能，智能光字牌采用分层和分级的方法，光字牌分为四层：总光字牌、场站集合层、间隔集合层、间隔层。现场信号动作时，首先总光字牌动作，然后依次是场站集合层、间隔集合层、间隔层。正常时所有光字牌为绿色平光；某一间隔的一个光字牌动作后，该光字牌变红色并闪烁，该间隔、该站、及总光字牌均同时变红色并闪烁；运行人员通过总光字牌闪烁知道有光字牌动作，逐层点击进入到间隔层后可查看到具体的动作信号。信号复归后，光字牌变绿色平光；信号被确认后，将停止闪烁。

新能源场站告警增加分层分级告警模式。场站产生告警信息时，首先在新能源场站总览画面有信号动作，提示运行人员注意。运行人员再根据需要，点击下一层画面，可浏览详细信息。同时，增加报警过滤功能，将发电设备和输变电设备告警分离。将风电场分为风机告警页和升压站告警页，将光伏电站分为逆变器告警页和升压站告警页，有助于值班员快速定位故障源，提升值班员监盘效率。

2.2 SCADA 功能升级

2.2.1 运行监视

新能源运行监视画面是值班员掌握新能源运行态势，对新能源进行控制、优化调度的重要手段。新能源运行监视功能实现包括两部分。一部分是后台SCADA 对新能源场站的运行特征指标（包括功率、电量、运行时长、故障统计、能效分析等）的统计计算，另外一部分是运行特征指标的人机展示。系统运行初期，运行监视画面按照分层分级的思想设计，第一层为公司级，第二层为场站级，第三层为单元设备级。第一层主要展示所有场站信息，包括装机和当前实时总出力。第二层展示对应场站的各个子系统。第三层为升压站、风机阵列、风机单机、逆变器等各个单元和设备级信息。目前，系统在场站级和单元设备级信息展示较为完备，运行效果如图3 所示。在公司级层面统计指标有待进一步完善。

图3 新能源运行监视画面

本次SCADA 功能升级，增加了相关新能源运行指标的后台计算功能，并完善了相关人机界面。对于风电场，公司级监视各风电场级层面的实时数据，具体包括有功功率（理论、实发功率），平均风速，电量（日、月、年），利用小时，机组状态统计数据（各种运行工况下的机组台数统计）。对于光伏电站，公司级监控包括各光伏电站健康状态，通信状态统计（包括箱变、汇流箱和逆变器设备通信状态），全站实时数据（包括全场功率，辐照强度，发电量，累计辐照，每瓦出力，环境温度等）。电站健康状态根据箱变、汇流箱、气象站的通信状态，设备状态（包括逆变器，汇流箱和箱变等）和损失电量等指标进行评估。增加以上运行指标后，为值班员监视新能源电站运行态势提供了支撑手段。功能升级后的，公司级监视画面如图4 所示。

图4 公司级新能源运行监视画面

2.2.2 风机群控

随着新能源场站并网容量增加，为保证电网安全运行，需要对新能源场站的出力进行快速控制[6]，即要求对新能源场站按选择机组、选择集电线、选择场站，快速切出，以保证电网的频率和电压稳定性。风电机组群控包括三种控制模式：全场控制，集电线控制和按机组选择控制，值班员可根据电网调度的要求，选择控制模式。在群控模式下，机组的控制采取顺序序列控制，远动规约根据现场风机监控平台选择。若风机监控平台采用IEC104 规约，遥控方式采用直接控制，以提高响应速度。其控制界面如图5 所示。

图5 风机群控界面

2.2.3 风电场数据分析

风电场数据分析包括：绩效评价，损失电量分析，功率曲线分析，机组状态分析，资源分析。其中，绩效评价指标包括：风速，累计发电量，累计发电小时数，等效利用小时，风能利用率，时间可利用率，生产进度，年生产进度，风频图等。损失电量分析指标包括：损失电量对理论发电量的占比，责任损失分布分析，损失原因分析，系统可给出时间段内故障次数排名前十的故障，并对其进行分析，分析其持续时间和该故障下损失电量。功率曲线分析可对风电机组进行指定时间段内（周，月，年和自定义时间段）的功率曲线一致性系数分析，并进行排名。同时，可在指定时间段内（周，月，年和自定义时间段）以曲线图、散点图的形式展示功率曲线。机组状态分析是对指定时间内的，风机状态进行统计，了解风电场机组运行态势。系统可对风电机组在指定的时间段内（周，月，年和自定义时间段），查询风电机组在用户停机，故障停机，正常发电和环境待命状态四种状态下的开始时间和结束时间。风资源分析包括：风速/风向玫瑰图， 风频和湍流分布曲线。在指定时间段内风电场测风塔所测的各个层高的10 min 平均风速进行对比分析。展示在指定时间段内各机组机头风速风向玫瑰图，展示指定时间段内的风频和湍流分布曲线。并可以表格形式展示风频/湍流分布和风速风向频率表。

