姜新凡，潘飞来，胡迪军，谢培元，周农伧

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410014；2.国网湖南省电力公司怀化供电分公司，湖南怀化418000)

小容量非统调电源运行信息实时采集系统设计及应用

姜新凡1，潘飞来1，胡迪军1，谢培元1，周农伧2

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410014；2.国网湖南省电力公司怀化供电分公司，湖南怀化418000)

对湖南省内小容量非统调电源运行信息采集现状进行了分析，设计了一种针对性较强的运行信息实时采集系统方案，重点对系统架构、通道方案及规约、设备配置及安全防护进行了阐述，试点运行结果证明方案可行，可推广应用。

小容量电源；实时信息采集系统；GPRS；北斗卫星

湖南境内小容量非统调电源是湖南省电力供应和湖南电网安全、优质、绿色、经济运行的有效补充。小容量电源在有效保障地区电力供应的同时，也因其自身的局限性，对湖南电网安全运行和电力可靠供应带来一定的风险和隐患。因此，湖南电网各级调控机构亟需及时掌握小容量电源运行信息。然而，湖南电网省、地两级调度自动化系统虽然均通过专线通道或调度数据网途径实现了对直接调度管辖的并网电厂实时运行信息的直接采集与处理，但是，限于当时的主客观条件，各级调度自动化系统未能实现对湖南省内小容量电源、自备电厂等非统调电源运行信息的实时采集处理，不利于精益化开展湖南电网全口径发电数据采集统计与运行分析工作。结合湖南境内各地区独具的山区、丘陵、湖区等地形地貌特点，文中设计了可适应不同地形地貌的小容量电源运行信息实时采集系统，并成功开展了试点应用。对信息采集存在的问题、技术方案及对策建议进行了探讨，以期有效解决当前小容量非统调电源运行信息采集困境。

1 现状分析

据不完全统计，湖南省内装机容量6 MW及以上、30 MW以下非新能源发电厂共250余座，总容量约6 200 MW，分别由14个地调调度管理。其中98座 (总容量1 630 MW)电厂运行数据已分别由对其直接调度管辖的地调实时采集统计，数据采集率38.9%。纳入地调调度管理的企业自备电厂70余座，容量约3800 MW，13座 (共计容量200 168 kW)实现了数据采集统计，数据采集率18.05%。6 MW以下2 700余座，总容量约3 000 MW，数据采集率0。

造成湖南省内非统调发电厂实时数据采集率较低现象的主要原因有:1)绝大部分小容量非统调电厂位于偏远山区，调度数据网络或专线通道未覆盖，无法通过常规的专线通道或调度数据网规约通信方式实现信息采集和传送。2)小容量电厂仅有计量设备，无自动化设备，不能满足数据实时采集需求。3)小容量电厂难以承担数据采集装置建设费用及运维费用，且缺乏专业人员履行设备运维职责，设备维护难到位，电源侧的设备厂商后续服务欠缺。4)电网调控机构对地方电源、非并网电厂缺乏相应管理权限，难以通过专业管理手段在电网区域内统一部署和组织所有小容量电厂开展运行数据实时采集工作。

在无法实现小容量非统调电厂运行信息实时采集的条件下，目前主要通过三种途径采集统计非统调电厂数据。一是调度自动化系统通过小容量电厂(电厂群)并网侧的变电站综合自动化系统、RTU进行数据采集及关联计算，按合理的折算公式，计算出小电厂有功出力，适用于单个或多个 (T接)小水电专线上网至变电站的情况，实时性强，但只能获取电厂 (电厂群)上网总加出力，不能获取电厂端机组运行信息；二是用电信息采集系统通过小电厂计量关口实施数据采集，主要实现发电厂关口电表的电能量采集，实时性较差，一般每日仅采集一次，通信方式主要采用GPRS和有线电话，通信可靠性低，数据覆盖面窄，且数据准确性和完整性难以得到保障；三是通过县级及以上供电公司人工报送全口径发电统计数据，数据采集统计周期为月度，每月产生月报表，每年经核对产生年度报表。该人工月度报送方式实时性最差，数据完整性得不到保障。

2 技术方案

解决小容量电厂运行信息实时采集难题的技术关键在于公网通信接入安全防护要满足要求〔1〕、以最小的投资确保站端自动化采集设备能免维护式可靠运行〔2－3〕、数据采集通道通信质量不受偏远地区高山峡谷影响〔3－5〕等。

