新能源
利用公網(wǎng)實(shí)現光伏電站遠程操作和控制的技術(shù)
一、實(shí)現光伏電站遠程操作和控制的意義
近年來(lái)，光伏發(fā)電在國內呈迅猛發(fā)展之勢，各路諸侯搶灘光伏，各顯身手，然而光伏電站發(fā)電容量較小，數量眾多，大多地處偏遠、荒涼、分散，交通不便、生活條件差、工作環(huán)境差，運維人員需求大，有技術(shù)有經(jīng)驗的電站運維骨干人員難以招聘或留下，招聘難、成本高、人員整體素質(zhì)不高是目前光伏電站的現狀，隨著(zhù)光伏電站的不斷擴張，這種狀況在不斷加劇。
如果能夠實(shí)現光伏電站區域監視和控制，光伏電站本身做到無(wú)人值守，便可大幅度緩解上述矛盾：
1.可以在一個(gè)地區選擇交通便利，工作環(huán)境、生活條件較好的城區或某個(gè)中心區域作為集中監控中心點(diǎn)，電站不需配運維人員，只配個(gè)別安保人員，電站操作和控制在區域集中監控中心實(shí)現，需手動(dòng)操作的接地刀閘、隔離刀閘可驅車(chē)前往操作，一般此類(lèi)操作不緊急。
2.人員需求可以大幅度減少，可以?xún)?yōu)化人員配置，人員整體素質(zhì)可得到很大幅度提高。
3.由于人員需求大幅度減少，因而可大幅度降低人工成本。
4.人員集中起來(lái)監控、服務(wù)一個(gè)地區的電站，可充分發(fā)揮每個(gè)人的技術(shù)優(yōu)勢和作用，整合運維和檢修資源，資源共享，提升了管理效能。
5.由于工作環(huán)境和生活、交通條件的改善，可以吸引有技術(shù)、有經(jīng)驗的電站運維人員，并能發(fā)揮出他們的作用，跳槽現象也會(huì )大幅減少。
二、實(shí)現遠程操作和控制的問(wèn)題關(guān)鍵在于被控電站的網(wǎng)絡(luò )安全
利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現電站的遠程操作和控制，控制技術(shù)本身不是問(wèn)題，問(wèn)題是如何使得被控電站在通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收操控指令時(shí)的安全。
要實(shí)現遠程操控，操控指令必須遠程傳送到被控電站，如果控制指令通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送，被控電站的控制系統就必須與互聯(lián)網(wǎng)連接，在實(shí)現遠程控制的同時(shí)，電站會(huì )不可避免地遭受到來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的病毒、黑客等非法攻擊，所以在原先的技術(shù)下，是不可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對電站實(shí)行遠程控制的，僅能通過(guò)在縱向加密前提下從電站單向獲取數據;所以目前技術(shù)只能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠程對光伏電站進(jìn)行數據采集而實(shí)施監視，而不能實(shí)現對電站的直接操作和控制。實(shí)現對電站遠程控制的辦法只有通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離的內部專(zhuān)網(wǎng)來(lái)實(shí)現，例如電力調度系統對光伏電站的功率調節。
如果在這些發(fā)電容量較小、數量眾多、偏遠、分散的各光伏電站和集中監控中心間建設專(zhuān)用通信控制網(wǎng)絡(luò )，其投資將十分巨大，維護成本非常高昂，也仍然存在安全隱患，因為所建專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )龐大，經(jīng)過(guò)地域多，難免被蓄意破壞者尋得，如被蓄意破壞者尋得，只需在尋得處插入，就可對網(wǎng)絡(luò )中的所有電站進(jìn)行攻擊。
隨著(zhù)科技術(shù)的進(jìn)步，一種可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)安全地對光伏電站實(shí)現遠程操作和控制的技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世，這就是獲得國家發(fā)明專(zhuān)利的“遠控指令變碼技術(shù)”，其核心技術(shù)和器件是遠控指令變碼裝置。
遠控指令變碼裝置分為指令變碼編碼器和指令變碼解碼器，指令變碼編碼器安裝在遠程控制中心，指令變碼解碼器安裝在被控電站的控制網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間，它將被控電站的控制網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)物理性的隔離開(kāi)。遠控指令變碼技術(shù)是將遠程控制指令原碼通過(guò)變碼器變成與指令原碼完全不同、位數足夠多、無(wú)固定規律、永不重復、不可破解的跳變碼，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送至被控電站的變碼解碼器，變碼解碼器再將該跳變碼回變成控制指令原碼對電站設備進(jìn)行操作和控制，由于跳變碼無(wú)法破解，所以可以利用公共網(wǎng)絡(luò )公開(kāi)傳送。
