Các Hệ Thống Điều Khiển Trạm Biến Áp.pdf

3 Mục lục Chương 1 − GIỚI THIỆU 1 1 Tổng quan về trạm biến áp trong hệ thống điện 7 1 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển trạm biến áp 10 Chương 2 − CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 2 1 Hệ thống đi[.]

3 Mục lục Chương − GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan trạm biến áp hệ thống điện .7 1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển trạm biến áp 10 Chương − CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Hệ thống điều khiển trạm biến áp kiểu truyền thống .13 2.2 Hệ thống điều khiển tích hợp không theo tiêu chuẩn IEC 61850 18 2.3 Hệ thống điều khiển tích hợp theo tiêu chuẩn IEC 61850 20 2.4 So sánh hệ thống điều khiển trạm biến áp 24 2.5 Các thành phần hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp 26 2.6 Kết luận 26 Chương − CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG 3.1 Cấu trúc OSI/ISO giao thức truyền thông 27 3.2 Giao thức Modbus 29 3.3 Giao thức DNP .35 3.4 Giao thức IEC 61870−5−101 39 3.5 Giao thức IEC 60870−5−104 43 3.6 Giao thức TCP/IP 46 3.7 Mạng truyền thông LAN WAN 48 3.8 Kết luận 54 Chương − TIÊU CHUẨN IEC 61850 VÀ THIẾT BỊ IED 4.1 Tổng quan tiêu chuẩn IEC 61850 56 4.2 Các thành phần mơ hình IEC 61850 .59 4.3 Các thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 72 4.4 Kết luận 76 Chương − CẤU HÌNH VÀ QUY ĐỊNH CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ HỆ 5.1 5.2 5.3 5.4 THỐNG ĐIỀU KHIỂN Thiết bị thứ trạm biến áp cao áp 78 Các cấu hình ngăn chức trạm biến áp 85 Quy định đặt tên đánh số thiết bị trạm biến áp .87 Giao diện người−máy (HMI) hệ thống điều khiển tích hợp 95 5.5 5.6 Quy định thao tác vận hành thiết bị trạm biến áp 103 Kết luận 104 Chương − MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 BIẾN ÁP CAO ÁP Giới thiệu 105 Một số giao diện hệ thống điều khiển trạm biến áp Việt Nam 105 Lựa chọn phần mềm thiết kế giao diện .115 Xây dựng giao diện hệ thống điều khiển trạm biến áp 116 Lập sở liệu ảo cho mơ hình 135 Mơ trình điều khiển 139 Xây dựng chương trình mơ vận hành cố 148 Kết luận 154 Tài liệu tham khảo 156 LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống truyền tải điện, trạm biến áp cao áp với điện áp vận hành cao từ 110 kV trở lên đóng vai trị quan trọng điểm liên kết đường dây cao áp, truyền tải lượng điện lớn khoảng cách xa nhà máy điện trung tâm phụ tải Các trạm biến áp cao áp, thế, mang tính định đến quy mơ tình trạng vận hành toàn hệ thống điện, với nhà máy điện Trong trạm biến áp cao áp, hệ thống điều khiển đóng vai trị não huy hoạt động Theo thời gian phát triển công nghệ, hệ thống điều khiển chia làm ba kiểu: truyền thống, tích hợp không theo theo tiêu chuẩn IEC 61850, phân loại theo tiêu chí phần cứng, phần mềm đặc điểm vận hành Ở cấp thấp nhất, hệ thống điều khiển truyền thống có thiết bị phần cứng đặc tính phần mềm đơn giản, vận hành thủ công; cấp cao nhất, hệ thống điều khiển tích hợp theo tiêu chuẩn IEC 61850 có thiết bị phần cứng yêu cầu phần mềm phức tạp vận hành tự động phạm vi trạm hay qua hệ thống thu thập liệu điều khiển xa SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Mặc dù hai kiểu hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp cao áp thiết kế vận hành Việt Nam thời gian gần đây, thực tế chưa có đủ tài liệu tiếng Việt cho đối tượng sinh viên đại học học viên cao học trường đại học chuyên viên công ty điện lực liên quan tham khảo, nhằm hiểu rõ yêu cầu thiết bị phần cứng phần mềm tương ứng Đây động lực giúp tiến hành biên soạn sách Chúng muốn giới thiệu cách thức tiếp cận chủ đề hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp cao áp góc độ cơng việc mơ nhằm mục tiêu giúp đối tượng sinh viên, học viên chun viên hình dung cách thức quy trình vận hành hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm biến áp cao áp; qua đó, có nhìn tổng qt tồn hệ thống điều khiển trạm biến áp cao áp Để mơ hệ thống điều khiển tích hợp, sách giới thiệu kiến thức dẫn nhập, bao gồm đặc điểm, chức phần cứng kiểu hệ thống điều khiển trạm biến áp cao áp, tóm tắt giao thức truyền thơng, trích dẫn giải thích tiêu chuẩn IEC 61850 chuẩn truyền thông thiết bị khác nhau, giới thiệu thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Device), cấu hình quy định quốc gia trạm biến áp cao áp hệ thống điều khiển, bao gồm giao diện người−máy HMI (Human−Machine Interface) có tham chiếu đến sản phẩm cơng ty ngồi nước Trên sở kiến thức dẫn nhập này, công việc mô hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm biến áp cao áp trình bày giải thích Do sách lần đầu xuất nên khơng tránh khỏi sai sót Chúng tơi xin chân thành cám ơn góp ý đọc giả để nội dung sách hoàn thiện lần tái sau Mọi góp ý cho nhóm biên soạn xin vui lịng gửi địa chỉ: Phạm Đình Anh Khôi, Bộ môn Hệ thống điện, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TPHCM qua hộp thư điện tử: khoipham@hcmut.edu.vn Các tác giả Chương − Giới thiệu Chương − GIỚI THIỆU Chương giới thiệu tổng quan chức cấu trúc trạm biến áp với hệ thống điều khiển để cung cấp khái niệm đối tượng sách 1.1 Tổng quan trạm biến áp hệ thống điện Theo [1], trạm biến áp cơng trình thu nhận điện từ điện áp sơ cấp để truyền tải hay phân phối cho phụ tải có điện áp thứ cấp, điện áp sơ cấp thứ cấp khác Có thể phân loại trạm biến áp theo giá trị điện áp tức trạm tăng áp hay trạm giảm áp, hay theo chức trạm trung gian trạm phân phối Theo [2], điện ban đầu sản xuất từ nhà máy điện với giá trị điện áp thấp, 30 kV, ngõ máy phát giới hạn công nghệ sản xuất, vật liệu cách điện, kích thước giá thành Sau điện áp phát tăng cao để truyền tải điện (transmission) đến trung tâm phụ tải nhằm mục tiêu giảm tổn thất khâu truyền tải Các giá trị điện áp truyền tải chuẩn hóa theo Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ ANSI (American National Standards Institute) bao gồm 69, 115, 138, 161, 230, 345, 500, 765 kV cao Sau đó, trung tâm phụ tải điện áp giảm xuống theo mức độ để tiếp tục truyền tải phụ (subtransmission) đến trung tâm phụ tải khác hay phân phối cho phụ tải Các giá trị điện áp truyền tải phụ thông thường vùng 69−138 kV; giá trị điện áp phân phối tầm 4−35 kV Hình 1.1 minh họa hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, hệ thống đường dây truyền tải hệ thống phân phối Các đường dây truyền tải kết thúc trạm biến áp cao áp (high−voltage substations), vốn có chức liên kết với hệ thống truyền tải phụ hay trung tâm phân phối Ngồi ra, cịn có dạng trạm biến áp cao áp khác thực chức đóng cắt mạch đường dây truyền tải cao áp nên gọi trạm biến áp cao áp truyền tải (switching high−voltage stations) hay trạm trung gian Các trạm biến áp truyền tải phân biệt với trạm biến áp phân phối (distribution stations) trạm ngắt phân phối (switching medium−voltage stations) chức năng, cấu trúc giá trị điện áp vận hành Thuật ngữ “trạm biến áp” đề cập chương sau sách quy “trạm biến áp cao áp” Chương − Giới thiệu Hình 1.1 − Cấu trúc điển hình hệ thống điện [2] Theo [3], có bốn loại trạm biến áp: trạm nhà máy điện (generator switchyard) tăng điện áp từ máy phát phục vụ truyền tải, trạm khách hàng (customer substation) phục vụ cho khách hàng đặc biệt mức điện áp truyền tải hay phân phối, trạm hệ thống điện (system substation) có chức phục vụ truyền tải hay truyền tải phụ trạm phân phối (distribution substation) cung cấp điện cho khách hàng thông thường Chương − Giới thiệu Hiện nay, có hai loại trạm biến áp phổ biến sử dụng công nghệ cách điện thiết bị khác trạm biến áp cách điện khơng khí AIS (air-insulated substation) trạm biến áp cách điện khí GIS (gas-insulated substation) Trạm biến áp cách điện khơng