中國儲能網(wǎng)訊：
01、研究背景
電化學儲能電站電力二次安全防護系統(tǒng)是保證儲能電站網(wǎng)絡安全的主要方式。依據(jù)GB 51048《電化學儲能電站設計標準》電力二次安全防護系統(tǒng)設計要求:“接入公共電網(wǎng)的電化學儲能電站應進行二次安全防護設計，應滿足二次系統(tǒng)安全防護的有關規(guī)定”。本文參考南方電網(wǎng)企業(yè)標準Q/CSG1204009《中國南方電網(wǎng)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護技術規(guī)范》進行二次安全防護設計，描述了電網(wǎng)側大中型電化學儲能電站的電力二次安全防護系統(tǒng)的系統(tǒng)總體邏輯結構、設備配置方式及設備主要功能等內(nèi)容。
02、安全防護目標
電力二次安全防護主要針對網(wǎng)絡系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。安全防護的總體目標是保護電力監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的安全，抵御黑客、病毒、惡意代碼等的破壞和攻擊，特別是能夠抵御來自外部有組織的團體、擁有豐富資源的威脅源發(fā)起的惡意攻擊，防止電力監(jiān)控系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，以及由此造成的電力系統(tǒng)事故或大面積停電事故。建立電力二次系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護體系，能在二次系統(tǒng)遭到損害后，迅速恢復主要功能，防止電力二次系統(tǒng)的安全事件引發(fā)或導致電力一次系統(tǒng)事故以及大面積停電事故，保障儲能電站安全穩(wěn)定運行。
03、安全防護原則
二次安全防護設計應當堅持“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則，保障電力監(jiān)控系統(tǒng)和電力調(diào)度網(wǎng)絡的安全。安全防護原則的實施方式如下。
3.1、安全分區(qū)
儲能電站二次安全防護系統(tǒng)分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。
3.1.1、生產(chǎn)大區(qū)控制
生產(chǎn)控制大區(qū)分為控制區(qū)（又稱安全區(qū)I）和非控制區(qū)（又稱安全區(qū)II），生產(chǎn)控制大區(qū)是電力監(jiān)控系統(tǒng)重點防護對象。
控制區(qū)是電力監(jiān)控系統(tǒng)各安全區(qū)中安全等級最高的分區(qū)，該區(qū)中的業(yè)務系統(tǒng)與電力調(diào)度生產(chǎn)直接相關，有對一次系統(tǒng)的在線監(jiān)視和閉環(huán)控制功能，且具有連續(xù)性、實時性的特點以及高安全性、高可靠性和高可用性的要求。該區(qū)使用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的實時VPN子網(wǎng)或專用通道與異地有關的控制區(qū)互聯(lián)。控制區(qū)范圍內(nèi)系統(tǒng)包括調(diào)度自動化系統(tǒng)（EMS）、自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）、自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）、安穩(wěn)控制系統(tǒng)、保護信息子站系統(tǒng)、安全自動控制系統(tǒng)、低頻低周減載系統(tǒng)等。
非控制區(qū)是電力監(jiān)控系統(tǒng)各安全區(qū)中安全等級僅次于控制區(qū)的分區(qū)。該區(qū)的業(yè)務系統(tǒng)功能與電力生產(chǎn)直接相關，但不直接參與控制。該區(qū)使用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的非實時VPN子網(wǎng)或專用通道與異地有關的非控制區(qū)互聯(lián)。非控制區(qū)的典型系統(tǒng)包括故障錄波系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)、電能量采集裝置等。
3.1.2、管理信息大區(qū)
管理信息大區(qū)原則上劃分為生產(chǎn)管理區(qū)（安全區(qū)Ⅲ）和管理信息區(qū)（安全區(qū)Ⅳ）。
生產(chǎn)管理區(qū)是電力監(jiān)控系統(tǒng)各安全區(qū)中安全等級次于非控制區(qū)的分區(qū)。該區(qū)中的業(yè)務系統(tǒng)與電力調(diào)度生產(chǎn)管理工作直接相關。該安全區(qū)使用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與異地有關的生產(chǎn)管理區(qū)互聯(lián)。生產(chǎn)管理區(qū)的典型系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。
