正向隔離和反向隔離,風電場遠程集中監控系統

 1風電場集中監控現狀
風電場的特點是單機容量小，占地面積廣，布局分散，而且風力發電通常地處邊遠地區，技術條件、運行條件及其配套一般比較差，加上受環境因素影響較大和風電場擴建的需要，需要對各個風場實現統一監控，達到較高的自動化水平，使風電場可以逐步向“無人值班，少人值守”的管理方式發展，達到智慧風場的模式。一般來說對于所屬的多個風電場的集中監控，往往每個風場的機組不同，甚至一個風電場中會存在多家風電機組，每種機型都有獨立的點表數據形式，通信接口和底層通信協議往往也不一樣，造成多種信息監控系統并存、通信方式多種多樣的現狀，而集中監控管理各個風電場中的各個風力發電機組的運行數據、狀態、故障報警、工作票管理等就顯得十分重要。本文通過研究基于云桌面技術的風場遠程集中監控原理，提出一種更可靠、安全和經濟性更高，部署更快捷的構架。
2系統交互構架
目前風電場的遠程集中監控的系統交互構架的前提是各個風電場開放數據交換接口，遠程集控中心與風電場監控系統通過規約協議轉換的方式進行數據交換，完成實時數據采集和控制指令下發，如圖1所示為風電場集中監控傳統系統交互網絡拓撲圖。
根據《電力二次系統安全防護規定》，在生產控制大區與管理信息大區之間，必須設置電力專用橫向單向安全隔離裝置。根據數據流向，又分為正向隔離裝置和反向隔離裝置兩種，調度安全防護總體結構如圖2所示。當需從生產控制大區傳送數據至管理信息大區時（如采集風機數據并發送至遠程），需要通過正向隔離裝置，當需從管理信息大區傳送數據至生產控制大區時（比如從遠程下發命令對風機進行控制），則要通過反向隔離裝置。
風場前置數據采集機通過OPC/ModBus等協議從風場SCADA等子系統采集數據，定時通過正向隔離裝置把數據傳送給風場前置傳輸機，前置傳輸機把接收到的數據進行必要處理后，再通過路由器以VPN連接的方式把數據傳送給遠程監控中心。VPN技術可以有效保證設備和數據的安全性。監控中心接收到數據后，把數據進行分類處理，并轉給具體應用進行實時數據顯示，同時把分析處理后的統計數據存儲至關系數據庫以供查詢調用。當需進行遠程控制時，用戶必須具備遠程控制的權限，在進行安全檢查后，控制指令由中心數據接收處理服務器傳遞給風場前置數據傳輸服務器，然后通過反向隔離裝置以文本文件的形式轉送至數據采集服務器，最后經過解碼把指令下發給各受控系統。
3基于云技術的構架
3.1 IP-KVM構架
遠程IP-KVM構架是一種比較常用的遠程網絡接入方式。該模式帶有遠程管理功能，通過數字式KVM切換器，它能較便捷地控制遠程多臺監控服務器。IP-KVM將風電場監控系統服務器的信號通過互聯網傳送到IP信號數據包。在遠程控制中心服務器收到信號后，又被重新編譯成鍵盤、鼠標、顯示器信號。為了保證數據安全，IP-KVM系統的信號傳送不僅限于使用VPN專網來保證安全，在網絡傳送和接收兩端進行加解密、密碼保護及數據壓縮，確保遠程數據安全。遠程IP-KVM構架不受限于操作系統與硬件，可以實現跨平臺操作。這對于無法提供數據交換接口的監控系統，能輕松解決。但此種構架的缺點也是顯而易見的：用戶在遠程IP-KVM時，相當于遠程操作現場監控系統，無法實現控制優先級選擇和閉鎖保護，給設備遠程控制帶來一定的安全隱患，并且對網絡帶寬有一定的要求。
3.2云桌面構架
本文提出的使用云桌面技術，簡略地說就是通過云計算軟件來實現桌面統一，資源共享，構建私有云，讓客戶端脫離原電腦主機，用顯示器和云終端設備就能實現登錄、辦公、現場控制維護等，這樣可以大大減少管理和維護費用。云桌面架構將風電場的各個系統桌面融合為云桌面服務端，構建成私有云桌面，遠程控制臺按需進行連接控制，為其提供功能和性能強大的遠程監控管理綜合平臺。
此設計在原有系統中增加云桌面服務器與事件服務器，并在遠程監控中心增加集中控制臺，云桌面服務器用于與各個現場的監控桌面應用通信程序進行交互。事件服務器采集各個系統產生的事件報警，通過集中控制服務器連接云桌面，在遠程監控中心控制臺就可對現場進行查看與控制。
云桌面架構的優勢是跨平臺的系統，其前端支持Windows系統、UNIX系統、Linux系統;集中控制臺還支持手持與平板設備;能夠將多個風電場的多種機型的監控系統統一到一個平臺上，對所有系統進行控制。通信傳輸的數據都經過不可逆的軟硬件加密，同時，具有權限認證、閉鎖保護、操作日志保存等。此種模式部署快，同時這種方式通過控制用戶權限和優選級選擇和保護閉鎖，可有效保證設備遠程控制的安全性和可靠性，很好實現設備遠程控制。
3.3網絡拓撲
一個風電場一般由風機SCADA系統與PPM（能量管理）系統，廠站監控系統與五防系統等組成。為了每個系統與云桌面應用之間進行無縫銜接，各系統要求提供事件報警接口，這樣可以將其系統統一集成到私有的云桌面系統中，在遠程的集中控制臺進行查看與控制。將現場的各個系統進行連接，分別將桌面信息采集到云桌面服務器，將報警信息采集到事件服務器。