khí (AIS) trạm biến áp truyền thống sử dụng khơng khí làm mơi trường cách điện (pha−pha pha−đất, phối hợp với cách điện thiết bị thứ) Trạm biến áp cách điện khí GIS sử dụng khí SF6 áp suất trung bình làm cách điện cho thiết bị trạm dạng môđun ghép nối với được, gồm máy cắt, dao cách ly, dao nối đất, biến dòng điện, biến điện áp, dẫn, đầu nối, chống sét van bọc khí cách điện SF6 bên ống kim loại nối đất Bên ống kim loại cấu trúc cách điện epoxy đúc có chức cố định khí Các khối thiết bị GIS ghép chung ba pha vỏ ống kim loại (three−phase enclosure) có điện áp dây định mức đến 170 kV, minh họa hình 1.2 Với điện áp cao hơn, pha tách riêng pha đơn (single−phase enclosure) cấu trúc ba pha ghép chung khó chế tạo quan điểm cơng nghệ sản xuất liên quan đến cách điện Hình 1.2 − Cấu trúc thiết bị GIS ba pha ghép chung vỏ ống [3] Chương − Giới thiệu 10 Nếu so sánh với cách điện khơng khí áp suất khí sử dụng làm cách điện pha−pha pha−đất trạm cách điện khơng khí truyền thống (AIS), vốn yêu cầu khoảng cách với đơn vị mét, cách điện khí SF6 cần đơn vị centimét Nhờ đó, kích thước thiết bị GIS nhỏ 10 lần so với thiết bị AIS thường sử dụng vị trí bị giới hạn diện tích khơng gian Trong thiết bị GIS, khối chức bảo vệ chống lại tác động khơng khí, nước, bụi bẩn nên vận hành tin cậy, u cầu bảo trì có thời gian phục vụ vận hành lâu dài so với thiết bị AIS 1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển trạm biến áp Hệ thống điều khiển trạm biến áp lắp đặt nhằm giám sát, điều khiển bảo vệ thiết bị thứ trạm, đảm bảo trạm biến áp vận hành theo yêu cầu kỹ thuật đảm bảo an toàn Cấu trúc hệ thống điều khiển bao gồm lớp tương tác với thiết bị thứ, lớp thiết bị điều khiển−bảo vệ lớp trung tâm điều khiển, giới thiệu hình 1.3 [4] Hình 1.3 − Cấu trúc hệ thống điều khiển trạm biến áp [4] Chương − Giới thiệu 11 Lớp tương tác với thiết bị thứ: gồm thiết bị có chức đo lường liệu điện áp, dòng điện, tín hiệu trạng thái tình trạng từ thiết bị thứ trạm biến áp biến đổi sang dạng tín hiệu phù hợp (ví dụ từ dạng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số) để thiết bị điều khiển−bảo vệ xử lý Đồng thời, thiết bị lớp cịn trực tiếp thực thao tác điều khiển thiết bị thứ vận hành, cô lập thiết bị, kết nối mạch điện áp cao cô lập mạch điều kiện vận hành bình thường có cố Hiện nay, chức nêu tích hợp thiết bị, ví dụ thiết bị đo lường kỹ thuật số, hay máy cắt, dao cách ly chế tạo theo công nghệ Lớp thiết bị điều khiển bảo vệ: Lớp gồm thiết bị có chức điều khiển bảo vệ thiết bị thứ trạm biến áp rơle bảo vệ, điều khiển, thiết bị ghi lưu trữ liệu, vốn trước quy ước lớp thiết bị nhị thứ Ngoài việc nhận lệnh điều khiển, lớp thiết bị cịn tự nhận biết bất thường hay cố để tự lệnh điều khiển thiết bị thứ Lớp thiết bị cịn có chức liên động điều khiển cho ngăn lộ thông qua điều khiển mức ngăn BCU (Bay Control Unit) liên động điều khiển phối hợp bảo vệ cho toàn trạm Hiện chức nêu tích hợp thiết bị gọi thiết bị điện tử thông minh IED Lớp trung tâm điều khiển: Lớp có chức thu thập liệu vận hành, tín hiệu trạng thái tình trạng thiết bị để giám sát điều khiển Lớp trực tiếp nhận lệnh điều khiển người vận hành thông qua bảng điều khiển, tức điều khiển thủ công, lệnh điều khiển tự động từ máy tính Trung tâm điều khiển đặt trạm biến áp (trạm có người trực) đặt cách xa trạm biến áp (trạm không người trực) Trong trường hợp thứ nhì, việc điều khiển từ trung tâm thực thông qua hệ thống thu thập liệu điều khiển xa SCADA Như vậy, chức hệ thống điều khiển điển hình bao gồm: − Chức đo lường − Chức giám sát − Chức bảo vệ − Chức liên động − Chức điều khiển trạm hay qua hệ thống SCADA Hệ thống điều khiển trạm biến áp chia thành hai kiểu “truyền thống” “tích hợp”, phân biệt theo “hệ thống thu thập liệu” 12 Chương − Giới thiệu “cách thức điều khiển−bảo vệ” Một cách ngắn gọn, hệ thống điều khiển truyền thống chủ yếu vận hành thủ công qua hệ thống thu thập liệu đơn giản hệ thống điều khiển tích hợp vận hành tự động dựa hệ thống thu thập liệu “thông minh” Khi kỹ thuật điện tử công nghệ thông tin phát triển, hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp cịn chia thành hai cấu hình hệ thống điều khiển tích hợp theo tiêu chuẩn IEC 61850 khơng theo tiêu chuẩn này, với khác cấu trúc phần cứng yêu cầu phần mềm liên quan đến khả tích hợp thiết bị khác vào hệ thống hợp Ba kiểu hệ thống điều khiển trạm biến áp phân tích chương 58 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED Hình 4.1 − Cấu trúc thành phần tiêu chuẩn IEC 61850 [15] Tiêu chuẩn IEC 61850 hướng tới tương thích IED bên trạm biến áp cách định nghĩa mơ hình đối tượng theo tiêu chuẩn cho IED để thực chức trạm như: bảo vệ, điều khiển, đo lường giám sát truyền thơng trạm Đồng thời, tiêu chuẩn có khả cung cấp ứng dụng bảo vệ điều khiển phân tán, chức liên động giám sát phức tạp; cuối đạt chuẩn hóa ngơn ngữ truyền thơng cho phép tự trao đổi thông tin thiết bị IED trạm Mục đích tiêu chuẩn IEC 61850 kết hợp tất chức bảo vệ, điều khiển, đo lường kiểm tra thiết bị IED trạm biến áp rơle bảo vệ, thu thập liệu, điều khiển lôgic nhằm cung cấp đầy đủ phương tiện cho ứng dụng điều khiển, bảo vệ thiết bị với tốc độ cao, giúp cho thiết bị hoạt động ăn khớp với phối hợp chức bảo vệ xác Sử dụng tiêu chuẩn IEC 61850 để đưa liên kết lôgic thiết bị IED, thiết bị điều khiển thiết bị trung gian trình kết nối Tiêu chuẩn IEC 61850 tách rời thông tin chi tiết loại liệu thành lớp khác trình trao đổi liệu Các lớp có đặc điểm khác quy định chặt Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 59 chẽ xếp nên có tính đồng bên thiết bị IED thiết bị khác hãng với 4.2 Các thành phần mơ hình IEC 61850 Tiêu chuẩn IEC 61850 hiểu thơng qua mơ hình chế trao đổi thông tin; chế trao đổi thông tin chủ yếu dựa mô hình thơng tin định nghĩa sẵn Những mơ hình thơng tin phương pháp mơ hình hóa xem tảng tiêu chuẩn Trong tiêu chuẩn này, việc xác định thông tin trao đổi thông tin thực cách độc lập cụ thể (sử dụng mơ hình trừu tượng) Tiêu chuẩn sử dụng khái niệm ảo hóa Khái niệm ảo hóa cung cấp nhìn khía cạnh khác thiết bị thực tế liên quan đến việc trao đổi thông tin với thiết bị khác Các thơng tin q trình vận hành thiết bị thực chuyển thành thông tin liệu điều khiển truyền dịch vụ quy định tiêu chuẩn IEC 61850 Mục phân tích tiêu chuẩn khía cạnh giao thức truyền thơng hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp giao thức nêu chương 3, từ cho thấy tính chặt chẽ đồng mà tiêu chuẩn hướng tới 4.2.1 Cấu trúc liệu tiêu chuẩn IEC 61850 Dữ liệu theo tiêu chuẩn IEC 61850 quy định chặt chẽ chia thành nhiều lớp khác Lớp lớp “nút lôgic” LN (Logical Node) chứa liệu, lớp cao lớp “thiết bị lôgic” LD (Logical Device) bao gồm nhiều nút lơgic Ví dụ cấu trúc lớp liệu (data class), nút lơgic thiết bị lơgic cho hình 4.2 Logical Device IED1 XRCB- LN1 MMXU-LN2 Pos A StV q PhA Data class data PhB Hình 4.2 − Các lớp liệu, nút lôgic thiết bị lôgic 60 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED Trong ví dụ hình 4.2, LD thiết bị IED1 có hai LN đại diện cho trạng thái máy cắt “Pos” dòng điện “A” Trong lớp đại diện cho dịng điện, giá trị dịng điện pha A, pha B tương ứng PhA PhB gọi liệu (data); tập hợp liệu kiểu gọi lớp liệu (data class) Mỗi nút lôgic đại diện cho thiết bị thực (máy cắt, dao cách ly, ) chức (đo lường, giám sát, ) Thông tin thiết bị thật chuyển thành liệu nút lôgic q trình ảo hóa thơng tin thiết bị Q trình chuyển đổi kết nối tín hiệu đến ngõ vào lôgic (digital input) ngõ vào tương tự (analog input) thiết bị IED Quá trình ảo hóa định nghĩa liệu quy định phần khác tiêu chuẩn IEC 61850, tổng qt theo hình 4.3 Hình 4.3 − Ảo hóa liệu thiết bị thật định nghĩa liệu [15] Các nút lôgic đặc trưng cho thiết bị nhóm chức khác nút lôgic bao gồm nhiều lớp liệu Mỗi lớp liệu lại chứa nhiều liệu mơ tả tình trạng, cài đặt hay điều khiển cho nút lôgic Các lớp liệu liệu quy định chặt chẽ theo tiêu chuẩn IEC 61850, ví dụ, trạng thái máy cắt mô tả theo hình 4.4 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 61 Hình 4.4 − Quy định nút lơgic IEC 61850 [15] Trong hình 4.4, nút lôgic đại diện cho máy cắt định nghĩa “XCBR1”, lớp liệu trạng thái máy cắt có tên “Pos” Khi đó, liệu Pos có nhiều thuộc tính mơ tả nút lơgic, chẳng hạn thuộc tính Pos.ctlVal đại diện cho thơng tin điều khiển (có thể thiết lập để ON OFF), hay thuộc tính Pos.stVal đại diện cho vị trí thực máy cắt (có thể trạng thái trung gian, tắt, mở, hay trạng thái nguy hiểm), thể rõ theo hình 4.5 Hình 4.5 − Mơ tả thơng tin vị trí máy cắt nút lôgic [15] 62 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED Ngoài khái niệm nút lôgic, khái niệm thiết bị lôgic LD ứng dụng rõ ràng cho mục tiêu truyền thông Một thiết bị lôgic chủ yếu tập hợp nút lôgic thêm số dịch vụ “GOOSE”, “sampled value exchange”, (sẽ trình bày mục sau) giới thiệu hình 4.6 Hình 4.6 − Mơ hình thiết bị lơgic LD [15] Như vậy, cấu trúc liệu theo tiêu chuẩn IEC 61850 định nghĩa quy định theo lớp cụ thể thống Các hãng khác phải tuân theo quy định nhằm đạt thống liệu chung trạm biến áp để phục vụ trình thu thập trao đổi liệu 4.2.2 Trao đổi thông tin theo tiêu chuẩn IEC 61850 4.2.2.1 Trao đổi thông tin nút lôgic Các nút lôgic LN, liệu thuộc tính liệu xác định nhằm ứng dụng cho việc trao đổi thông tin IED Việc trao đổi thông tin xác định dịch vụ (service) Một ví dụ đoạn trích dịch vụ LN thuộc tính liệu cho máy cắt XCBR giới thiệu minh họa hình 4.7 với giải thích sau: 1) Operate : cho phép điều khiển thiết bị, dùng gửi lệnh điều khiển 2) Trip : không cho phép TRIP, dùng trao đổi thông tin đồng cấp tốc độ cao, tin cậy để phối hợp bảo vệ 3) Report : cho phép báo cáo có thay đổi liệu 4) Log: lưu trữ liệu theo chu kỳ toàn Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 63 5) Substitute: dùng đồng thời gian, truyền giá trị lấy mẫu, xử lý thiết lập nhóm liệu chuyển tập tin 6) Configurate: cài đặt cấu hình 7) Selfdescription: tự mô tả dùng để mô tả trạng thái giá trị LN Hình 4.7 − Mơ hình trích ngắn đoạn dịch vụ nút lôgic [15] 4.2.2.2 Trao đổi thông tin nút lơgic Các thiết bị chức mơ hình hóa qua q trình ảo hóa Các liệu mơ hình nhằm phục vụ cho giao tiếp kiểu Slave−Master giao tiếp đồng cấp Giao diện thông tin ACSI giới thiệu hình 4.8 xác định dịch vụ tiện ích chung cho thiết bị trạm Trong hình 4.8, nhóm dịch vụ thứ “report” sử dụng mơ hình Slave/Master với dịch vụ điều khiển lấy giá trị liệu Nhóm dịch vụ thứ hai bao gồm mơ hình đồng cấp, ví dụ dịch vụ GSE (Generic Substation Event) truyền liệu tốc độ cao tin cậy IED dịch vụ “giá trị lấy mẫu theo định kỳ” SV (Sampled Value) 64 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED Hình 4.8 − Phương pháp trao đổi thông tin ACSI [15] Thực tế, Slave/Master kết nối nhiều hệ thống trao đổi thông tin khác Phương tiện trao đổi thông tin có nhiều cấu hình khác nhau, đơn điểm, đa điểm, hỗn hợp, theo phân cấp, WAN−tới−LAN, thực với nút trung gian router, gateway sở liệu tập trung Giao diện ACSI cung cấp dịch vụ truy cập đến liệu thực thiết bị thực thơng qua hình ảnh ảo mơ tả hình 4.9 Một ảnh ảo đại diện cho liệu thực thiết bị thực nhìn thấy truy cập thơng qua dịch vụ ACSI Một máy tính yêu cầu dịch vụ lấy giá trị liệu việc gửi yêu cầu truy vấn liệu đến thiết bị nhận giá trị báo cáo từ thiết bị cách tự nhiên thông qua chế “report” thiết bị Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 65 Hình 4.9 − Mơ hình ảo hóa [15] Tóm lại, mơ hình ACSI mơ tả đặc tính cho việc định nghĩa mơ hình thơng tin đặc thù trạm biến áp với chức sau: − Truy