為什么遠控指令變碼后通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò )傳送能保證被控電站的安全呢?這好比我們需要將一車(chē)黃金運送到目的地去，通常的保衛方式是使用堅固的容器、特種車(chē)輛、專(zhuān)用鑰匙，武裝押運甚至道路專(zhuān)用等手段，但無(wú)論如何，這輛車(chē)裝的是黃金是不變的，因此仍不能排除還會(huì )有更為強悍的劫匪能劫取成功;但如果有一種技術(shù)能將這車(chē)黃金在運送前變成一車(chē)無(wú)用的垃圾，當運送到目的地后再將其變回黃金，這樣即使公開(kāi)運送也不用擔心被劫，因為劫匪劫去的垃圾不能回變成黃金。
遠控指令變碼技術(shù)就是基于這種思想，通過(guò)安裝在控制中心的變碼編碼器將對遠方電站的控制指令變成一組位數很多、與控制指令毫無(wú)關(guān)系的“垃圾碼”—變碼，該變碼只有安裝在被控電站的變碼解碼器才能認識、才能把它恢復成正確的控制指令原碼，從而對電站的設備實(shí)現正確的操作和控制，而來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)上的其他任何偽指令碼均不能被變碼解碼器正確解碼輸出，因而不能侵擾危害電站。
變碼解碼器安裝在公網(wǎng)與被控電站控制網(wǎng)之間，它將被控電站與公網(wǎng)隔離開(kāi)，形成物理隔離。
遠控指令原碼通過(guò)變碼編碼器生成的變碼有如下特點(diǎn)：
控制指令原碼只有40位(二進(jìn)制)，而生成的變碼是144位，數值組合達萬(wàn)億億億億級，如果黑客采用掃碼技術(shù)破解，即使按照1ms/每次組(實(shí)際上由于器件的特別設計，使其遠大于1ms)，需要4.2億億億年才能掃完全部數值，由此可見(jiàn)，采用掃碼技術(shù)是無(wú)法破解的。
對于任何一個(gè)相同的操作控制指令，每次生成的跳變碼僅一次有效，永不重復，這就使得采用截碼技術(shù)破解成為不可能。
由于生成變碼的算法也是變化的，所以生成的變碼沒(méi)有固定規律，類(lèi)似于隨機碼，因此，不能從已發(fā)生的若干變碼中推算出后續變碼，這就使得采用超級計算機對大量已獲取的數據推導破解成為不可能。
遠控指令變碼技術(shù)和當前的數據加密技術(shù)有著(zhù)本質(zhì)的區別，數據加密技術(shù)不更改數據本身，只是在數據外表加“殼”，破了“殼”即可獲得數據;而遠控指令變碼技術(shù)改變了數據本身，無(wú)需加“殼”，非法者即使獲得了數據也毫無(wú)用處;因此遠控指令變碼技術(shù)從根本上解決了指令傳送的安全問(wèn)題，不用擔心公開(kāi)傳送指令數據遭截。
圖1是電力遠控指令變碼機實(shí)物圖片，編碼變碼機與解碼變碼機具有不同的硬件系統和軟件系統以滿(mǎn)足所需功能。在被控電站端，跳變碼由變碼解碼機的COM1輸入，變碼解碼后恢復成控制指令原碼經(jīng)COM2輸出，送至電站控制系統對相關(guān)設備進(jìn)行操作或控制。
如圖2所示，區域監控中心欲對區域內的光伏電站進(jìn)行遠程操作控制時(shí)，在區域監控中心遠程控制平臺上操作，生成操作控制指令原碼，該指令原碼送到遠控指令編碼變碼裝置進(jìn)行變碼，變成了與操控指令原碼完全不同、不重復、不可破解的跳變碼，此跳變碼再由遠程控制平臺經(jīng)公共網(wǎng)絡(luò )公開(kāi)傳送至被控光伏電站，被控光伏電站側的網(wǎng)絡(luò )設備接收到該跳變碼后送遠控指令解碼變碼裝置解碼，恢復成操作控制指令原碼，該指令原碼通過(guò)與被控光伏電站控制系統相連的唯一接口送到光伏電站內部控制系統，根據指令原碼產(chǎn)生相應的操作或控制信號，去操作控制相關(guān)的設備;這樣，在監控中心即可實(shí)現遠程控制光伏電站的負荷調節、開(kāi)關(guān)操作和方式變化等。
連接在被控電站與公網(wǎng)間的遠控指令解碼變碼機只有在獲得正確的變碼數據才能將其恢復成指令原碼并從COM2口輸出，否則無(wú)任何輸出，公網(wǎng)上的任何偽指令數據都將被屏蔽隔絕，這就將被控電站的內部控制專(zhuān)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)完全的隔離開(kāi)。
圖3遠程控制和實(shí)時(shí)數據采集系統圖
圖3是某遠程控制和實(shí)時(shí)數據采集系統的實(shí)例，圖中示出了一個(gè)被控電站，n多個(gè)被控電站與子站1完全相同;在子站中，變碼解碼機接在網(wǎng)絡(luò )控制主機與通訊管理機之間，使子站的通訊管理機與公網(wǎng)隔離;在控制中心的操作工作站上對被控光伏電站進(jìn)行遠程操作和控制的指令經(jīng)變碼編碼機變成不可破解的跳變碼后，通過(guò)因特網(wǎng)傳送到被控子站，經(jīng)變碼解碼機解碼恢復成操控原指令后送入電站控制系統去操控相關(guān)設備;同時(shí)，需要根據遠程監視系統提供的光伏電站實(shí)時(shí)運行信息判斷控制指令是否正常執行，而遠程監視系統的數據傳送是從子站到控制中心，所以采用單向加密的方式從子站安全二區或三區獲取數據，單向加密機也接在網(wǎng)絡(luò )控制主機與通訊管理主機之間，數據方向是通訊管理主機指向網(wǎng)絡(luò )控制主機。監視數據單向向控制中心傳送，它與變碼解碼機共同構成一下一上完整的控制監視系統。
遠控指令變碼技術(shù)徹底解決了遠程控制指令在互聯(lián)網(wǎng)上傳送的安全問(wèn)題，使得數量眾多、地處偏遠、荒涼、分散，交通不便、生活條件差、工作環(huán)境差的光伏電站和風(fēng)電站可以利用互聯(lián)網(wǎng)安全地進(jìn)行遠程操作和控制，從而實(shí)現電站無(wú)人值守?？梢韵嘈?，運用遠控指令變碼技術(shù)，實(shí)現電站區域監控，推行光伏電站無(wú)人值守的模式必是今后光伏發(fā)電運維的必然。
本文作者文庭榮，高級工程師，咨詢(xún)電話(huà)13912036033
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