2.2.4 光伏电站数据分析

光伏电站数据分析包括：效能评价，理论电量分析，组串离散率分析，工况分析，效率分析。效能评价采用利用小时和利用小时在一段时间的变化趋势来进行评价，效能评价可以逆变器、光伏电站为单位进行，从而可进行站内设备间效能评价，也可进行站间效能评价。理论电量分析根据实际辐照度和逆变器输出实际功率进行理论分析，并统计出各逆变器排名，分析算法包括光伏辐照度法和光伏样本组法算法。光伏辐照度法根据实际辐照度与逆变器输出功率对应理论功率曲线的变化情况，可发现逆变器可能潜在的问题，及时检修，保持效率最大化。离散率分析对各逆变器接入的组串进行分析，离散率越低，说明各支路电流曲线一致性越好，发电情况稳定。离散率越大，一致性越差，则可能存在故障单元。系统可对指定时间段内的离散率进行分析和展示，并对离散率较高的支路进行告警提示。工况分析包括统计光伏电站在限电状态、故障状态、异常状态、维修状态的损失电量，进行对比分析，掌握光伏电站运行特性。效率分析包括电力、电量、利用小时、能量利用率、可利用率等指标。

2.2.5 数据治理

新能源具有较强的随机性和波动性[7]，再加上数据采集环节噪声等干扰因素影响，使得新能源场站的运行数据不可避免有不合理的”脏”数据存在，这些不合理的数据会影响场站的运行和功率预测的精度，严重的会影响到电网调度端的电力系统状态估计模块[8]，导致状态估计不收敛。新能源场站数据治理是根据量测数据的合理性、电气系统拓扑结构、系统模型等规则，检测不良数据，并采用数据修补的办法，将不良数据转化成满足数据质量要求的数据[9，10]。数据治理基于实时数据库，采用后台进程对升压站、风电机组和逆变器相关设备数据进行扫描分析，对异常数据进行实时告警，并存入历史数据库。用户可根据时间、场站、设备进行分类查询。数据治理内容主要包括：

（1）升压站母线数据治理

升压站母线数据治理包括功率、电流和电压量测。正常运行情况下，流入母线和流出母线的功率、电流等量测值的平衡应保持平衡。但由于测量精度、传输的影响，可能处于不平衡状态，因此，可对量测值设置阈值。如果节点功率、电流不平衡量超过此阈值，则此节点的该量测置为不合理量测，并采用插值法等方法进行修正。另外，对于并列运行的母线，其电压差量测应在合理的阈值范围内，否则应置为不合理数据。

（2）变压器数据治理

对变压器而言，流入和流出变压器各侧有功功率、无功功率应保持平衡，否则应置为不合理数据。实际计算时，通过获取整个变压器各侧绕组的有功功率、无功功率进行总加计算，并把总加结果与设置阈值进行比较。另外，对分接头可调变压器，其分接头位置也是电力系统关键参数，可根据变压器各侧量测值及变压器参数，进行分接头位置估算。并对异常的分接头进行修复。

（3）场站潮流数据治理

根据功率平衡原则，整个场站的进出线有功功率总加和、无功功率总加和应该都为零。场站潮流数据治理根据这一规则完成。

（4）量测一致性数据治理

量测一致性数据治理根据对应设备的模拟量和状态量关联性进行检验和治理。如果断路器接点位置信号与对应的功率、电流、电压数据表达的信息在一段延时后不匹配，则推断出现异常，并对异常数据进行治理。一般异常判据设为：当某支路的断路器和刀闸状态为合位，模拟量等量测值为零；断路器和刀闸状态为分位，模拟量等量测值不为零。

数据治理的流程如图6 所示。

图6 数据治理流程

3 结语

本文分析了国家电投南昌运营中心新能源集控系统自建设6 年来的情况，随着接入场站的增多，值班员监盘压力增大，场站运维效率有待提高，同时，安全等保测评等级也急需提高。为解决这些问题，本文给出了集控平台硬件和软件升级方案，给出了详细的功能设计，该方案的实施将全面提升新能源集控平台的数据分析能力和智能化水平，将有助于提高国家电投江西公司的新能源消纳能力和水平。