cập liệu thời gian thực tìm kiếm thơng tin cho người dùng − Điều khiển thiết bị cập nhật trạng thái thiết bị − Báo cáo ghi nhận kiện hay cố − Xuất phát hành liệu − Tự mô tả thiết bị − Định nghĩa kiểu liệu tìm kiếm liệu − Truyền tập tin 4.2.2.3 Trao đổi thông tin cố trạm biến áp Đối với phương pháp truyền thống sử dụng mạch điện nhị thứ tiếp điểm khí, thơng tin cố báo thơng qua tiếp điểm (ví dụ tiếp điểm tác động dòng F50 truyền cắt máy cắt truyền đến khởi động tự đóng lại F79); cịn phương pháp “truyền thông tin cố theo đối tượng” GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) theo tiêu chuẩn IEC 61850, thông tin cố biểu diễn tin nhắn GOOSE gửi qua mạng Ethernet sợi cáp quang cáp điện theo giao thức TCP/IP Tin nhắn GOOSE hình thức trao đổi thơng tin rơle thiết bị bảo vệ khác trạm theo phương thức đồng cấp Tin nhắn đặc biệt hiệu thực thử nghiệm Do đó, để thử nghiệm rơle, điều cần thiết thu thập tất tin nhắn GOOSE từ rơle, 66 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED vốn cung cấp thông tin cần thiết để cấu hình thiết bị thử nghiệm Hình 4.10 mô tả chế hoạt động thiết bị bảo vệ có cố theo phương pháp GOOSE Hình 4.10 − Ví dụ chế hoạt động thiết bị bảo vệ theo GOOSE [15] Trong ví dụ trên, chế hoạt động với bốn nút lôgic gồm “PDIS”, “PTRC”, “RREC” “XRCB0” theo phương pháp GOOSE với trình tự sau:  Các nút lơgic (PDIS) “bảo vệ khoảng cách” phát cố, kết có định truyền  Các nút lôgic (PTRC) “bảo vệ điều hướng” thông báo truyền (áp dụng tin nhắn GOOSE), “máy cắt 0” (XCBR0) cấu hình để nhận tin nhắn Sau xử lý, thiết bị chuyển mạch mở máy cắt  Thông tin (XCBR0.Pos.stVal) “máy cắt 0” thay đổi từ ON sang OFF Ngay lập tức, tin nhắn GOOSE gửi với thị: có báo cáo thay đổi trạng thái máy cắt  Các nút lôgic (RREC) “tự đóng lại” nhận tin nhắn GOOSE từ XCBR0 với giá trị Theo cấu hình, RREC định đóng lại máy cắt gửi tin nhắn GOOSE với giá trị Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 67  Máy cắt (XCBR0) nhận tin nhắn GOOSE có giá trị Sau xử lý, chuyển mạch đóng máy cắt XCBR0 gửi tin nhắn GOOSE khác Lợi ích sử dụng tin nhắn GOOSE giảm đáng kể số lượng dây dẫn sử dụng trạm cho lệnh điều khiển tác động cắt máy cắt, mạch khóa (F86), Vì vậy, triển khai hệ thống điều khiển trạm với việc khai thác tốt ưu điểm Bên cạnh đó, cần quan tâm đến tính ổn định thay mạch điều khiển, bảo vệ thông qua việc kiểm soát truyền lệnh điều khiển qua hệ thống trao đổi thơng tin Do đó, mạng máy tính cần phải hoạt động tin cậy có tính dự phịng cao để có số cố đơn lẻ hệ thống hoạt động an tồn xác 4.2.3 Truyền liệu Việc truyền tải liệu giá trị đo lường từ thiết bị cảm biến biến dòng điện (CT) biến điện áp (VT) cần phải thực nhanh theo chu kỳ Mặc dù mô hình “báo cáo” (report) mơ hình “truyền thơng tin cố theo đối tượng” GOOSE dùng cho tập liệu lại có giới hạn thời gian truyền tải liệu Vì vậy, mơ hình “giá trị lấy mẫu” SV (Sampled Value) đề xuất, giới thiệu hình 4.11 Các thơng số liệu (DataAttribute) tập liệu (DataSet) giới hạn giá trị đo lường tương tự (analog) dịng điện (A) điện áp (V) Hình 4.11 − Mơ hình trao đổi thơng tin “giá trị lấy mẫu” SV [15] 68 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED Tiêu chuẩn IEC 61850 định nghĩa hai khối điều khiển cho việc điều khiển trao đổi “giá trị lấy mẫu”: − Multicast Sampled Value Control Block (MSVCB) dùng truyền tải giá trị lấy mẫu sử dụng mơ hình đa điểm − Unicast Sampled Value Control Block (USVCB) dùng truyền tải giá trị lấy mẫu sử dụng mơ hình đơn điểm (một máy nguồn máy đích) Mơ hình đa điểm sử dụng mơ hình truyền thơng Publish/Subscribe, cịn mơ hình đơn điểm sử dụng mơ hình truyền thơng Slave/Master 4.2.4 Trao đổi thông tin báo cáo ghi nhật ký Ghi nhật ký (log) để lưu trữ liệu cho việc sử dụng tương lai Báo cáo (report) dùng để truyền liệu theo thời gian thực có thay đổi theo