管理信息區(qū)的業(yè)務系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)管理和辦公自動化。儲能電站暫不考慮設置管理信息區(qū)。
3.2、網(wǎng)絡專用
電化學儲能電站采用獨立的網(wǎng)絡設備組網(wǎng)，在物理層面上實現(xiàn)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)及外部公共信息網(wǎng)的安全隔離。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采用MPLS-VPN（多協(xié)議標簽交換—虛擬專用網(wǎng)）技術劃分兩個相互邏輯隔離的業(yè)務子網(wǎng)，即實時VPN和非實時VPN。實時VPN用于控制區(qū)業(yè)務系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)通信，非實時VPN用于非控制區(qū)業(yè)務系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)通信。
3.3、橫向隔離
電化學儲能電站的生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間設置電力專用橫向安全隔離裝置實現(xiàn)物理隔離。生產(chǎn)控制大區(qū)的控制區(qū)與非控制區(qū)之間采用防火墻實現(xiàn)邏輯隔離。
3.4、縱向認證
電化學儲能電站的在生產(chǎn)控制大區(qū)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的縱向連接處部署電力專用縱向加密認證網(wǎng)關或加密認證裝置，為上下級調(diào)度機構或主站與子站端的控制系統(tǒng)之間的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信提供雙向身份認證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制服務。
04、大型儲能電站
二次安全防護系統(tǒng)設計
4.1、配置方案
依據(jù)GB 51048《電化學儲能電站設計標準》規(guī)定，儲能電站功率大于100MW時，屬于大型儲能電站，大型儲能電站高壓側母線宜采用220kV及以上電壓等級接入電網(wǎng)，因此大型儲能電站二次安全防護按照接入220kV電壓等級設計。
電化學儲能電站可進行充電和放電操作，在充電過程中，儲能電站可視為負荷，在放電過程中，可視為電源。故二次安全防護設計參考220kV變電站以及火電廠的設計方案，二次安全防護總體邏輯結構示意圖如圖4.1，該圖示意了二次安全防護系統(tǒng)安全區(qū)域的劃分、安全區(qū)域之間橫向互聯(lián)邏輯結構、安全區(qū)縱向互聯(lián)邏輯結構以及網(wǎng)絡安全防護設備的總體部署。
圖片
圖4.1 大型儲能電站二次安全防護總體邏輯結構示意圖
電化學儲能電站二次安全防護系統(tǒng)分為兩個安全大區(qū)，即生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，其生產(chǎn)控制大區(qū)分為控制區(qū)和非控制區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)具有縱向、橫向數(shù)據(jù)通信業(yè)務的業(yè)務系統(tǒng)匯集接入控制區(qū)和非控制區(qū)的互聯(lián)交換機；互聯(lián)交換機通過相應安全強度的安全防護設備橫向連接不同的安全區(qū)域，縱向連接調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的不同子網(wǎng)。
橫向和縱向互聯(lián)的主要設備包括數(shù)據(jù)通信機、橫向互聯(lián)交換機、橫向互聯(lián)硬件防火墻、縱向加密認證網(wǎng)關、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器、正向隔離裝置、反向隔離裝置、縱向防火墻、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機及路由器。二次安全防護按雙平面配置，即二次安全防護設備雙套配置。配置數(shù)量如下表所示。
4.2、裝置功能
數(shù)據(jù)通信機用于業(yè)務系統(tǒng)之間的橫向及縱向數(shù)據(jù)通信。
控制區(qū)和非控制區(qū)的橫向互聯(lián)交換機用于各自區(qū)內(nèi)有縱、橫向數(shù)據(jù)通信的業(yè)務系統(tǒng)的匯集接入、接入系統(tǒng)之間的訪問控制和安全區(qū)的橫向及縱向互聯(lián)。