小容量非统调电源运行信息实时采集系统设计包括省级及地区级主站系统采集方案、电厂端自动化设备采集方案、信息安全防护方案等环节。

2.1 省级主站系统采集方案

由于湖南电网小容量非统调电源点多面广，且小电源主要通过35 kW及以下线路并入地区调度管辖电网，考虑专业管理及运维管理分级界面，不考虑省级集中直接采集方式，而是采用省级主站系统间接采集方式，即省级主站通过湖南电网14个地区主站系统实时转发方式实现对小电源运行信息的实时采集处理，见图1。

图1 省级主站系统采集方案

由图1可知，地调主站安全接入区采集子系统获取小电厂运行信息后，通过反向物理隔离装置经安全接入区传送至安全Ⅰ区SCADA实时库，既满足地调对小电厂运行信息监视处理需求，同时通过常规的104规约远动通信转发方式将小电厂运行信息实时传送至省调主站系统，满足省调对全省小电厂运行信息的实时采集与统计分析需求。

2.2 地区主站系统采集方案

在地区调度自动化主站系统安全接入区部署小电源运行信息采集子系统，直接采集小电源运行信息。安全接入区子系统采用分布式星型拓扑结构，可便于多个子站灵活方便接入主站系统。主站端主要设备包括前置采集服务器、远动通信安全网关及安全防护设备，子站端包括远动通信安全网关及配套自动化设备。地调主站安全接入区远动通信网关接收各厂站上传的实时运行数据并发送至安全接入区前置服务器，通过物理隔离装置与安全Ⅰ区地区调度自动化系统 (EMS)之间信息交互，实现地区调度对各小电站运行数据的采集与监控。

地区主站采集子系统与小电厂采集终端之间采用GPRS，北斗卫星通信通道，见图2。对于采用GPRS通信方式的小电厂，站端采集装置经公网路由器接入至主站通信安全网关，主站通信安全网关接收站端上传的数据并转换成104规约发送至安全接入区数据采集服务器。对于采用北斗卫星通信方式的小电厂，站端采集装置直接经由北斗用户机，遵循北斗通信规约及安全通信措施传送至地调主站。

图2 地区主站采集系统

2.2.1 GPRS通道方案

采用GPRS通信方式时，主站远动通信安全网关通过网口连接至移动专线路由，进而与GPRS网络互联，远动通信安全网关及站端GPRS卡配置固定IP地址，主站与站端建立虚拟专用网 (VPN)实现数据密文传输。GPRS通道通信规则:低字节在前、高字节在后；异步传输方式，8个数据位，1个停止位，偶校验；电厂端主动上送遥测、遥信、遥脉报文；可变帧长数据帧格式。其中，数据帧由帧起始符、地址域、控制码、数据域长度、数据域、校验码、帧结束符组成。

2.2.2 北斗卫星通道方案

采用北斗卫星通信方式时，设置北斗卫星用户机、指挥机IC卡编码，站端采集设备通过RS－422总线与北斗卫星用户机连接，采用北斗终端数据接口协议。主站采集设备通过RS－422总线与北斗卫星指挥机连接，同样采用北斗终端数据接口协议。北斗卫星指挥机与用户机之间采用专用通信加密机制进行加密传输。

北斗终端数据接口协议内容主要包括:北斗时间信息、发送通信信息、接收通信信息、缓存清理、定位信息等。数据通信内容以指令的方式表示，指令内容用ASCII码编码。

2.3 电厂自动化设备配置方案

配置电厂简易型、高可靠性实时运行信息采集装置1套。站端信息采集装置应集成RTU“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调) 功能，可采集开关量、交直流电压电流信号，可输出开关量信号、直流电流信号；应具有较好的现场环境适应性、长期运行的可靠性和多台装置的级联扩展性，满足对现场运行设备进行远方实时监控的各项功能和性能要求。该装置应支持通过硬接线方式与TV和TA二次连接，实现机组有功、无功、电压、电流实时采集；支持通过RS－485通信方式与站端多功能电能表通信，获取电能量及有功、无功等需量数据；支持通过串口或网络与电厂当地监控系统互联，获取电厂实时运行信息。站端信息采集装置支持电厂根据现场条件，灵活选择相应的信息采集途径。

采用北斗卫星通道时，站端需同步配置北斗卫星用户机，通过RS－422与采集装置互联。采用GPRS通道时，需同步配置通信安全网关及GPRS通信模块，通过 RS－232/RS－485与采集装置互联。

2.4 安全防护设计

小容量非统调电厂运行信息实时采集系统部署在安全接入区，传输通道采用北斗卫星或GPRS等公用网络。因此，站端设备和主站侧公网前置机之间采用单向认证和非对称加密措施，公网前置机与主站调度技术支持系统之间采用安全隔离措施。

