利用公網實現光伏電站遠端操作和控制的技術

一、實現光伏電站遠端操作和控制的意義

近年來，光伏發電在國內呈迅猛發展之勢，各路諸侯搶灘光伏，各顯身手，然而光伏電站發電容量較小，數量眾多，大多地處偏遠、荒涼、分散，交通不便、生活條件差、工作環境差，運維人員需求大，有技術有經驗的電站運維骨幹人員難以招聘或留下，招聘難、成本高、人員整體素質不高是目前光伏電站的現狀，隨著光伏電站的不斷擴張，這種狀況在不斷加劇。

如果能夠實現光伏電站區域監視和控制，光伏電站本身做到無人值守，便可大幅度緩解上述矛盾：

1．可以在一個地區選擇交通便利，工作環境、生活條件較好的城區或某個中心區域作為集中監控中心點，電站不需配運維人員，只配個別安保人員，電站操作和控制在區域集中監控中心實現，需手動操作的接地刀閘、隔離刀閘可驅車前往操作，一般此類操作不緊急。

2．人員需求可以大幅度減少，可以優化人員配置，人員整體素質可得到很大幅度提高。

3．由於人員需求大幅度減少，因而可大幅度降低人工成本。

4．人員集中起來監控、服務一個地區的電站，可充分發揮每個人的技術優勢和作用，整合運維和檢修資源，資源共用，提升了管理效能。

5．由於工作環境和生活、交通條件的改善，可以吸引有技術、有經驗的電站運維人員，並能發揮出他們的作用，跳槽現象也會大幅減少。

二、實現遠端操作和控制的問題關鍵在於被控電站的網路安全

利用網際網路實現電站的遠端操作和控制，控制技術本身不是問題，問題是如何使得被控電站在通過網際網路接收操控指令時的安全。

要實現遠端操控，操控指令必須遠端傳送到被控電站，如果控制指令通過網際網路傳送，被控電站的控制系統就必須與網際網路連接，在實現遠端控制的同時，電站會不可避免地遭受到來自網際網路的病毒、駭客等非法攻擊，所以在原先的技術下，是不可以通過網際網路對電站實行遠端控制的，僅能通過在縱向加密前提下從電站單向獲取數據；所以目前技術只能通過網際網路遠端對光伏電站進行數據採集而實施監視，而不能實現對電站的直接操作和控制。實現對電站遠端控制的辦法只有通過與網際網路物理隔離的內部專網來實現，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用通信控制網路，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，因為所建專用網路龐大，經過地域多，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，就可對網路中的所有電站進行攻擊。

隨著科技術的進步，一種可以通過網際網路安全地對光伏電站實現遠端操作和控制的技術已經問世，這就是獲得國家發明專利的“遠控指令變碼技術”，其核心技術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端控制中心，指令變碼解碼器安裝在被控電站的控制網與網際網路之間，它將被控電站的控制網與網際網路物理性的隔離開。遠控指令變碼技術是將遠端控制指令原碼通過變碼器變成與指令原碼完全不同、位數足夠多、無固定規律、永不重復、不可破解的跳變碼，再通過網際網路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行操作和控制，由於跳變碼無法破解，所以可以利用公共網路公開傳送。

為什麼遠控指令變碼後通過公共網路傳送能保證被控電站的安全呢？這好比我們需要將一車黃金運送到目的地去，通常的保衛方式是使用堅固的容器、特種車輛、專用鑰匙，武裝押運甚至道路專用等手段，但無論如何，這輛車裝的是黃金是不變的，因此仍不能排除還會有更為強悍的劫匪能劫取成功；但如果有一種技術能將這車黃金在運送前變成一車無用的垃圾，當運送到目的地後再將其變回黃金，這樣即使公開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。

遠控指令變碼技術就是基於這種思想，通過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、與控制指令毫無關係的“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現正確的操作和控制，而來自網際網路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與被控電站控制網之間，它將被控電站與公網隔離開，形成物理隔離。

遠控指令原碼通過變碼編碼器生成的變碼有如下特點：

1、與原指令碼完全不同。

2、位數足夠多

控制指令原碼只有40位（二進位），而生成的變碼是144位，數值組合達萬億億億億級，如果駭客採用掃碼技術破解，即使按照1ms／每次組（實際上由於器件的特別設計，使其遠大於1ms），需要4．2億億億年才能掃完全部數值，由此可見，採用掃碼技術是無法破解的。

3、永不重復

對於任何一個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，這就使得採用截碼技術破解成為不可能。

4、無固定規律

由於生成變碼的演算法也是變化的，所以生成的變碼沒有固定規律，類似于隨機碼，因此，不能從已發生的若干變碼中推算出後續變碼，這就使得採用超級電腦對大量已獲取的數據推導破解成為不可能。

遠控指令變碼技術和當前的數據加密技術有著本質的區別，數據加密技術不更改數據本身，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改變了數據本身，無需加“殼”，非法者即使獲得了數據也毫無用處；因此遠控指令變碼技術從根本上解決了指令傳送的安全問題，不用擔心公開傳送指令數據遭截。

三、遠端控制指令變碼技術應用

圖1電力遠控指令變碼機實物

圖1是電力遠控指令變碼機實物圖片，編碼變碼機與解碼變碼機具有不同的硬體系統和軟體系統以滿足所需功能。在被控電站端，跳變碼由變碼解碼機的COM1輸入，變碼解碼後恢復成控制指令原碼經COM2輸出，送至電站控制系統對相關設備進行操作或控制。

圖2遠端控制系統拓撲圖

如圖2所示，區域監控中心欲對區域內的光伏電站進行遠端操作控制時，在區域監控中心遠端控制平臺上操作，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，此跳變碼再由遠端控制平臺經公共網路公開傳送至被控光伏電站，被控光伏電站側的網路設備接收到該跳變碼後送遠控指令解碼變碼裝置解碼，恢復成操作控制指令原碼，該指令原碼通過與被控光伏電站控制系統相連的唯一介面送到光伏電站內部控制系統，根據指令原碼産生相應的操作或控制信號，去操作控制相關的設備；這樣，在監控中心即可實現遠端控制光伏電站的負荷調節、開關操作和方式變化等。

連接在被控電站與公網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並從COM2口輸出，否則無任何輸出，公網上的任何偽指令數據都將被遮罩隔絕，這就將被控電站的內部控制專網和網際網路完全的隔離開。

圖3遠端控制和實時數據採集系統圖

圖3是某遠端控制和實時數據採集系統的實例，圖中示出了一個被控電站，n多個被控電站與子站1完全相同；在子站中，變碼解碼機接在網路控制主機與通訊管理機之間，使子站的通訊管理機與公網隔離；在控制中心的操作工作站上對被控光伏電站進行遠端操作和控制的指令經變碼編碼機變成不可破解的跳變碼後，通過因特網傳送到被控子站，經變碼解碼機解碼恢復成操控原指令後送入電站控制系統去操控相關設備；同時，需要根據遠端監視系統提供的光伏電站實時運作資訊判斷控制指令是否正常執行，而遠端監視系統的數據傳送是從子站到控制中心，所以採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路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路控制主機。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。

遠控指令變碼技術徹底解決了遠端控制指令在網際網路上傳送的安全問題，使得數量眾多、地處偏遠、荒涼、分散，交通不便、生活條件差、工作環境差的光伏電站和風電站可以利用網際網路安全地進行遠端操作和控制，從而實現電站無人值守。可以相信，運用遠控指令變碼技術，實現電站區域監控，推行光伏電站無人值守的模式必是今後光伏發電運維的必然。