橫向互聯(lián)硬件防火墻部署在控制區(qū)和非控制區(qū)之間，在硬件防火墻上配置訪問控制規(guī)則，對控制區(qū)與非控制區(qū)相關業(yè)務系統(tǒng)實施訪問限制。
生產(chǎn)控制大區(qū)縱向加密認證網(wǎng)關部署在生產(chǎn)控制大區(qū)與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)之間，用于本地生產(chǎn)控制大區(qū)與遠端生產(chǎn)控制大區(qū)相關業(yè)務系統(tǒng)或業(yè)務模塊之間網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信的身份認證、訪問控制和傳輸數(shù)據(jù)的加密與解密，保障系統(tǒng)連接的合法性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性及完整性。
調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器用于與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行信息交互。
綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器用于與綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)進行信息交互。綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向硬件防火墻部署在綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器和管理信息大區(qū)局域網(wǎng)交換機之間，在硬件防火墻上配置訪問控制規(guī)則，對管理信息大區(qū)相關業(yè)務系統(tǒng)實施訪問限制。
正向隔離裝置部署在非控制區(qū)與管理信息大區(qū)的網(wǎng)絡邊界，用于生產(chǎn)控制大區(qū)網(wǎng)絡與管理信息大區(qū)網(wǎng)絡的物理隔離，實現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)有關業(yè)務系統(tǒng)以正向單向方式向管理信息大區(qū)相關業(yè)務系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
反向隔離裝置部署在非控制區(qū)與管理信息大區(qū)的網(wǎng)絡邊界，用于生產(chǎn)控制大區(qū)網(wǎng)絡與管理信息大區(qū)網(wǎng)絡的物理隔離，實現(xiàn)管理信息大區(qū)有關業(yè)務系統(tǒng)以反向單向方式向生產(chǎn)控制大區(qū)相關業(yè)務系統(tǒng)導入數(shù)據(jù)。
4.3、裝置配置要點
電化學儲能電站二次系統(tǒng)安全區(qū)橫向及縱向互聯(lián)的配置要點如下：
（1）在控制區(qū)互聯(lián)交換機上劃分兩個實時業(yè)務VLAN（虛擬局域網(wǎng)），其VLAN地址為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實時VPN的業(yè)務段地址，兩個VLAN分別用于控制區(qū)不同類別業(yè)務系統(tǒng)的接入以及網(wǎng)絡的橫向互聯(lián)和縱向互聯(lián)。
（2）在非控制區(qū)互聯(lián)交換機上劃分兩個非實時業(yè)務VLAN，其VLAN地址為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時VPN的業(yè)務段地址，兩個VLAN分別用于非控制區(qū)內(nèi)不同類別業(yè)務系統(tǒng)的接入以及網(wǎng)絡的橫向互聯(lián)和縱向互聯(lián)。
（3）在控制區(qū)互聯(lián)交換機和非控制區(qū)互聯(lián)交換機上使用ACL（訪問控制技術）功能對各VLAN實施訪問控制，避免安全區(qū)域內(nèi)各VLAN間業(yè)務系統(tǒng)直接互通。
（4）對于控制區(qū)具有橫向數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，可將其數(shù)據(jù)通信機上實時VPN業(yè)務段IP地址通過橫向互聯(lián)的防火墻轉換為非實時VPN業(yè)務段的地址，并且使用防火墻訪問控制功能對轉換后的地址實施訪問限制。
（5）在正、反向隔離裝置上配置內(nèi)外網(wǎng)的業(yè)務系統(tǒng)虛擬訪問地址及相應安全控制規(guī)則。