chu kỳ định sẵn Những kiện nội gọi DataObject, nhóm lại DataSet hình thành sở cho việc báo cáo ghi nhật ký Mơ hình nhật ký hình 4.12 có bốn khối là: − Giám sát kiện (Event monitor) − Lưu giữ nhật ký (Log handler) − Điều khiển nhật ký (Log control) − Nhật ký (Log) Hình 4.12 − Mơ hình báo cáo ghi nhật ký [15] Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 69 Trong hình 4.12, khối “Event monitor” kiểm tra giá trị trạng thái DataAttribute liệu tham chiếu bên DataSet cụ thể, xác định thời điểm để thông báo cho “Log handler” xuất kiện nội Bộ lọc “Log handler” dùng để giảm tổng số liệu lưu trữ nhật ký dựa điều kiện cấu hình sẵn “Log handler” thực nhiệm vụ định dạng giá trị liệu liệu ngõ vào nhật ký lưu trữ chúng nhật ký “Log” Cuối cùng, khối “Log control” dùng để thiết lập, lấy đặc tính “Log control”; đặc tính dùng để điều khiển hoạt động “Log handler” “Event monitor” Báo cáo (report) cho phép nút lôgic chuyển giá trị liệu đến nút lôgic khác hay đến hệ thống sau khoảng thời gian định trước Hoạt động mơ hình báo cáo giống với mơ hình nhật ký Khối “Report control” dùng để thiết lập đọc giá trị thuộc tính dùng để điều khiển hoạt động “Event monitor” “Report handler” “Event monitor” quan sát giá trị trạng thái DataAttribute hay thông báo liệu cho “Report handler” có thay đổi “Report handler” định dạng giá liệu bên cấu trúc báo cáo định chuyển báo cáo cho hệ thống Báo cáo chuyển sau thời gian định sẵn theo chu kỳ Bộ lọc “Report handler” nhằm giảm bớt liệu cần báo cáo Tải FULL (155 trang): https://bit.ly/2XhzpGw Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Các nguyên tắc điều khiển cho báo cáo hoạt động có thay đổi cập nhật liệu thành phần DataAttribute Dataset cụ thể Các loại thay đổi mô tả thuộc tính TrgOps, bao gồm: − Data−change: thay đổi giá trị DataAttribute − Quality−change: thay đổi tổng giá trị DataAttribute Khối “Report control” dùng điều khiển lệnh cần thiết để truyền giá trị liệu giá trị DataAttribute từ nút lôgic đến ứng dụng Liên quan đến giám sát kiện báo cáo, giá trị trạng thái DataAttribute liệu cần liên tục giám sát giám sát kiện “Event monitor” thơng báo cho “Report handler” có thay đổi xảy “Report handler”, mặt khác, chịu trách nhiệm tạo chuyển báo cáo sau thời gian đệm (buffer timer) [15] 4.2.5 Ngơn ngữ cấu hình trạm biến áp Tiêu chuẩn IEC 61850 quy định ngơn ngữ chung cho q trình cấu hình thiết bị hệ thống tự động hóa trạm biến áp Xây dựng cấu hình 70 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED phần mềm cho ứng dụng tự động hóa trạm thực ngơn ngữ cấu hình trạm SCL (Substation Configuration Language) Ngôn ngữ SCL dựa cấu trúc ngơn ngữ đánh dấu mở rộng XML (eXensible Marker Language) Việc sử dụng ngôn ngữ SCL với mơ hình liệu đối tượng IEC 61850 cho phép sử dụng nhiều công cụ khác nhiều nhà sản xuất để biên dịch hiểu thông tin chứa đựng IED Điều cho phép trình trao đổi liệu IED tránh tình trạng khơng hiểu nhau, thuận lợi việc tích hợp hệ thống từ nhiều nhà sản xuất Hiện nay, có nhiều cơng cụ để soạn thảo biên dịch mã lệnh SCL Visual SCL Ngôn ngữ SCL ngôn ngữ phổ thông sử dụng để biến đổi thông tin trạm biến áp độc lập với nhà cung cấp Điều bao gồm việc thống kiểu liệu liên kết nhà cung cấp lý thuyết thông qua quy tắc soạn thảo ngơn ngữ theo tiêu chuẩn IEC 61850 Việc hồn thiện thống quy tắc chuẩn SCL chi tiết ngôn ngữ xác định rõ tiêu chuẩn IEC 61850 Việc bao gồm liệu chuyển hóa thống cho thiết bị riêng lẻ đường truyền thực tế Tất chức có liên quan biểu diễn thơng qua nút lôgic, liên kết hệ thống khả chúng Mỗi cơng cụ riêng biệt có hàm cho phép sát nhập mô tả thiết bị IED với ngơn ngữ chung, ngơn ngữ dựa dạng XML Quá trình phát triển hệ thống điều khiển máy tính theo tiêu chuẩn IEC 61850 tùy thuộc vào tính cơng cụ phần mềm sử dụng ngôn ngữ SCL Ngôn ngữ rõ định dạng file chung để mô tả