站端安全防护:在站端部署具有数据采集能力和进行单向认证数据传输能力的专用采集终端。

纵向通信的安全防护:采用单向认证装置实现纵向通信的单向认证和安全隔离。当采用GPRS网络时，启用公网自身提供的包括 APN＋VPN或VPDN在内的无线虚拟专有通道安全措施，主站系统和公共网络间采用有线专线GRE。当采用北斗通道时，采用其提供的相应安全防护措施。

主站安全防护:接入区前置机采用安全加固的操作系统，并采取严格的访问控制措施。在前置机边界部署专用单向认证装置，对小容量非统调电厂上传的实时数据进行签名验证，实现主站对子站的身份鉴别与报文完整性保护。专用单向认证装置同时具有相应的逻辑隔离能力，实现公网与主站的隔离。横向边界安全防护采用正反向隔离装置。

3 应用效果

2013年以来，结合地区电网调度控制系统地县一体化工程建设，永州、郴州、怀化、湘西供电公司电力调控中心同步开展了地区小容量非统调电源运行信息实时采集系统建设。其中，永州、郴州采用GPRS通道方案，怀化、湘西采用北斗卫星通道方案。项目建设及试运行实践表明，GPRS和卫星通道方案可以满足信息采集需求。运行结果表明GPRS和北斗卫星两种通道各有优势和适应范围。北斗卫星通道具有覆盖面广，安全性好，可快速定位、双向通信和精密授时等特点，受地形影响小，通信可靠性高，但同时也存在通信带宽小、每次可发送字节有限 (如普通用户每次可发送240字节)等不利因素。另外，北斗通道方案需配置卫星用户机和指挥机，初期投资相对高一点。北斗通道适用于GPRS网络未覆盖或信号不可靠、数据传输容量及传输实时性要求不高的小电厂信息采集需求。GPRS通道则具有通信速率高、通信容量大等特点，初期投资较低，但GPRS网络存在覆盖区域有一定局限性、信息传输存在安全防护风险等不利因素。各地区可结合地形地貌及公用无线网络通道质量分析，综合应用GPRS和北斗卫星通道。

4 结论

运行效果表明小容量非统调电源运行信息实时采集系统方案可行，在技术层面可以有效解决当前小容量电源运行信息采集难题。但要实现小电源运行信息采集覆盖率100%，仍存在管理难度。永州等4个地区已在安全接入区建成投运采集系统，新建小容量非统调电源投产并网前，可按照采集系统技术方案要求督促电厂配置站端采集设备，满足小电源运行信息实时采集需求。但对于已并网运行的现役小容量非统调电源或未并网运行的企业自备电厂，依据现有并网协议或政府相关部门授权的统计管理要求难以有效推动电厂接入该实时信息采集系统。亟需出台相关管理要求，推动电源投资方实施配套改造，实现全省全口径发电运行信息的精益化统计与分析。

〔1〕国家电力调度控制中心.关于加强全口径发电数据采集与统计工作的通知 〔R〕.2012.

〔2〕张国江，张鹏翔.用于中小型发电厂的数据采集系统－总体结构及功能概述 〔J〕.电力自动化设备，2000，20(2):37-40.

〔3〕黄国政.小电厂远程采集实时数据不稳定的解决方案 〔J〕.电力信息化，2007，5(5):73-75.

〔4〕邱承武，宓群超.利用电力数据四级网实现小电厂数据的采集 〔J〕.电力系统自动化，2006，30(3):105-106.

〔5〕曾国强.使用公用无线数据网络GPRS的中小电厂信息采集系统//2006年电力行业信息化年会论文集 〔C〕.2008.

Scheme design and application of real time operation data acquisition system for small-size indirectly dispatched power plants

JIANG Xinfan1，PAN Feilai1，HU Dijun1，XIE Peiyuan1，ZHOU Nongcang2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410014，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Huaihua Power Supply Company，Huaihua 418000，China)

Based on the analysis of the current situation of operation data acquisition for small－size indirectly dispatched power plants located in Hunan Province，the paper designs a targeted scheme of real time operation data acquisition system which is successfully used in operation at several local power supply companies.The overall structure of the system，communication channels and protocols together with its design of hardware configuration and information security protection are illustrated in detail.

small－size power plants；real time operation data acquisition system；GPRS；Beidou satellite

TM734

B

1008－0198(2016)06－0040－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.011

姜新凡(1970)，男，湖南宁乡人，硕士，高级工程师，从事电网调度自动化系统应用开发与运维管理工作。

2016－07－15 改回日期:2016－08－09