（6）控制區(qū)和非控制區(qū)各業(yè)務系統(tǒng)通信機的網(wǎng)關地址為該機所接入 VLAN 的網(wǎng)關地址；控制區(qū)互聯(lián)交換機上路由到非控制區(qū)業(yè)務網(wǎng)段的網(wǎng)關地址為橫向互聯(lián)防火墻的內(nèi)部網(wǎng)口地址，路由到調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實時 VPN 的下一跳地址為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備上的實時 VPN 業(yè)務段連接地址；非控制區(qū)互聯(lián)交換機上路由到調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時 VPN 的下一跳地址為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備上的非實時 VPN 業(yè)務段連接地址。
（7）在控制區(qū)，若存在某些業(yè)務系統(tǒng)同時具有實時類數(shù)據(jù)（或控制類數(shù)據(jù)）和非實時類數(shù)據(jù)的縱向傳輸（如：保信子站，其接收主站下發(fā)的設置指令為控制類數(shù)據(jù)，而上傳主站召喚的錄波數(shù)據(jù)為非實時類。），為了使控制區(qū)的這些業(yè)務系統(tǒng)既可使用實時VPN傳輸實時類數(shù)據(jù)（或控制類數(shù)據(jù)）又可使用非實時VPN傳輸非實時類數(shù)據(jù)且不形成VPN之間縱向交叉連接，可采取如下方法：
1）將控制區(qū)具有非實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務系統(tǒng)通信機外網(wǎng)口IP地址通過橫向互聯(lián)防火墻由實時VPN業(yè)務段地址轉換為非實時段的地址；
2）通過防火墻對轉換后的地址實施嚴格的訪問控制，其訪問控制策略為，只允許主站有通信需求的非實時VPN業(yè)務段地址（主機地址）及業(yè)務TCP端口訪問轉換后的地址。
（8）對于使用專線通道的業(yè)務系統(tǒng)，應逐步在專線通道上部署加密認證措施。
05、中型儲能電站
二次安全防護系統(tǒng)設計
5.1、配置方案
依據(jù)GB 51048《電化學儲能電站設計標準》規(guī)定，儲能電站功率在5MW至100MW之間時，屬于中型儲能電站，中型儲能電站高壓側母線宜采用10kV~110kV電壓等級接入電網(wǎng)。二次安全防護設計參考110kV變電站以及火電廠的設計方案，二次安全防護總體邏輯結構示意圖如圖5.1，該圖示意了二次安全防護系統(tǒng)安全區(qū)域的劃分、安全區(qū)域之間橫向互聯(lián)邏輯結構、安全區(qū)縱向互聯(lián)邏輯結構以及網(wǎng)絡安全防護設備的總體部署。
儲能電站二次安全防護系統(tǒng)分為兩個安全大區(qū)，即生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，其生產(chǎn)控制大區(qū)不細分為控制區(qū)和非控制區(qū)，邏輯上相當于只有控制區(qū)，屬于生產(chǎn)控制區(qū)的業(yè)務系統(tǒng)均置于控制區(qū)。在生產(chǎn)控制大區(qū)只有控制區(qū)的情況下，若控制區(qū)存在非實時類數(shù)據(jù)通信業(yè)務，則可通過控制區(qū)橫向邊界防火墻連接非實時VPN業(yè)務網(wǎng)段，實現(xiàn)控制區(qū)的非實時類數(shù)據(jù)通信可通過非實時VPN進行。
橫向和縱向互聯(lián)的主要設備包括數(shù)據(jù)通信機、橫向互聯(lián)交換機、橫向互聯(lián)硬件防火墻、縱向加密認證網(wǎng)關、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器、正向隔離裝置、反向隔離裝置、縱向防火墻、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機及路由器。二次安全防護按雙平面配置，即二次安全防護設備雙套配置。配置數(shù)量如下表所示。
二次安防系統(tǒng)裝置功能及系統(tǒng)配置要點可參考大型儲能電站方案，僅需刪除非控制區(qū)部分內(nèi)容。
06、總結
大型儲能電站及中型儲能電站二次安防系統(tǒng)均配置生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)，且安全區(qū)內(nèi)及各安全區(qū)之間互聯(lián)設備功能相同，區(qū)別在于大型儲能電站的生產(chǎn)控制大區(qū)設置控制區(qū)和非控制區(qū)，而中型儲能電站的生產(chǎn)控制大區(qū)僅設置控制區(qū)，不另設置非控制區(qū)。
綜上所述，為保障儲能電站電力監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)絡安全，防止電力監(jiān)控系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，保障儲能電站乃至電力電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，二次安防系統(tǒng)的配置至關重要。