khả IED File cấu hình SCL, dùng chung cho ứng dụng tự động hóa trạm từ nhà cung cấp khác nhau, gồm có bốn loại file: − SCD (System Configuration Description): mơ tả cấu hình hệ thống − SSD (System Specification Description): mô tả đặc điểm hệ thống − ICD (IED Capability Description): mô tả khả IED − CID (Configured IED Description): mô tả cấu hình IED Cơ chế sử dụng file cấu hình SCL mơ tả hình 4.13 Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 71 Hình 4.13 − Cơ chế sử dụng file cấu hình SCL [15] Ngơn ngữ SCL mơ tả mơ hình sau: − Cấu trúc hệ thống sơ cấp dùng cho chức thiết bị sơ cấp cách mà thiết bị kết nối vào − Hệ thống truyền thông: cách mà IED nối với subnetwork network qua cổng kết nối − Truyền thông cấp ứng dụng: cách mà liệu nhóm lại DataSet để gửi đi, cách mà IED kích hoạt dịch vụ gửi chọn dịch vụ gửi mà IED khác cần − IED: thiết bị lơgic cấu hình IED, nút lôgic với lớp liệu thuộc thiết bị lôgic, báo cáo liệu báo cáo − Định nghĩa nút lôgic mối quan hệ nút lôgic, IED với Master Tải FULL (155 trang): https://bit.ly/2XhzpGw Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Việc cấu hình hệ thống thực công cụ độc lập nhà sản xuất Một vài nhà sản xuất cải tiến công cụ phần mềm riêng lẻ phương thức mà họ sử dụng cấu hình hệ thống theo tiêu chuẩn IEC 61850 Tất file ICD nhập vào cấu hình cho phép việc cấu hình tin nhắn GOOSE cách rõ phận gửi phận nhận tin nhắn Cơng cụ cấu hình hệ thống tạo file SCD bao gồm sơ đồ nối dây trạm file mô tả tin nhắn GOOSE Mỗi cơng cụ cấu hình rơle làm với file SCD quan trọng trích dẫn thông tin cần thiết cho rơle Chương − Tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị IED 72 Các nhà sản xuất sử dụng cách thức sau để tải file cấu hình đến thiết bị sau: − Dùng giao thức truyền file FTP (File Transfer Protocol) − Dùng dịch vụ file theo IEC 61850 − Dùng giao thức độc quyền thiết kế riêng cho hãng Đặc điểm ngôn ngữ SCL: − XML dựa ngôn ngữ sử dụng cấu hình tự động hóa hệ thống trạm biến áp − Tăng cường khả liên lạc thông tin IED − Cho phép chia sẻ cấu hình IED người sử dụng khác Như vậy, với việc quy định chặt chẽ cấu trúc liệu, dịch vụ truyền thông tin ngôn ngữ sử dụng chung trạm biến áp, tiêu chuẩn IEC 61850 hướng đến thống liệu giao thức truyền thông nhà sản xuất khác nhau, giúp tăng khả tích hợp hãng khác trạm biến áp 4.3 Các thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 Một thành phần quan trọng tiêu chuẩn IEC 61850 thiết bị điện tử thơng minh IED Các quy định tiêu chuẩn liệu, mô hình tiêu chuẩn truyền thơng áp dụng cho thiết bị IED Phần trình bày tổng quát cấu trúc chức thiết bị IED 4.3.1 Giới thiệu Thiết bị IED định nghĩa thiết bị điện tử thơng minh có khả chuyển đổi giá trị đo lường, bảo vệ, điều khiển máy cắt, có khả truyền thông nối tiếp với thiết bị IED khác Mở rộng khái niệm trên, thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 có khả giao tiếp qua giao thức TCP/IP, có cấu trúc liệu cấu hình phần mềm theo tiêu chuẩn IEC 61850 4.3.2 Cấu trúc phần cứng thiết bị IED Thiết bị IED phát triển tảng vi xử lý trung tâm để lập trình tính tốn thực thuật tốn với mạch điện tử để nhận tín hiệu điện khác chuyển đổi thành tín hiệu đầu 6535158 ... vào hệ thống hợp Ba kiểu hệ thống điều khiển trạm biến áp phân tích chương Chương − Các hệ thống điều khiển trạm biến áp 13 Chương CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP Chương so sánh chức ba hệ. .. hóa hệ thống điện Phịng điều khiển hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp hệ thứ hai bao gồm bàn điều khiển hình điều khiển, với minh họa hình 2.7 cho hệ thống điều khiển sau nâng cấp trạm biến. .. − Các hệ thống điều khiển trạm biến áp Hình 2.3 − Bảng giám sát hệ thống điều khiển truyền thống Về tổng thể, sơ đồ với nút điều khiển bố trí mặt tủ điều khiển Tất tủ điều khiển bố trí phịng điều